混凝土膨胀剂在不同养护条件下的膨胀性能研究

[摘要] 　本文设计试验了四种不同养护条件下,掺膨胀剂混凝土的自由膨胀效果以及限制膨胀效果,并与未掺膨胀剂的混凝土进行了对比试验。试验表明掺膨胀剂混凝土只有在充分的水养护条件下,才能发挥膨胀效果。

[关键词] 　膨胀剂　不同养护条件　掺膨胀剂混凝土　未掺膨胀剂混凝土　自由膨胀　限制膨胀

1 　引言

膨胀剂的研究始于20 世纪70 年代,至今在我国累计应用已超过数百万吨,主要应用在以下几个方面。

(1) 高层建筑的地下防水:由于掺膨胀剂混凝土具有补偿收缩作用,可结构自防水。因此大部分膨胀剂应用于此类混凝土工程。

(2) 屋面防水

(3) 超长结构施工

(4) 特种结构工程:如体育设施看台、水厂水池、游泳池、钢管混凝土、水电站的大坝等。近三十年来,膨胀剂在上述几类混凝土工程中的应用,极大地发挥了其在抗裂防水、补偿收缩等方面的作用。但仍有许多工程尽管使用了膨胀剂,还是出现了混凝土开裂、渗漏的质量事故,以至于人们开始怀疑膨胀剂的作用。为掌握和验证膨胀剂在商品混凝土中的膨胀效果,作者进行了下述试验。

2 　试验情况

2.1 　原材料

试验采用上海联合水泥有限公司生产的P.O42.5 水泥。细骨料为中砂,细度模数2.5 ,含泥量小于1 %。粗骨料为5～25mm 连续粒级的碎石。粉煤灰为Ⅱ级灰。外加剂为中效泵送剂。膨胀剂为武汉三源特种建材有限责任公司生产的U EA - Ⅰ型膨胀剂和UEA - X 型膨胀剂。

2.2 　配合比

参考实际工程使用的掺膨胀剂混凝土配合比,并设计掺膨胀剂与未掺膨胀剂混凝土的初始坍落度同为150 ±10mm ,采用外掺法。混凝土配合比如表1 。

2.3 　试件的制作

分别按Ⅰ号配合比、Ⅱ号配合比成型4 组试件测混凝土膨胀率和4 组试件测混凝土限制膨胀率。按0 号配合比成型对比组混凝土试件。

2.4 　四种不同养护条件

a) 成型的混凝土试件待初凝抹面后,覆盖塑料薄膜。1d 拆模,浸水(水温为20 ±2 ℃) 养护14d ,然后移入温度为20 ±2 ℃,相对湿度为60 % ±5 %的恒温恒湿养护室,养护条件简写为a 。

b) 成型的混凝土试件待初凝抹面后,覆盖塑料薄膜。1d 拆模,标养(温度为20 ±2 ℃,相对湿度为不低于95 %) 14d ,然后移入温度为20 ±2 ℃,相对湿度为60 %±5 %的恒温恒湿养护室,养护条件简写为b 。

c) 成型的混凝土试件待初凝抹面后,覆盖塑料薄膜。1d 拆模,采用湿麻袋覆盖,保持混凝土潮湿养护(温度为20 ±2 ℃) 14d ,然后移入温度为20 ±2 ℃,相对湿度为60 % ±5 %的恒温恒湿养护室,养护条件简写为c 。

d) 成型的混凝土试件待初凝抹面后,覆盖塑料薄膜。1d 拆模,移入温度为20 ±2 ℃,相对湿度为60 % ±5 %的恒温恒湿养护室,养护条件简写为d。215 　膨胀率以及限制膨胀率测试

2.5. 1 　测试方法

参照GBJ 82 - 1985《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》,测试混凝土试件膨胀率。参照GBJ 50119 - 2003《混凝土外加剂应用技术规范》附录B ,测试混凝土试件限制膨胀率。混凝土试件成型1d 拆模后,立即测混凝土试件的初始长度,此后分别测试3d、7d、14d、28d、60d、90d 时的试件长度(从成型加水时算起) 。

2.5. 2 　膨胀率计算

混凝土的膨胀率按下式计算:

ε=

Lt - L0

L0 - 2Δ

式中:ε ———试验期为t 天的混凝土膨胀率, t 从测试初始长度时算起;

Lt ———试验期为t 天时测得的试件长度,mm ;

L0 ———试件的初始长度,mm ;

Δ ———测头的埋入深度,mm。

215. 3 　限制膨胀率计算

混凝土的限制膨胀率按下式计算:

εx =

Lt - L0

L

式中:εx ———试验期为t 天的混凝土限制膨胀率, t

从测试初始长度时算起;

Lt ———试验期为t 天时测得的试件长度,mm ;

L0 ———试件的初始长度,mm ;

L ———试件基准长度,取300mm。

3 　试验结果

(1) 0 号配合比, Ⅰ号配合比, Ⅱ号配合比混凝土的坍落度及抗压强度试验结果如表2 。

(2) 0 号配合比, Ⅰ号配合比, Ⅱ号配合比混凝土膨胀率试验结果见表3 。

(3) 0 号配合比, Ⅰ号配合比, Ⅱ号配合比混凝土限制膨胀率试验结果见表4 。

4 　试验结果分析

从表2 试验结果看出,为达到相同的初始坍落度,掺膨胀剂混凝土的单方用水量比未掺膨胀剂混凝土的单方用水量增加5～10kg。但外掺膨胀剂混凝土的抗压强度仍比未掺膨胀剂混凝土的抗压强度高,说明该膨胀剂起到了胶凝材料的作用,可内掺使用。

　 从图1 、图2 、图3 、图4 看出,UEA - Ⅰ型膨胀剂和UEA - Ⅱ型膨胀剂在浸水养护、标准养护以及草包覆盖浇水养护的条件下,能够产生膨胀作用;且自由膨胀率、限制膨胀率大小与养护水的充足程度密切正相关;14d 湿养护后转入干空气中养护,各龄期的自由干缩率仍比未掺膨胀剂混凝土(浸水养护时) 各龄期的自由干缩率小。当掺膨胀剂混凝土成型1 d 后直接暴露于温度为20 ±2 ℃,相对湿度为60 % ±5 %空气中时, 膨胀剂不能发挥任何膨胀作用。

从图3 、图4 看出,当存在外力限制时,浸水养护、标准养护以及草包覆盖浇水养护条件下掺膨胀剂混凝土各龄期的限制膨胀率比未掺膨胀剂混凝土(浸水养护时) 各龄期的限制膨胀率大,从而保证混凝土在早期自身抗裂能力较弱时,混凝土内部不产生拉应力。90d 龄期的限制干缩率与未掺膨胀剂混凝土(浸水养护时) 90d 龄期的限制干缩率接近,说明混凝土膨胀剂的作用主要在前期。对表3 、图5 数据分析得出,UEA - Ⅰ型膨胀剂和UEA - Ⅱ型膨胀剂对自由状态下混凝土的抗压强度、膨胀率的影响是不同的,混凝土的强度越高,自由膨胀率越小。这是由于在没有外力限制作用下,混凝土自身的限制作用占主导地位,因此强度越高,自身的限制作用越大,自由膨胀率就越小。当混凝土受到钢筋骨架的限制作用时,钢筋骨架起主导限制作用,因此掺UEA - Ⅰ型膨胀剂混凝土与掺UEA - Ⅱ型膨胀剂混凝土的各个龄期限制膨胀率比较接近。

5 　结论

根据以上试验研究,可以得出以下结论:

1) 当混凝土中掺入UEA - Ⅰ型膨胀剂和U EA- Ⅱ型膨胀剂时,应适当增加混凝土的单方用水量。UEA - Ⅰ型膨胀剂和U EA - Ⅱ型膨胀剂具有胶凝作用,可内掺使用。

2) UEA - Ⅰ型膨胀剂和UEA - Ⅱ型膨胀剂在浸水养护、标准养护以及草包覆盖浇水养护的条件下,能够产生膨胀作用。且膨胀率大小与养护水的充足程度密切正相关。其各个龄期的膨胀作用可补偿混凝土的部分收缩,14d 龄期的充分水养护,可使混凝土内部在前期不产生收缩措施二,炎热天气施工时,在混凝土浇筑前,将模板及钢筋充分湿润,避免因模板、钢筋过于干燥及温度高吸水过大造成混凝土收缩裂缝。措施三,在混凝土浇筑、振捣、抹压后随即覆盖一层塑料薄膜,在混凝土终凝产生强度前严禁上人。这样一是避免了混凝土因早期失水养护造成干缩裂缝(一般初凝后产生,裂缝深度较浅) ,二是避免了在混凝土初凝后而未终凝时上人覆盖毛毡养护或抹压初凝后产生的裂缝造成钢筋挠动,形成顺筋裂缝(通常是贯穿性的) 。采取以上措施后陆续浇筑了二至五层梁、板混凝土4800m3 ,未再发现有裂缝。且自这次浇筑至8月30 日夏季高温季节期间,我们供货的另外十几处工程,建议施工单位采取以上施工措施后也没有发现混凝土板裂缝现象。

3) 在自由状态下,掺U EA - Ⅰ型膨胀剂混凝土和掺UEA - Ⅱ型膨胀剂混凝土各个龄期的自由膨胀率和自由干缩率差别较大。当受到钢筋骨架的限制作用,且钢筋骨架起主导限制作用时,其各个龄期的自由膨胀率和自由干缩率比较接近。

4) 膨胀剂在混凝土中的膨胀作用是十分复杂的,与养护条件、混凝土强度等级、膨胀剂组成、胶凝
材料组成、限制作用等多种因数密切相关。为保证工程质量,应根据工程的实际情况,对膨胀剂进行试
验选择;同时必须做好保湿养护工作,以便充分发挥混凝土膨胀剂的抗裂防水、补偿收缩等作用。

[作者简介] 　姚利君,女,高级工程师
[工作单位] 　上海市建筑科学研究院
[单位地址] 　上海宛平南路75 号(200032)
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