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地下泵房、水池及多层建筑都需要较深的基础在地下,由于大多数可施工建筑的地区多有地下水存在,设计、施工要认真解决地下部分的抗渗和设置超长的伸缩缝,这是两项技术性较复杂且往往达不到预期效果的难题。长期以来对这些工程多采用普通抗渗混凝土并设置后浇带处理伸缩缝。但设计后浇带时需按规范要求的部位和长度范围留置,将整体结构划分成若干临时的独立单元,使设计和施工的具体实施难度加大。特别是在留置的后浇带停置的一段时间内,难以确保截面不受地下水及其它物质的侵蚀,在重新浇筑时需采取清理措施,这都会给施工质量留下隐患。例如:在地面以下环境中需对后浇带部位进行较长时间的防护,设临时支撑、钢筋除锈、复位、焊接、清理表面浮层等,工序工种复杂,工期和施工质量难以确保。为从根本上消除上述弊端,可采用无留置缝(即不设后浇带或伸缩缝)的结构混凝土,这既给设计、施工带来方便,又可提高混凝土的安全耐久性。从一些工程应用的实践和试验结果表明,在普通混凝土中掺入适量微膨胀剂可有效地解决抗渗和不留缝的技术问题。现对微膨胀混凝土的机理和应用中的一些问题浅述如下。
微膨胀混凝土的机理
补偿收缩抗裂性较好。微膨胀混凝土结构在未承载时,其物理力学状态是:由于混凝土中配置一定的钢筋,工程中不可避免地存在着结构边界的约束作用,使各类变形均处于受挖状态。因此,普通混凝土存在的干缩、蠕变、温差效应所造成的收缩变形将产生拉应力,当这种拉应力大于混凝土极限拉应变时即出现裂缝。而采用微膨胀混凝土时,在强度增长过程中即产生体积膨胀,内部产生压应力和压应变,能补偿各种收缩变形,抵消相应产生的拉应力,有效地提高结构的抗裂性。由于膨胀变形时释放的大部分能量均发生在混凝土养护的早期阶段,此时尚处在塑性状态,故大量空隙易于被压缩密实;同时,因游离的钙矾石结晶颗粒具有填充孔隙的作用,使空隙进一步减少,密实作用显著提高。上述多种因素综合发生作用后,可极大地改善混凝土结构的内部微观结构,使其具有较好的抗渗透性能。
对抗裂性产生原因的再认识。长期以来人们对微膨胀混凝土的抗裂性仅从补偿收缩的角度分析和考虑,对更深层次的机理分析论述不充分。现根据建筑期刊介绍的大量工程实践经验及检测资料,对抗裂性的机理作进一步的加深理解。微膨胀混凝土本身具有的特性,是获得较好抗裂性的主要原因,其一,在受约束状态下其净膨胀率以膨胀和收缩值之差计算,ｅ＝ｆ的发展过程会延续较长的时间,在此进行过程中净膨胀率的变化为:在大约100ｄ左右龄期以前,ｅ为正值,混凝土结构体内产生压应变;以后ｅ会转变为负值,结构内部则产生拉应变。
其二,浇筑初期的膨胀量达到高峰值是决定净膨胀率负值出现时间推迟的关键。当净膨胀率的负值出现时,混凝土结构体的抗拉极限强度、极限应变值已提高了很多,完全可以抵抗收缩产生的拉应力和拉应变能力。从上述简析中可知,微膨胀混凝土的抗裂能力,不能单从其膨胀值的大小衡量,而应从不同角度如膨胀率整个发展过程的延续时间、峰值大小和净膨胀率的变化来考虑。２工程应用中应重视的几个问题一些地下工程实践表明:采取无缝整体现浇微膨胀混凝土的贮水池、地下泵房、高层建筑地下室及箱型基础等结构已取得了较好的抗渗效果,但仍在一些技术上需完善与稳妥处理。
加强对混凝土早期的养护(7～14ｄ)及防护工作。此期间的表湿应连续充足,以保证膨胀率能达到设计预期的峰值,这是结构抗裂和抗渗的关键所在。一般实际施工中往往因多方面因素而忽视加强对浇筑后早期的养护,存在方法与措施不当而使养护效果受到影响,从而导致膨胀混凝土抗裂与抗渗性能受到不同程度的损害,严重的还造成质量事故。
控制水灰比。水灰比对混凝土抗渗性的影响众所周知,水灰比过高则孔隙率多且大,钙矾石结晶颗粒的填孔效果受到影响,在已成功的经验中水灰比一般在0.4～0.5为宜。从图１可知,混凝土膨胀量的绝大部分在早期发生,在尚处于塑性状态的孔隙率过大时,其能量的大部分消耗在压缩塑性的大量孔隙和释放到不受约束的方向去,而受限制的方向也是不应出现裂缝的方向则常首先出现裂缝,将有效的压应变和预压应力的初始峰值明显降低,使该方向孔隙的有效压缩量也相应降低,终将导致抗裂和抗渗性的大幅度下降。一些工程管理中无控制水灰比的严格措施,甚至在运输、停留和振捣进行中的二次加水现象时有发生,忽视水灰比的问题必须引起重视。
水泥强度及用量、振捣问题。水工地下防水抗渗混凝土的水泥标号不应低于425#(普通硅酸盐水泥),其用量不宜低于320～350ｋｇ／ｍ３;粗骨料粒径＜30ｍｍ,含泥及杂质量＜１%;采用中砂,每ｍ３用量不低于0.38～0.41;浇筑应连续进行,间隔时间＜60ｍｉｎ;运距较长时应加缓凝剂;自由落差＜２ｍ;浇筑完表面及时防护等。24膨胀剂的选用与掺量是关键。根据资料介绍,中国建材科研院研制开发的Ｕ型膨胀剂效果较好,其掺量按工程具体要求而定:Ｕ型膨胀剂掺量占水泥质量的10%～14%时,能获得较好的膨胀性,适用于以抗裂为主的工程。此种掺量下的混凝土膨胀在非受限状态下自由膨胀的强度与普通混凝土相比,其自由强度降低约5%～10%,一般可不考虑其影响。因在具体工程中混凝土均不可避免地处于受限状态,在受限状态下膨胀混凝土的强度同普通混凝土相比提高10%～30%—当然与受限状态的强弱及掺量有关。在受限状态下当掺量为10%～14%,一般受限状态的混凝土膨胀后的实际强度多高于相同强度等级的普通自由混凝土的强度。但是,当掺量大于14%且结构处于非强化受限状态时,上述产生的不利因素不应忽视。当Ｕ型膨胀剂掺量在8%～10%时,膨胀率偏低,但混凝土强度有所提高,具有一定的抗渗性能,此掺量适用于以抗渗为主的承重结构。如同时又需提高混凝土的抗裂性时,膨胀剂掺量应增加至14%,并适当提高混凝土的强度等级。当膨胀剂掺量在14%～16%时,膨胀率显著提高,但混凝土自由状态下的强度下降幅度会达10%,不应忽视这一问题。取大掺量仅适用于大体积并处于较强受限制状态下的填充混凝土———由于受限状态强度高,混凝土的实际强度也会有较大的提高,以补偿在自由状态时强度的损失。
地处季节性冻胀地区对抗裂、抗渗工程中膨胀剂的掺用,可考虑同早强剂及抗冻剂一并复合使用,一般不会出现不相容变化,但必须经设计试配,取得必要数据后再用为妥。工程中采用微膨胀混凝土技术在理论与实践方面还需深入探讨,使之更先进完善。
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