□解 偉 □韓曉典 □李樹山（華北水利水電大學）

膨脹劑摻量對混凝土抗壓性能影響的試驗研究

□解 偉 □韓曉典 □李樹山（華北水利水電大學）

通過高強混凝土抗壓性能試驗，分析了膨脹劑摻量對混凝土抗壓強度、軸壓強度的影響，探討了膨脹劑對混凝土的影響機理。本次試驗主要研究高強混凝土在不同膨脹劑摻量下的抗壓力學性能，膨脹劑摻量分別為0%，5%，10%，15%，20%。試驗結(jié)果表明，隨著膨脹劑摻量的增加，在一定范圍內(nèi)，高強混凝土力學性能有所提高；若膨脹劑摻量偏大，則混凝土的力學性能就會降低。

膨脹劑;高強混凝土;力學性能;抗壓強度;軸壓強度

高強混凝土是隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的進步而發(fā)展起來的一種經(jīng)濟性混凝土，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)工程中，取得了十分顯著的經(jīng)濟與社會效益。其中添加的膨脹劑主要為U E A膨脹劑，它是以硫酸鋁、氧化鋁、硫酸鋁鉀等為主要多種膨脹源。普通混凝土由于收縮開裂，往往會發(fā)生滲漏，因而降低它的使用功能和耐久性，在普通混凝土中加入一定量的膨脹劑，膨脹性結(jié)晶水化物產(chǎn)生的壓應(yīng)力擠壓水泥水化物鈣礬石等形成微膨脹混凝土，使凝固時產(chǎn)生的膨脹力密實膨脹混凝土，改善混凝土變形性能，生成的膨脹性產(chǎn)物填充了混凝土孔隙，提高了混凝土密實度，在一定范圍內(nèi)對混凝土的力學性能有所提高。膨脹劑也顯著改善了混凝土抗裂和防滲性能，在混凝土工程中得到了廣泛應(yīng)用。但對于添加U E A膨脹劑混凝土的力學性能研究還相對較少，缺少膨脹劑摻量對混凝土力學性能影響的系統(tǒng)研究。通過開展U E A膨脹劑混凝土力學性能試驗研究，為高強混凝土設(shè)計和分析提供了試驗依據(jù),以促進高強混凝土生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展及在工程中的推廣和應(yīng)用。

在水利工程施工中，微膨脹混凝土起著十分重要的作用。它可以充分保證水利工程結(jié)構(gòu)的整體性與耐久性。所以，它的施工務(wù)必要重視。從原材料的選擇與混凝土配合比設(shè)計，就可相應(yīng)地簡化溫度控制措施，大大降低混凝土開裂率，加大澆筑的長度與厚度，從而縮短施工周期。同樣微膨脹混凝土還可在施工環(huán)境中的狹窄和鋼筋密布處起到省時與保證工程質(zhì)量的目的。從一些工程應(yīng)用的實踐和試驗結(jié)果表明，在普通混凝土中摻入適量膨脹劑可有效地解決抗?jié)B和不留縫的技術(shù)問題。在混凝土拌合物中摻加適量的膨脹劑來補償其收縮，已成為防止或減小混凝土產(chǎn)生裂縫的有效方法之一。

1 試驗概況

1.1 試驗用原材料

試驗所用焦作中晶水泥有限公司P.O 52.5級普通硅酸鹽水泥，其主要性能指標參數(shù)均符合國家標準規(guī)定的性能指標。粗集料由連續(xù)級配的石灰?guī)r質(zhì)碎石混合，粒徑為5～10m m的碎石占10%，粒徑為5～20m m的碎石占65%，粒徑為20～25m m的碎石占25%。外加劑采用的是U E A膨脹劑。選用焦作地區(qū)所產(chǎn)天然砂，細度模數(shù)為2.7；試驗用水為飲用自來水；試驗選用外加劑為聚羧酸減水劑，適宜摻量為0.6%～2.5%，實際摻入量是水泥用量的2.3%。

1.2 試驗方案

根據(jù)S L 352－2006《水工混凝土試驗規(guī)程》規(guī)定，抗壓強度試驗采用邊長為100m m的立方體標準試件，每一組3個試件；軸壓試驗所選用的試塊為150m m×150m m×300m m，每一組3個試件。上述試件都在標準養(yǎng)護室內(nèi)進行養(yǎng)護。

基本力學性能試驗采用聚羧酸高效減水劑，減水率為20%摻量為水泥含量的2.3%，U E A膨脹劑摻量為0%，5%，10%，15%，20%。具體混凝土配合比設(shè)計如表1所示。

2 試驗結(jié)果及分析

試驗數(shù)據(jù)以3個試件測值的算術(shù)平均值為測定值。如任一個測值與中值的差超過15%時，則取中值為測定值；如有兩個測值的差值均超過上述規(guī)定，則該組試驗結(jié)果無效。由試驗得測定值見表2。

表1 每立方米混凝土配合比設(shè)計參數(shù)表

表2 試驗測定值表

2.1 抗壓試驗分析

試驗中所取得的抗壓試驗數(shù)據(jù)如表2，由于混凝土結(jié)構(gòu)承受壓力荷載的構(gòu)件或物體比較多，研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受壓性能隨外界因素的變化就顯得非常重要了。測定混凝土抗壓強度是檢驗混凝土的強度是否滿足設(shè)計要求，保證結(jié)構(gòu)安全使用的重要方法。

混凝土抗壓強度fcu（以M P a表示）按下公式(1)計算

式中：P—破壞荷載（N）；A—受壓面積（m m2）。

由表2得到高強混凝土平均抗壓強度的變化曲線，如圖1。

圖1高強混凝土抗壓強度變化曲線圖

根據(jù)圖1得出，高強混凝土的抗壓性能隨著膨脹劑摻量的增加呈先增大后減小的趨勢。7d抗壓強度中，膨脹劑摻量為5%、10%、15%、20%的混凝土的抗壓強度分別是基準混凝土的102.0%、106.3%、88.5%、77.7%；28d抗壓強度中，膨脹劑摻量為5%、10%、15%、20%的混凝土抗壓強度分別是基準混凝土的106.3%、107.5%、95.9%、90.3%。由此可見，膨脹劑在抗壓強度性能中的最佳摻量為10%。且高強混凝土的抗壓強度減小的趨勢，在膨脹劑摻量為15%左右達到最大。

2.2 軸心抗壓試驗分析

軸心抗壓試驗是指單位面積上能夠承受的壓力，亦指抵抗壓力破壞的能力。測定混凝土軸心抗壓強度也是檢驗混凝土的強度是否滿足設(shè)計要求，保證結(jié)構(gòu)安全使用的方法之一。也為混凝土彈性模量檢測提供檢測依據(jù)。

混凝土軸壓強度fc(以M P a表示）按公式(2)計算

式中：P—破壞荷載（N）；A—受壓面積（m m2）。

由表2得到高強混凝土平均軸壓強度的變化曲線，如圖2。

圖2高強混凝土軸壓強度變化曲線圖

根據(jù)圖2得出，高強混凝土的軸壓性能隨著膨脹劑摻量的增加呈先增大后減小的趨勢。7d軸壓強度中，膨脹劑摻量為5%、10%、15%、20%的混凝土軸壓強度分別是基準混凝土的102.2%、105.7%、89.6%、78.2%；28d軸壓強度中，膨脹劑摻量為5%、10%、15%、20%的混凝土軸壓強度分別是基準混凝土的104.2%、108.0%、88.2%、86.6%。由此可見，膨脹劑在軸壓強度性能中的最佳摻量為10%。且高強混凝土軸壓強度減小的趨勢，在膨脹劑摻量為15%左右達到最大。

2.3 試驗結(jié)果分析

根據(jù)以上兩個試驗結(jié)果及圖表顯示得出，摻入膨脹劑的混凝土其抗壓強度先增加后減小?；炷猎诮Y(jié)構(gòu)中總是處于受約束的狀態(tài)，在限制條件下?lián)饺胍欢康呐蛎泟?，可對混凝土的收縮進行等量補償，并具有填充、堵塞毛細孔縫的作用，膨脹會使混凝土緊密而提高強度。同樣膨脹劑等量替換水泥，也可減少水泥用量，在一定程度上節(jié)約水泥，降低成本。但當膨脹劑摻量過大時，會導(dǎo)致膨脹率明顯增加，產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力會遠遠大于混凝土內(nèi)部的抗拉應(yīng)力，極大降低混凝土結(jié)構(gòu)的密實度，產(chǎn)生微裂縫，使混凝土強度降低。

3 結(jié)語

綜合研究結(jié)果可知，隨著膨脹劑摻量的增加，混凝土抗壓強度呈先增大后減小的趨勢，這對適當提高混凝土強度有積極影響；同時酌情使用膨脹劑對于大體積混凝土減少水泥用量，減少熱量釋放，防止裂縫，提高密實度均有很大的積極作用。文章關(guān)于膨脹劑的運用對減少混凝土的使用量有待進一步研究。

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解 偉（1959－），男，教授，博士，主要從事水工結(jié)構(gòu)性能研究。

2013-12-05

左英勇）