混凝土膨脹劑在不同養(yǎng)護(hù)條件下的膨脹性能研究

[摘要] 　本文設(shè)計試驗(yàn)了四種不同養(yǎng)護(hù)條件下,摻膨脹劑混凝土的自由膨脹效果以及限制膨脹效果,并與未摻膨脹劑的混凝土進(jìn)行了對比試驗(yàn)。試驗(yàn)表明摻膨脹劑混凝土只有在充分的水養(yǎng)護(hù)條件下,才能發(fā)揮膨脹效果。

[關(guān)鍵詞] 　膨脹劑　不同養(yǎng)護(hù)條件　摻膨脹劑混凝土　未摻膨脹劑混凝土　自由膨脹　限制膨脹

 1 　引言

      膨脹劑的研究始于20 世紀(jì)70 年代,至今在我國累計應(yīng)用已超過數(shù)百萬噸,主要應(yīng)用在以下幾個方面。

(1) 高層建筑的地下防水:由于摻膨脹劑混凝土具有補(bǔ)償收縮作用,可結(jié)構(gòu)自防水。因此大部分膨脹劑應(yīng)用于此類混凝土工程。

(2) 屋面防水

(3) 超長結(jié)構(gòu)施工

(4) 特種結(jié)構(gòu)工程:如體育設(shè)施看臺、水廠水池、游泳池、鋼管混凝土、水電站的大壩等。近三十年來,膨脹劑在上述幾類混凝土工程中的應(yīng)用,極大地發(fā)揮了其在抗裂防水、補(bǔ)償收縮等方面的作用。但仍有許多工程盡管使用了膨脹劑,還是出現(xiàn)了混凝土開裂、滲漏的質(zhì)量事故,以至于人們開始懷疑膨脹劑的作用。為掌握和驗(yàn)證膨脹劑在商品混凝土中的膨脹效果,作者進(jìn)行了下述試驗(yàn)。

2 　試驗(yàn)情況

2.1 　原材料

       試驗(yàn)采用上海聯(lián)合水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5 水泥。細(xì)骨料為中砂,細(xì)度模數(shù)2.5 ,含泥量小于1 %。粗骨料為5～25mm 連續(xù)粒級的碎石。粉煤灰為Ⅱ級灰。外加劑為中效泵送劑。膨脹劑為武漢三源特種建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的U EA - Ⅰ型膨脹劑和UEA - X 型膨脹劑。

2.2 　配合比

     參考實(shí)際工程使用的摻膨脹劑混凝土配合比,并設(shè)計摻膨脹劑與未摻膨脹劑混凝土的初始坍落度同為150 ±10mm ,采用外摻法。混凝土配合比如表1 。

2.3 　試件的制作

      分別按Ⅰ號配合比、Ⅱ號配合比成型4 組試件測混凝土膨脹率和4 組試件測混凝土限制膨脹率。按0 號配合比成型對比組混凝土試件。

2.4 　四種不同養(yǎng)護(hù)條件

a) 成型的混凝土試件待初凝抹面后,覆蓋塑料薄膜。1d 拆模,浸水(水溫為20 ±2 ℃) 養(yǎng)護(hù)14d ,然后移入溫度為20 ±2 ℃,相對濕度為60 % ±5 %的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)室,養(yǎng)護(hù)條件簡寫為a 。

b) 成型的混凝土試件待初凝抹面后,覆蓋塑料薄膜。1d 拆模,標(biāo)養(yǎng)(溫度為20 ±2 ℃,相對濕度為不低于95 %) 14d ,然后移入溫度為20 ±2 ℃,相對濕度為60 %±5 %的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)室,養(yǎng)護(hù)條件簡寫為b 。

c) 成型的混凝土試件待初凝抹面后,覆蓋塑料薄膜。1d 拆模,采用濕麻袋覆蓋,保持混凝土潮濕養(yǎng)護(hù)(溫度為20 ±2 ℃) 14d ,然后移入溫度為20 ±2 ℃,相對濕度為60 % ±5 %的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)室,養(yǎng)護(hù)條件簡寫為c 。

d) 成型的混凝土試件待初凝抹面后,覆蓋塑料薄膜。1d 拆模,移入溫度為20 ±2 ℃,相對濕度為60 % ±5 %的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)室,養(yǎng)護(hù)條件簡寫為d。215 　膨脹率以及限制膨脹率測試

2.5. 1 　測試方法

      參照GBJ 82 - 1985《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》,測試混凝土試件膨脹率。參照GBJ 50119 - 2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》附錄B ,測試混凝土試件限制膨脹率?；炷猎嚰尚?d 拆模后,立即測混凝土試件的初始長度,此后分別測試3d、7d、14d、28d、60d、90d 時的試件長度(從成型加水時算起) 。

2.5. 2 　膨脹率計算

混凝土的膨脹率按下式計算:

ε=

Lt - L0

L0 - 2Δ

式中:ε ———試驗(yàn)期為t 天的混凝土膨脹率, t 從測試初始長度時算起;

Lt ———試驗(yàn)期為t 天時測得的試件長度,mm ;

L0 ———試件的初始長度,mm ;

Δ ———測頭的埋入深度,mm。

215. 3 　限制膨脹率計算

混凝土的限制膨脹率按下式計算:

εx =

Lt - L0

L

式中:εx ———試驗(yàn)期為t 天的混凝土限制膨脹率, t

從測試初始長度時算起;

Lt ———試驗(yàn)期為t 天時測得的試件長度,mm ;

L0 ———試件的初始長度,mm ;

L ———試件基準(zhǔn)長度,取300mm。

3 　試驗(yàn)結(jié)果

(1) 0 號配合比, Ⅰ號配合比, Ⅱ號配合比混凝土的坍落度及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2 。

(2) 0 號配合比, Ⅰ號配合比, Ⅱ號配合比混凝土膨脹率試驗(yàn)結(jié)果見表3 。

(3) 0 號配合比, Ⅰ號配合比, Ⅱ號配合比混凝土限制膨脹率試驗(yàn)結(jié)果見表4 。

4 　試驗(yàn)結(jié)果分析

      從表2 試驗(yàn)結(jié)果看出,為達(dá)到相同的初始坍落度,摻膨脹劑混凝土的單方用水量比未摻膨脹劑混凝土的單方用水量增加5～10kg。但外摻膨脹劑混凝土的抗壓強(qiáng)度仍比未摻膨脹劑混凝土的抗壓強(qiáng)度高,說明該膨脹劑起到了膠凝材料的作用,可內(nèi)摻使用。

　   從圖1 、圖2 、圖3 、圖4 看出,UEA - Ⅰ型膨脹劑和UEA - Ⅱ型膨脹劑在浸水養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)以及草包覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)的條件下,能夠產(chǎn)生膨脹作用;且自由膨脹率、限制膨脹率大小與養(yǎng)護(hù)水的充足程度密切正相關(guān);14d 濕養(yǎng)護(hù)后轉(zhuǎn)入干空氣中養(yǎng)護(hù),各齡期的自由干縮率仍比未摻膨脹劑混凝土(浸水養(yǎng)護(hù)時) 各齡期的自由干縮率小。當(dāng)摻膨脹劑混凝土成型1 d 后直接暴露于溫度為20 ±2 ℃,相對濕度為60 % ±5 %空氣中時, 膨脹劑不能發(fā)揮任何膨脹作用。

       從圖3 、圖4 看出,當(dāng)存在外力限制時,浸水養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)以及草包覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)條件下?lián)脚蛎泟┗炷粮鼾g期的限制膨脹率比未摻膨脹劑混凝土(浸水養(yǎng)護(hù)時) 各齡期的限制膨脹率大,從而保證混凝土在早期自身抗裂能力較弱時,混凝土內(nèi)部不產(chǎn)生拉應(yīng)力。90d 齡期的限制干縮率與未摻膨脹劑混凝土(浸水養(yǎng)護(hù)時) 90d 齡期的限制干縮率接近,說明混凝土膨脹劑的作用主要在前期。對表3 、圖5 數(shù)據(jù)分析得出,UEA - Ⅰ型膨脹劑和UEA - Ⅱ型膨脹劑對自由狀態(tài)下混凝土的抗壓強(qiáng)度、膨脹率的影響是不同的,混凝土的強(qiáng)度越高,自由膨脹率越小。這是由于在沒有外力限制作用下,混凝土自身的限制作用占主導(dǎo)地位,因此強(qiáng)度越高,自身的限制作用越大,自由膨脹率就越小。當(dāng)混凝土受到鋼筋骨架的限制作用時,鋼筋骨架起主導(dǎo)限制作用,因此摻UEA - Ⅰ型膨脹劑混凝土與摻UEA - Ⅱ型膨脹劑混凝土的各個齡期限制膨脹率比較接近。

5 　結(jié)論

根據(jù)以上試驗(yàn)研究,可以得出以下結(jié)論:

1) 當(dāng)混凝土中摻入UEA - Ⅰ型膨脹劑和U EA- Ⅱ型膨脹劑時,應(yīng)適當(dāng)增加混凝土的單方用水量。UEA - Ⅰ型膨脹劑和U EA - Ⅱ型膨脹劑具有膠凝作用,可內(nèi)摻使用。

2) UEA - Ⅰ型膨脹劑和UEA - Ⅱ型膨脹劑在浸水養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)以及草包覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)的條件下,能夠產(chǎn)生膨脹作用。且膨脹率大小與養(yǎng)護(hù)水的充足程度密切正相關(guān)。其各個齡期的膨脹作用可補(bǔ)償混凝土的部分收縮,14d 齡期的充分水養(yǎng)護(hù),可使混凝土內(nèi)部在前期不產(chǎn)生收縮措施二,炎熱天氣施工時,在混凝土澆筑前,將模板及鋼筋充分濕潤,避免因模板、鋼筋過于干燥及溫度高吸水過大造成混凝土收縮裂縫。措施三,在混凝土澆筑、振搗、抹壓后隨即覆蓋一層塑料薄膜,在混凝土終凝產(chǎn)生強(qiáng)度前嚴(yán)禁上人。這樣一是避免了混凝土因早期失水養(yǎng)護(hù)造成干縮裂縫(一般初凝后產(chǎn)生,裂縫深度較淺) ,二是避免了在混凝土初凝后而未終凝時上人覆蓋毛氈養(yǎng)護(hù)或抹壓初凝后產(chǎn)生的裂縫造成鋼筋撓動,形成順筋裂縫(通常是貫穿性的) 。采取以上措施后陸續(xù)澆筑了二至五層梁、板混凝土4800m3 ,未再發(fā)現(xiàn)有裂縫。且自這次澆筑至8月30 日夏季高溫季節(jié)期間,我們供貨的另外十幾處工程,建議施工單位采取以上施工措施后也沒有發(fā)現(xiàn)混凝土板裂縫現(xiàn)象。

3) 在自由狀態(tài)下,摻U EA - Ⅰ型膨脹劑混凝土和摻UEA - Ⅱ型膨脹劑混凝土各個齡期的自由膨脹率和自由干縮率差別較大。當(dāng)受到鋼筋骨架的限制作用,且鋼筋骨架起主導(dǎo)限制作用時,其各個齡期的自由膨脹率和自由干縮率比較接近。

4) 膨脹劑在混凝土中的膨脹作用是十分復(fù)雜的,與養(yǎng)護(hù)條件、混凝土強(qiáng)度等級、膨脹劑組成、膠凝
材料組成、限制作用等多種因數(shù)密切相關(guān)。為保證工程質(zhì)量,應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況,對膨脹劑進(jìn)行試
驗(yàn)選擇;同時必須做好保濕養(yǎng)護(hù)工作,以便充分發(fā)揮混凝土膨脹劑的抗裂防水、補(bǔ)償收縮等作用。

[作者簡介] 　姚利君,女,高級工程師
[工作單位] 　上海市建筑科學(xué)研究院
[單位地址] 　上海宛平南路75 號(200032)
[聯(lián)系電話] 　021-64688939