微收縮高效減水劑在混凝土前期裂縫控制中的應(yīng)用研究

摘要: 結(jié)合九華山隧道超長大體積混凝土主體結(jié)構(gòu)抗?jié)B混凝土施工, 通過和對膨脹劑類外加劑在同等條件下的對比試驗(yàn), 首次在隧道工程中成功應(yīng)用新型的聚羧酸微收縮高效減水劑, 減少了單位體積混凝土用水量, 大大減小了混凝土的收縮量, 防止了混凝土裂縫( 特別是縱向貫穿裂縫) 的產(chǎn)生, 有效地提高了混凝土的耐久性。

關(guān)鍵詞: 抗?jié)B混凝土; 收縮; 減水劑; 裂縫; 試驗(yàn)

中圖分類號: TU528.042.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號: 1002- 3550-( 2007) 01- 0076- 03

0 概述

　　九華山隧道建成后位于玄武湖底下, 防水及耐久性就成了設(shè)計(jì)和施工的首要任務(wù)。按設(shè)計(jì)要求隧道主要以自防水為主, 混凝土裂縫是影響混凝土及其結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵因素, 而混凝土的收縮性能則是導(dǎo)致混凝土開裂的重要原因?；炷猎缙谒苄允湛s、干燥收縮及溫度收縮都將對混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)。

　　為保證混凝土在工程中的使用性能及耐久性, 必須對混凝土的體積穩(wěn)定性進(jìn)行深入的研究, 并采取有效措施對其加以控制。混凝土干縮產(chǎn)生的原因主要是混凝土內(nèi)部的水分損失, 影響混凝土收縮性能因素主要有膠凝材料用量、水灰比、骨料性能及外加劑種類等等, 很難在這些有交互作用的因素中找出能提高混凝土干縮性能的普遍方法。使用AFt 類膨脹劑是我國隧道和地下工程減小混凝土材料收縮的常規(guī)做法, 而使用AFt 類膨脹劑對混凝土后期的不利影響也已被眾多研究者證實(shí)。

　　從混凝土本身材料、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)理論的角度, 結(jié)合已有研究項(xiàng)目積累的研究經(jīng)驗(yàn)及國內(nèi)外研究者的一些探索, 可考慮從骨料最佳堆積狀態(tài)、混凝土內(nèi)部養(yǎng)護(hù)、合理外加劑的選擇使用等途徑出發(fā), 增大混凝土密實(shí)程度、提高混凝土材料彈性模量、阻止混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)等, 減小混凝土收縮, 以改善耐久性能。

　　本文通過和對膨脹劑類外加劑在同等條件下的對比試驗(yàn),首次在隧道工程中成功應(yīng)用新型的聚羧酸微收縮高效減水劑,減少了單位體積混凝土用水量, 大大減小了混凝土的收縮量,防止了混凝土裂縫特別是縱向貫穿裂縫的產(chǎn)生, 有效地提高了混凝土的耐久性。

1 試驗(yàn)方案

　　試驗(yàn)測試儀器采用天津建筑儀器廠生產(chǎn)的YB-25 手持式應(yīng)變儀。

1.1 試件尺寸及測頭布置方式

　　試件尺寸分別為100mm×100mm×400mm ( Mode I、ModeⅡ) , 及100mm×100mm×300mm( Mode Ⅲ) , 銅質(zhì)測頭, 采用圖1所示的三種測頭類型及其布置方式。

1.2 試件養(yǎng)護(hù)制度

　　(1) 1.5d 拆模, 水養(yǎng)7d 后置于恒溫恒濕室( ( 20±2) ℃, RH( 60±0.5) %) 待測;

　　(2) 1.5d 拆模, 直接放置于恒溫恒濕室( ( 20±2) ℃, RH( 60±0.5) %) 待測。

1.3 基本情況

　　試驗(yàn)選用聚羧酸系高效減水劑MST 及JM-PCA; 膨脹劑有鈣質(zhì)膨脹劑JM-III 及鎂質(zhì)膨脹劑, 進(jìn)行對比試驗(yàn)研究。所用水泥為華新42.5 級普通硅酸鹽水泥, 骨料為5~31.5mm 連續(xù)及配石灰?guī)r, 所用河砂為中砂( Mx=2.7, II 區(qū)) 。收縮試驗(yàn)所用到的配合比如表1。

2 非限制收縮試驗(yàn)( FS 組)

　　FS 組測頭布置方式為Mode I, 見圖2, 從3d 開始放入水中養(yǎng)護(hù)7d 取出, 放置于恒溫恒濕室( ( 20±2) ℃, RH60%) 待測。( 1) 試驗(yàn)結(jié)果

( 2) 結(jié)果分析

　　從圖2 中可以開出, 三組配比下混凝土試件的收縮相差不大, 聚羧酸組最小, 鎂質(zhì)膨脹劑組次之, 而鈣質(zhì)膨脹劑收縮值最大; 每組三個(gè)試件的收縮值比較接近, 數(shù)據(jù)可靠。鈣質(zhì)膨脹劑早期膨脹效果不如鎂質(zhì)膨脹劑明顯。

FS- 1.5 組: y=117.74Ln( x) - 291.59( R2=0.962 6)

FS- 2.1 組: y=137.21Ln( x) - 344.12( R2=0.933 6)

FS- 3.1 組: y=128.74Ln( x) - 327.49( R2=0.921 1)

　　對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次曲線擬合分析( 見圖3) 可知: 擬合曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相關(guān)性較好。需要指出的是, 不同擬合函數(shù)擬合出的趨勢( 斜率) 會有所不同, 同次試驗(yàn)主要為了比較不同外加劑對混凝土收縮性能的相對影響情況。

3 非限制收縮試驗(yàn)( FE 組)

　　FE 組測頭布置方式為Mode II, 從3d 開始放入水中養(yǎng)護(hù)7d 取出, 放置于恒溫恒濕室( ( 20±2) ℃, RH60%) 待測。

　　(1) 試驗(yàn)結(jié)果

　　( 2) 結(jié)果分析

　　從圖4 可以看出, 該組試驗(yàn)中各配比的不同試件間收縮值差異很小, 不同配比間的差異也不大。膠凝材料用量及水泥用量是該組試驗(yàn)中收縮的主要影響因素。

FE- 1.3 組: y=137.8Ln( x) - 340.6( R2=0.945 6)

FE- 1.5 組: y=140.94Ln( x) - 348.17( R2=0.903)

FE- 1.7 組: y=147.45Ln( x) - 356.08( R2=0.917)

FE- 2.1 組: y=170.35Ln( x) - 430.23( R2=0.876 1)

　　對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次曲線擬合分析( 見圖5) 可知: 擬合曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相關(guān)性較好。

4 限制收縮試驗(yàn)( CS 組)

　　測頭布置方式為Mode III, 3d 時(shí)開始放入水中養(yǎng)護(hù)7d 取出, 放置于恒溫恒濕室( ( 20±2) ℃, RH60%) 待測。

　　(1) 試驗(yàn)結(jié)果

　　(2) 結(jié)果分析

　　從圖6 中可以看出, CS- 2.1 組收縮最大, CS- 3.1 組次之,CS- 1.5 組收縮值最小; 不同配比的各試件收縮情況基本相同;鈣質(zhì)膨脹劑在早期的膨脹效果并不明顯。

　　對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次曲線擬合分析( 見圖7) 可知: 擬合曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相關(guān)性較好。

CS- 1.5 組: y=119.89Ln( x) - 330.8( R2=0.952 5)

CS- 2.1 組:y=135.41Ln( x) - 340.69( R2=0.946 5)

CS- 3.1 組:y=150.83Ln( x) - 98.51( R2=0.951 4)

5 結(jié)論

　　通過不同外加劑對混凝土早期收縮性能的影響對比試驗(yàn)可知, 無論對于自由干縮試件或限制收縮試件, 聚羧酸系微收縮高效減水劑的使用都不會對混凝土后期的收縮性能有負(fù)面影響, 而膨脹劑尤其是AFt 類膨脹劑對后期混凝土性能有潛在的劣化可能性。采用聚羧酸外加劑, 通過改變混凝土孔隙中固、液、氣三相的表面物理化學(xué)特性, 達(dá)到減少收縮的目的, 一旦加入, 在混凝土中終生有效, 使得混凝土的收縮降低, 提高抗裂性能。通過摻加JM-PCA 與萘系高效減水劑的混凝土干燥收縮比較, 可以看出, 其減縮效果很明顯。使用JM-PCA 有效提高了九華山隧道工程混凝土的抗裂性, 保證了九華山隧道的工程質(zhì)量。