宋超，馬淑琴，師華

（中交二航局六分公司，湖北 武漢 430070）

建筑行業(yè)的迅速發(fā)展、建筑材料的應用環(huán)境和施工條件愈加嚴苛，對混凝土提出了新的要求，各種高性能混凝土隨之應運而生，例如，低溫超早強混凝土、補償收縮混凝土等。其中，低溫超早強混凝土要求混凝土3 d強度達到設(shè)計強度的90%～100%[1]，7 d強度達到設(shè)計強度的100%，主要適用于低溫下對混凝土早期強度要求較高的工程部位。目前，世界各國配制超早強混凝土的方法可以歸結(jié)為以下3種[2]：（1）利用快硬早強型特種水泥；（2）使用早強劑及多種外加劑；（3）摻加特種礦物摻合料。在美國普遍采用快硬性水泥等特種水泥，在國內(nèi)由于特種水泥生產(chǎn)廠家較少，購買困難，主要通過摻加早強劑。由于早強劑品種不一，雖然可以提高混凝土的早期強度，但對后期強度無貢獻，同時加劇混凝土收縮開裂，影響混凝土的耐久性，另外，部分品種早強劑還可能導致混凝土的后期強度倒縮和腐蝕鋼筋，效果不盡人意。此外，由于水泥水化受溫度影響較大，冬季施工溫度較低，可能導致?lián)郊釉鐝妱┖蠡炷恋脑缙趶姸绕汀?/p>

膨脹劑在國內(nèi)已有30多年的歷史，主要應用于配制補償收縮混凝土，降低混凝土收縮率，減少干縮裂縫，提高混凝土的耐久性[3-4]。膨脹劑與水泥作用過程中生成鈣礬石，產(chǎn)生適量的膨脹，在鋼筋等限制約束下產(chǎn)生0.2～0.7 MPa的自應力，補償混凝土自身的收縮應力，有利于提高混凝土的密實性，從而提高混凝土的強度。基于對混凝土體積穩(wěn)定性的考慮，日本在制定New RC高性能混凝土指南中，將鈣礬石等膨脹劑加入到摻合料中，并明確指出混凝土的抗壓強度提高15%[5]。

我國西北地區(qū)干燥、寒冷，特別是冬季施工溫度非常低（0～5℃），甚至可能出現(xiàn)負溫，對于混凝土的強度發(fā)展、耐久性等不利，加之早強劑本身存在的一定局限性，試驗研究采用UEA-Z型膨脹劑替代早強劑來提高冬季混凝土的早期強度。

1 膨脹劑應用原理

膨脹劑的主要礦物組成為C4A3S、CaSO4、CaO等，可與硅酸鹽水泥發(fā)生如下反應：

前2個水化反應的固相體積膨脹增量為70.6%，第3個水化反應固相體積膨脹增量為118.4%。

膨脹劑主要是提供生成鈣礬石的活性CaO，減少水泥水化Ca（OH）2的消耗量，維持混凝土的高堿度，而水泥主要提供C3A，促進膨脹劑的早期膨脹。摻加膨脹劑細化了混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，降低有害孔數(shù)量和聯(lián)通孔隙率，提高混凝土的密實性，進而提高混凝土的強度和耐久性。

2 試驗

2.1 原材料

水泥：永登祁連山水泥廠生產(chǎn)的P·Ⅱ52.5水泥；細集料：華凱河灣砂廠生產(chǎn)的河砂，細度模數(shù)為2.8；粗集料：永靖縣天熙采石廠5～20 mm連續(xù)級配碎石；拌合水：黃河凈化水；粉煤灰：蘭州萬科源有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰；減水劑：上海華登建材有限公司的聚羧酸系高性能減水劑；膨脹劑：蘭州吉盛化學建材有限公司的UEA型膨脹劑。

2.2 試驗方法

參照JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》測試混凝土的立方體抗壓強度，參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》測試混凝土的抗?jié)B和干縮性能。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 膨脹劑摻量對水泥膠砂強度的影響

不同膨脹劑摻量水泥膠砂的配合比及抗壓強度測試結(jié)果見表1。

由表1可見，隨著齡期的延長，試件的抗壓強度逐漸提高。7 d時，隨著膨脹劑摻量的增加，膠砂試件的抗壓強度逐漸提高，膨脹劑摻量為6%和8%的試件強度明顯高于空白組，而摻加膨脹劑摻量為12%的試件抗壓強度有所下降。膨脹劑的膨脹作用最主要是發(fā)生于早期，28 d和56 d均呈現(xiàn)相同的趨勢。從整體上來看，膨脹劑摻量較低（6%～8%）時，各個齡期的試件抗壓強度均高于空白組；當膨脹劑摻量較高（12%）時，試件抗壓強度降低。因此，配制超高強度的混凝土宜采用低摻量膨脹劑。

表1 不同膨脹劑摻量時水泥膠砂的配合比和抗壓強度

3.2 膨脹劑摻量對低溫超早強混凝土強度的影響

不同膨脹劑摻量的低溫超早強混凝土配合比見表2，混凝土的坍落度和抗壓強度見表3。

表2 不同膨脹劑摻量時低溫超早強混凝土的配合比

表3 不同膨脹劑摻量時混凝土的坍落度和抗壓強度

由表3可見，隨著齡期的延長，混凝土的抗壓強度逐漸提高。隨著膨脹劑摻量的增加，混凝土的7 d抗壓強度先提高后降低，膨脹劑摻量為6%和8%的混凝土抗壓強度明顯高于空白組，而膨脹劑摻量為12%的混凝土抗壓強度有所下降；28 d呈現(xiàn)相同的趨勢。從整體上來看，膨脹劑摻量較低（6%～8%）時，各個齡期的試件抗壓強度均高于空白組；當膨脹劑摻量較高（12%）時，試件抗壓強度下降。水化初期，摻加膨脹劑細化了混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，降低有害孔數(shù)量和聯(lián)通孔隙率，提高混凝土的密實性，進而提高混凝土的強度。隨著齡期延長，粉煤灰開始發(fā)生二次水化反應，消耗部分Ca（OH）2，填充在鈣礬石和集料周圍的孔隙中，實現(xiàn)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的再一次優(yōu)化，密實性進一步加強，混凝土強度繼續(xù)提高。

3.3 低溫超早強混凝土的耐久性

膨脹劑摻量分別為0和8%的A、M2試件抗?jié)B性能見表4，干燥收縮見圖1。

表4 不同膨脹劑摻量時混凝土的抗?jié)B性能

圖1 不同膨脹劑摻量時混凝土的干燥收縮性能

由表4可知，M2組的抗?jié)B性要高于A組，主要是由于M2組內(nèi)摻加膨脹劑和粉煤灰優(yōu)化混凝土的顆粒級配，密實性增強；另外，膨脹劑水化產(chǎn)生的鈣礬石填充在混凝土內(nèi)部孔隙中，細化孔徑結(jié)構(gòu)，降低混凝土的傳質(zhì)能力，混凝土的抗?jié)B性能得到提高。從圖1可以看出，M2組的膨脹率要顯著高于A組，水化早期M2組與混凝土毛細孔內(nèi)部水分水化產(chǎn)生鈣礬石形成體積微膨脹，膨脹率為正值，隨著齡期延長，鈣礬石數(shù)量逐漸增加，膨脹率逐漸增高；齡期延長，膨脹劑膨脹基本完成，混凝土干燥收縮顯著，超過膨脹劑的膨脹性能，混凝土膨脹率降低。A組普通混凝土內(nèi)部連通性孔隙率較高，混凝土失水作用明顯，隨著齡期延長，收縮增加，膨脹率表現(xiàn)為負值。表4和圖1均反映出，由膨脹劑配制出的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)要優(yōu)于普通混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，耐久性良好。

4 工程應用實例

蘭州（新城）至永靖沿黃河快速通道土建工程LY1標項目起訖樁號為K0+000～K3+850，全長3.85 km，其中河口大橋是蘭州（新城）至永靖沿黃河快速通道的重點橋梁工程，為跨越黃河河口水庫而設(shè)。河口大橋的橫梁采用工字形截面，中心處高2280 mm，端部高2050 mm，翼緣寬700 mm，上翼緣厚度為20 mm，下翼緣厚度為28 mm，腹板厚度為16 mm，橫梁標準間距為4 m。故箱梁的濕接縫較長，厚度較薄，方量小，易失水，同時受到蘭州地區(qū)氣候干燥、冬季溫度低的影響，易出現(xiàn)微裂縫，導致混凝土的強度不高，因而采用膨脹劑取代早強劑配制出低溫超高強混凝土，同時在冬季采用覆蓋蓄溫養(yǎng)護，混凝土的7 d抗壓強度達到設(shè)計要求的100%，完全滿足工程技術(shù)指標。

5 結(jié)論

與傳統(tǒng)早強劑相比，利用膨脹劑不僅可以配制出滿足工程技術(shù)指標要求的混凝土；同時可以使混凝土獲得良好的耐久性能。采用膨脹劑配制低溫超早強混凝土，膨脹劑在低摻量（6%～8%）時，易獲得較高的抗壓強度；當膨脹劑摻量為8%時，C55混凝土（試樣M2）的7 d抗壓強度達到59.7 MPa，28 d抗壓強度達到66.5 MPa；當水壓為2.5 MPa時，滲水高度為5.8 cm；相比普通混凝土具有良好的膨脹率。河口大橋的濕接縫利用膨脹劑型低溫超早強混凝土，獲得良好的混凝土強度。

[1]張軍，張彤，何曉慧，等.超早強混凝土研發(fā)及應用[J].混凝土，2005（6）：104-106.

[2]田卿燕，黃政宇.早強混凝土的性能研究[J].混凝土，1998（2）：27-30.

[3]張向軍，鄭秀夫，葉青.摻超細礦渣和膨脹劑的高性能混凝土試驗研究[J].新型建筑材料，2004（7）：20-22.

[4]吳志剛，張翔，宋春香.防滲微膨脹混凝土性能的試驗研究[J].新型建筑材料，2012（12）：55-57.

[5]李益進，周士瓊，楊明.UEA對水泥砂漿和高性能混凝土性能的影響[J].混凝土，2001（5）：12-15.