外加劑類型對混凝土收縮影響的研究

摘　要:對混凝土用聚羧酸類減水劑、鈣礬石類、鎂質類膨脹劑作對比試驗,研究了外加劑類型對混凝土收縮的影響程度,以促進對混凝土收縮性能的研究,為九華山隧道自防水混凝土材料選擇提供依據。

關鍵詞:外加劑,混凝土,裂縫,收縮

中圖分類號: TU528. 042 文獻標識碼:A

文章編號:100926825 (2008) 0720192202

　　南京九華山隧道工程總投資14. 35 億元,長2 804. 372 m ,由于隧道建成后處于玄武湖底下,防水成了設計和施工的首要任務。按設計要求隧道主要以自防水為主,因此對混凝土材料、配比及施工提出了很高的要求,經過與專家的探討和研究,提出了混凝土外加劑使用聚羧酸,成功地解決了隧道自防水問題。

1 　混凝土裂縫概述

　　混凝土裂縫一直是影響混凝土及其結構耐久性的關鍵因素,而混凝土的收縮性能則是導致混凝土開裂的重要原因,要成功實現(xiàn)混凝土自防水,首先就要解決混凝土裂縫問題,這里包括混凝土自身的開裂和伸縮縫防水?；炷猎缙谒苄允湛s、干燥收縮及溫度收縮都將對混凝土結構穩(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)定性進行深入的研究,并采取有效措施對其加以控制。

2 　試驗方案

　　試驗測試儀器采用天津建筑儀器廠生產的YB225 手持式應變儀。

2. 1 　試件尺寸及測頭布置方式

　　試件尺寸分別為100 mm ×100 mm ×400 mm (Mode Ⅰ,Mode Ⅱ) ,及100 mm ×100 mm ×300 mm(Mode Ⅲ) ,銅質測頭。

2. 2 　試件養(yǎng)護

　　1) 1. 5 d 拆模,泡水7 d 后置于恒溫恒濕室(20 ℃±2 ℃,RH60 % ±0. 5 %) 待測;

　　2) 1. 5 d 拆模,直接放置于恒溫恒濕室(20 ℃±2 ℃,RH 60 %±0. 5 %) 待測。

2. 3 　基本情況

　　試驗選用聚羧酸系高效減水劑MST 及JM2PCA ;膨脹劑有鈣質膨脹劑JM2 Ⅲ及鎂質膨脹劑,進行對比試驗研究。所用水泥為華新42. 5 普通硅酸鹽水泥,骨料為5231. 5 連續(xù)及配石灰?guī)r,所用河砂有青砂( M ×= 2. 7 , Ⅱ區(qū)) 。收縮試驗所用到的配合比如表1所示。

3 　非限制收縮試驗( FS 組)

　　FS 組測頭布置方式為Mode Ⅰ,從3 d 開始泡水7 d 取出,放置于恒溫恒濕室(20 ℃±2 ℃,RH60 %) 待測。

　　結果分析:測試結果顯示,三組配比下混凝土試件的收縮相差不大,聚羧酸組最小,鎂質膨脹劑組次之,而鈣質膨脹劑收縮值最大;每組三個試件的收縮值比較接近,數據可靠。鈣質膨脹劑早期膨脹效果不如鎂質膨脹劑明顯。

　　FS21. 5 組: y = 117. 74ln( ×) - 291. 59 　( R2 = 0. 962 6) 。

　　FS22. 1 組: y = 137. 21ln( ×) - 344. 12 　( R2 = 0. 933 6) 。

　　FS23. 1 組: y = 128. 74ln( ×) - 327. 49 　( R2 = 0. 921 1) 。

　　對試驗數據進行二次曲線擬合分析可知:擬合曲線與實驗數據相關性較好。需要指出的是,不同擬合函數擬合出的趨勢(斜率) 會有所不同,同次試驗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(下同) 。

4 　非限制收縮試驗( FE組)

　　FE 組測頭布置方式為Mode Ⅱ,從3 d 開始泡水7 d 取出,放置于恒溫恒濕室(20 ℃±2 ℃,RH60 %) 待測。FE 組混凝土自由收縮。

　　結果分析:測試結果顯示,該組試驗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中收縮的主要影響因素。

　　FE1. 3 組: y = 137. 8ln( ×) - 340. 6 　( R2 = 0. 945 6) 。

　　FE1. 5 組: y = 140. 94ln( ×) - 348. 17 　( R2 = 0. 903) 。

　　FE1. 7 組: y = 147. 45ln( ×) - 356. 08 　( R2 = 0. 917) 。

　　FE2. 1 組: y = 170. 35ln( ×) - 430. 23 　( R2 = 0. 876 1) 。

　　對試驗數據進行二次曲線擬合分析可知:擬合曲線與實驗數據相關性較好。

5 　限制收縮試驗( CS 組)

　　測頭布置方式為Mode Ⅲ,3 d 時開始泡水7 d 取出,放置于恒溫恒濕室(20 ℃±2 ℃,RH60 %) 待測。CS 組混凝土限制收縮。結果分析:測試結果顯示, FE2. 1 組收縮最大, FE3. 1 組次之,FE1. 5 組收縮值最小;不同配比的各試件收縮情況基本相同;鈣質膨脹劑在早期的膨脹效果并不明顯。

　　CS1. 5 組: y = 119. 89ln( ×) - 330. 8 　( R2 = 0. 952 5) 。

　　CS2. 1 組: y = 135. 41ln( ×) - 340. 69 　( R2 = 0. 946 5) 。

　　CS3. 1 組: y = 150. 83ln( ×) - 398. 51 　( R2 = 0. 951 4) 。

　　對試驗數據進行二次曲線擬合分析可知:擬合曲線與實驗數據相關性較好。

6 　結語

　　通過不同外加劑對混凝土早期收縮性能的影響對比試驗可知,無論對于自由干縮試件或是限制收縮試件,聚羧酸系高效減水劑的使用都不會對混凝土后期的收縮性能有負面影響,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。

　　最終通過試驗對比,選擇了聚羧酸外加劑作為九華山隧道混凝土添加劑,實踐證明了聚羧酸能很好地抑制混凝土收縮,整個隧道沒有出現(xiàn)貫穿裂縫,裂縫寬度控制在設計要求范圍內。南京九華山隧道2006 年獲得了魯班獎。

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