摘要：普通混凝土的開(kāi)裂問(wèn)題一直是困擾建設(shè)者的難題，造成混凝土這一致命弱點(diǎn)的原因是混凝土的收縮。介紹了補(bǔ)償收縮混凝土的作用機(jī)理，并闡述了膨脹劑對(duì)混凝土性能的影響，在巴東長(zhǎng)江公路大橋橋面鋪裝層的應(yīng)用實(shí)例以及實(shí)驗(yàn)及施工中應(yīng)注意的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：開(kāi)裂收縮補(bǔ)償收縮混凝土膨脹劑
中圖分類(lèi)號(hào)：TU528
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1007-2918(2006)01-0009-02
0 引言
普通硅酸鹽水泥在自然條件下硬化，具有一定的干縮性。收縮值隨水泥的品種、熟料的礦物組成、水泥顆粒的細(xì)度、水灰比的大小、養(yǎng)護(hù)條件的差異以及使用環(huán)境的不同而變化。一般來(lái)說(shuō)，7d－60d 內(nèi)混凝土的收縮率較大，60d 以后收縮率逐漸趨于緩慢。
混凝土內(nèi)部會(huì)由于收縮會(huì)產(chǎn)生微裂紋，不僅使混凝土結(jié)構(gòu)的整體性破壞，而且影響混凝土的力學(xué)性能和耐久性。收縮產(chǎn)生的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1]：! 混凝土的開(kāi)裂破壞；"混凝土的抗?jié)B性不好造成滲漏的破壞；混凝土的開(kāi)放性裂縫導(dǎo)致了混凝土中的鋼筋銹蝕；$混凝土的收縮影響混凝土的體積安定性。
因此，裂縫的防治和處理問(wèn)題一直是工程界重視的問(wèn)題，補(bǔ)償收縮混凝土作為一種有效的應(yīng)對(duì)措施，得到了廣泛的應(yīng)用。
1 膨脹劑在混凝土中的作用機(jī)理[2]
在各種膨脹劑中，U 型膨脹劑占的比例最大，使用最為廣泛。補(bǔ)償收縮混凝土在水化過(guò)程中能產(chǎn)生一定數(shù)量的鈣礬石而產(chǎn)生微膨脹。產(chǎn)生鈣礬石的化學(xué)反應(yīng)式為：C4A3S+6Ca(OH)2+8CaSO4+96H2O=3(C3A·3CaSO4·32H2O)
a 鈣礬石產(chǎn)生的微膨脹可以彌補(bǔ)普通水泥水化時(shí)產(chǎn)生的體積收縮；b 水泥水化產(chǎn)生一定強(qiáng)度后在混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中可以產(chǎn)生一定的膨脹力，這種膨脹力使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋受拉、混凝土受壓，利用混凝土的這部分壓應(yīng)力可以抵消或大部分抵消因混凝土干縮、冷縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力。
2 膨脹劑對(duì)混凝土性能的影響
在混凝土中摻入膨脹劑以后，由于膨脹劑組分與水泥組分在水泥中的相互作用，新拌混凝土和硬化后的混凝土其性能都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。
2.1 膨脹劑對(duì)新拌混凝土性能的影響
2.1.1 流動(dòng)性
摻入膨脹劑的混凝土，其流動(dòng)性均有不同程度的降低；要保持混凝土相同的坍落度，摻膨脹劑的混凝土水膠比要大一些。摻入膨脹劑后，混凝土的坍落度損失也會(huì)增加，這是因?yàn)樗嗯c膨脹劑同時(shí)水化，它們?cè)谒^(guò)程中產(chǎn)生爭(zhēng)水現(xiàn)象，使得混凝土在坍落度減小的同時(shí)，坍落度的損失增大。
2.1.2 泌水率
摻入膨脹劑的混凝土的泌水率比不摻膨脹劑的混凝土的泌水率要低，但是不十分明顯。
2.1.3 凝結(jié)時(shí)間
摻入混凝土膨脹劑后，會(huì)使凝結(jié)時(shí)間縮短。原因是膨脹劑中早期生成的鈣礬石加快了水化速度。
2.2 膨脹劑對(duì)硬化混凝土性能的影響[3]
2.2.1 強(qiáng)度
補(bǔ)償收縮混凝土的早期強(qiáng)度隨膨脹劑摻量的增加而有所下降，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快。養(yǎng)護(hù)條件較好時(shí)，由于補(bǔ)償收縮混凝土的密實(shí)性增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)超過(guò)不摻膨脹劑的混凝土；但當(dāng)膨脹劑摻量過(guò)多，混凝土自由膨脹率增長(zhǎng)過(guò)大，強(qiáng)度下降。因而在適當(dāng)限制條件不僅能夠提高強(qiáng)度，而且與強(qiáng)度有關(guān)的各種性能，同樣能得到一定程度的提高。
2.2.2 抗?jié)B性
膨脹劑在水化過(guò)程中，體積會(huì)發(fā)生膨脹，生成大于本來(lái)體積的水化產(chǎn)物，如鈣礬石，它是一種針狀晶體。隨著水泥水化的進(jìn)行，鈣礬石逐漸在水泥石中搭接延伸，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效的阻塞了水泥石中的縫隙，切斷了毛細(xì)管通道，使結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。極大地降低了滲透系數(shù)，提高了抗?jié)B性能。
2.2.3 抗凍性
由于摻入了膨脹劑，混凝土內(nèi)的裂縫大大減少，從而增加了混凝土的密實(shí)性，混凝土的抗凍性有了很大改善，同時(shí)大大提高了混凝土的耐久性。
2.2.4 氣密性
即混凝土的抗氣滲性。補(bǔ)償收縮混凝土在限制條件下具有優(yōu)良的氣密性，其對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土用于輸氣管和儲(chǔ)氣柜工程有很大意義。對(duì)比補(bǔ)償收縮混凝土與普通混凝土在各種壓力差下的氣密性，充分顯示普通混凝土的氣密性遠(yuǎn)低于補(bǔ)償收縮混凝土，補(bǔ)償收縮混凝土的氣密性比普通混凝土高5!10 倍。
2.2.5 抗硫酸鹽性
膨脹混凝土的抗硫酸鹽性能與所用水泥熟料中的礦物成分C3A 含量有關(guān)。若C3A 含量相近，則膨脹混凝土與普通混凝土的抗硫酸鹽性基本相同。我國(guó)目前生產(chǎn)的硫鋁酸鹽膨脹混凝土與低熱膨脹混凝土，其抗硫酸鹽性能均優(yōu)于普通水泥混凝土，有的甚至優(yōu)于抗硫酸鹽水泥混凝土。3 膨脹劑在工程中的應(yīng)用實(shí)例巴東長(zhǎng)江公路大橋是國(guó)道209 線(xiàn)在湖北省西部巴東縣境內(nèi)、處于三峽水利工程庫(kù)區(qū)內(nèi)長(zhǎng)江主河道上跨越長(zhǎng)江的特大型橋梁。在橋面鋪裝混凝土材料設(shè)計(jì)中，加入了低堿的UEA-1 型膨脹劑。采用表1 所示的兩個(gè)配合比進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示，加入膨脹劑對(duì)混凝土的坍落度略有降低；加入膨脹劑后，混凝土的早期強(qiáng)度略低，到28d 強(qiáng)度趕上了素混凝土；沖擊韌性變化不大；抗?jié)B等級(jí)均達(dá)到W22 標(biāo)準(zhǔn)，滲透系數(shù)降低46%，抗?jié)B性能明顯提高；可見(jiàn)加入適量膨脹劑，可以補(bǔ)償混凝土的收縮，提高混凝土的密實(shí)性，由此起到防裂和提高混凝土抗?jié)B性的作用[4]。
4 膨脹劑試驗(yàn)及施工的注意事項(xiàng)
雖然補(bǔ)償收縮混凝土在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)和施工中也存在著許多誤區(qū)和問(wèn)題：
?、僭S多施工單位選用的膨脹劑不檢驗(yàn)其質(zhì)量是否合格，摻膨脹劑的混凝土配合比設(shè)計(jì)不合理；
?、谠谶M(jìn)行補(bǔ)償收縮混凝土試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)人員往往只做坍落度、強(qiáng)度和抗?jié)B試驗(yàn)，而對(duì)評(píng)價(jià)其性能重要的一方面———限制膨脹率忽略不做，從而無(wú)法正確有效地使用膨脹劑；
?、蹤z測(cè)摻膨脹劑混凝土性能的標(biāo)準(zhǔn)、試件尺寸、配筋和養(yǎng)護(hù)條件與實(shí)際結(jié)構(gòu)相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致試驗(yàn)室的限制條件、溫度、濕度等不能代表實(shí)際結(jié)構(gòu)中的情況；
?、苁┕と藛T對(duì)于養(yǎng)護(hù)條件不重視，經(jīng)常不在潮濕狀態(tài)下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，從而誘發(fā)補(bǔ)償收縮混凝土早期開(kāi)裂，使得補(bǔ)償收縮混凝土的性能達(dá)不到預(yù)期要求，甚至造成病害。
為了保證補(bǔ)償收縮混凝土能有效的發(fā)揮作用，施工中須注意以下事項(xiàng)[5]：
?、倥蛎泟┛膳c其他混凝土外加劑復(fù)合使用，但應(yīng)有較好的適應(yīng)性，膨脹劑不宜與氯鹽類(lèi)外加劑復(fù)合使用。與防凍劑復(fù)合使用時(shí)應(yīng)慎重，外加劑品種和摻量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定；
②粉狀膨脹劑應(yīng)與混凝土其他原材料一起投入攪拌機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)拌制的混凝土的拌和時(shí)間要比普通混凝土延長(zhǎng)30s，以保證膨脹劑和水泥、減水劑拌和均勻，提高其勻質(zhì)性；
?、垩a(bǔ)償收縮混凝土在澆注時(shí)，在計(jì)劃澆筑區(qū)段內(nèi)連續(xù)澆筑混凝土，不得中斷?；炷翝仓?yīng)以階梯式推進(jìn)，澆筑間隔時(shí)間不得超過(guò)混凝土得初凝時(shí)間?；炷敛坏寐┱?、欠振和過(guò)振。在終凝前，應(yīng)采用抹面機(jī)械或人工多次抹壓；
?、苎a(bǔ)償收縮混凝土在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，對(duì)于大體積混凝土和大面積板面混凝土，表面抹壓后用塑料薄膜覆蓋?；炷劣不螅瞬捎眯钏B(yǎng)護(hù)或用濕麻袋覆蓋，保持混凝土表面潮濕，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于14d；對(duì)于冬季施工，混凝土澆筑后應(yīng)立即用塑料薄膜和保濕材料覆蓋，養(yǎng)護(hù)期不應(yīng)少于14d；對(duì)于墻體，帶模板養(yǎng)護(hù)不應(yīng)少于7d。
5 結(jié)論
?、傺a(bǔ)償收縮混凝土能有效的提高混凝土的抗裂能力，減少并防止裂縫的出現(xiàn)，阻塞混凝土中毛細(xì)孔滲水，提高混凝土抗?jié)B等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并且能使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保持連續(xù)性，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。因而，補(bǔ)償收縮混凝土具有很高的實(shí)用價(jià)值。
?、卺槍?duì)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，我們要不斷加強(qiáng)補(bǔ)償收縮混凝土性能和應(yīng)用技術(shù)的研究，做到絕大部分的工程能用之有效，達(dá)到真正控制建筑物裂縫的目的，這樣，補(bǔ)償收縮混凝土才會(huì)有更旺盛的生命力。
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