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        淺談膨脹劑在抗?jié)B混凝土中的應(yīng)用

        2015-12-21 07:22:44李茜茜李全堂
        商品混凝土 2015年11期
        關(guān)鍵詞:膨脹劑抗?jié)B水膠

        李茜茜,李全堂

        (1. 河北三楷深發(fā)科技股份有限公司,河北 石家莊 051430;2. 中鐵十二局集團(tuán)一公司,陜西 西安 71000)

        淺談膨脹劑在抗?jié)B混凝土中的應(yīng)用

        李茜茜1,李全堂2

        (1. 河北三楷深發(fā)科技股份有限公司,河北石家莊051430;2. 中鐵十二局集團(tuán)一公司,陜西西安71000)

        配制抗?jié)B混凝土,主要靠控制骨料級配增加致密度、選擇合適的水膠比、加入引氣劑產(chǎn)生細(xì)小封閉氣孔封閉滲透水路這三種基本方法;加入膨脹劑可使混凝土在凝結(jié)的過程中,發(fā)生微膨脹,起到補(bǔ)償收縮作用,防止混凝土的收縮裂縫,還可提高混凝土的密實(shí)性,產(chǎn)生防水作用;摻膨脹劑配制抗?jié)B混凝土,是一種補(bǔ)充加固方法???jié)B混凝土是否摻用膨脹劑,要結(jié)合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和工藝要求。

        抗?jié)B混凝土;膨脹劑;收縮;補(bǔ)償;引氣減水劑

        0 序言

        混凝土膨脹劑的功能是使硬化后的混凝土產(chǎn)生一定的體積膨脹,抵消混凝土硬化早期產(chǎn)生的體積收縮。膨脹劑已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于補(bǔ)償收縮混凝土、填充用膨脹混凝土、自應(yīng)力混凝土和灌漿膨脹砂漿。任何防水混凝土結(jié)構(gòu),防滲與抗裂同樣重要,不裂就不滲。膨脹劑能起到結(jié)構(gòu)自防水和延長伸縮縫的間距的作用,而且使用更加方便,價(jià)格比較低廉,所以為了提高混凝土的抗?jié)B性能,防止混凝土收縮而產(chǎn)生的裂縫,在混凝土中經(jīng)常加入膨脹劑來提高抗裂性和密實(shí)性。

        1 混凝土的膨脹劑

        1.1混凝土的膨脹劑的膨脹機(jī)理

        膨脹劑主要材料是:硫鋁酸鹽和鈣礬石,輔料有粉煤灰、石膏、煤矸石、高嶺土、鈣礬石等按比例合成。膨脹劑在混凝土中因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生微膨脹效應(yīng),在鋼筋約束下,這種膨脹轉(zhuǎn)變成壓應(yīng)力,減少或消除混凝土干縮和凝縮時(shí)的體積縮小,使混凝土致密化,從而防止混凝土收縮開裂。

        1.2膨脹劑在抗?jié)B混凝土中的作用

        膨脹劑主要是密實(shí)混凝土,膨脹混凝土是防止混凝土凝固后的收縮變形,防止開裂;抗?jié)B混凝土是防止?jié)B漏的,兩者的區(qū)別,膨脹,主攻對縫的解決???jié)B,主攻對水的防御。設(shè)縫的地方,我們希望不要漏水。有水的地方,希望不要有裂縫。兩者的結(jié)合,就是功能完善的技術(shù)方案。

        膨脹劑抗?jié)B混凝土使用部位主要為地下室外墻及底板,即所有能與地下水發(fā)生直接接觸的部位以及其他有抗?jié)B要求的混凝土工程。微膨脹混凝土主要適用于后澆帶(伸縮后澆帶和沉降后澆帶)以及鋼管混凝土和大壩回填槽等。

        2 抗?jié)B混凝土的配合比設(shè)計(jì)

        2.1抗?jié)B混凝土的配合比方案選擇

        (1)設(shè)計(jì)圖紙說明有明確要求摻用膨脹劑的,必須摻配,否則不能進(jìn)行工程驗(yàn)收。作為商品混凝土攪拌站,混凝土增加一個(gè)指標(biāo)價(jià)格就提高一部分,增加收入正是經(jīng)營者的期望。

        (2)使用部位有要求的,如后澆帶(伸縮后澆帶和沉降后澆帶)以及鋼管混凝土和大壩回填槽等,必須要摻用膨脹劑的。作為商品混凝土拌和站,施工方?jīng)]提方案還得提醒用戶是否需要摻加以保證工程質(zhì)量。

        (3)沒有明確要求的,可按照按照抗?jié)B混凝土配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行試配以實(shí)測抗?jié)B等級降低 0.2MPa 使用。

        2.2抗?jié)B混凝土的配制技術(shù)路線

        2.2.1控制原材料

        (1)水泥宜采用普通硅酸鹽水泥,粉煤灰等級為Ⅰ級或Ⅱ級,如用磨細(xì)礦碴時(shí)等級不小于 S95 級。

        (2)粗骨料宜采用連續(xù)級配,最大粒徑不宜大于40mm,含泥量不得大于 1.0%,泥塊含量不得大于 0.5%。

        (3)細(xì)骨料宜采用中砂,含泥量不得大于 3.0%,泥塊含量不得大于 1.0%,砂率宜為 35%~45%。

        2.2.2抗?jié)B混凝土的配制方法

        (1)控制水膠比:水灰比應(yīng)滿足 JGJ 55—2001《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》抗?jié)B混凝土最大水膠比的規(guī)定(見下表 1),且膠凝材料用量不小于 320kg。

        表1 抗?jié)B混凝土最大水膠比的規(guī)定

        摻用高效減水劑或高性能減水劑,可有效降低水膠比,它是抗?jié)B混凝土的基本方法。

        (2)摻用引氣劑,含氣量控制在 2.0%~4.0%。

        (3)摻用膨脹劑,使混凝土在凝結(jié)的過程中,發(fā)生微膨脹,起到補(bǔ)償收縮作用和提高混凝土的密實(shí)性,形成防水作用。

        (4)摻用防水劑,起到封閉混凝土中毛細(xì)孔,達(dá)到結(jié)構(gòu)自防水作用。

        3 配制抗?jié)B混凝土各種方法分析比較

        3.1摻用高效減水劑或高性能減水劑降低水膠比

        在混凝土中摻入減水劑后,由于減水劑的吸附—擴(kuò)散作用,得以將水泥凝裹體中所包裹的游離水釋放出來,顯著地改善了混凝土的施工和易性。因此,在滿足一定和易性要求時(shí),可以減少拌合水用量,從而減少混凝土游離水的數(shù)量和減少水分蒸發(fā)后留下的毛細(xì)孔道,提高了混凝土的密實(shí)性,同時(shí)也提高了抗?jié)B性。

        水泥用量是影響混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的一個(gè)重要因素,水泥用量不足,將會(huì)影響混凝土的和易性、密實(shí)性、抗?jié)B性和耐久性。水泥用量過多,除浪費(fèi)外,還會(huì)使混凝土收縮增大,易出現(xiàn)裂縫。摻減水劑降低水膠比,增加密實(shí)度,是一種常用的抗?jié)B方法。

        表2 常用泵送混凝土配合比膠材用量、水灰比參考值

        3.2摻用引氣劑增加混凝土內(nèi)微細(xì)圓形封閉氣孔

        用于混凝土中的引氣劑主要是聚乙二醇型的非離子型表面活性劑,含羥基、羧基、氨基和酰胺基、烷基酚、脂肪酸等的憎水原料都可與環(huán)氧乙烷反應(yīng)得到所需的引氣劑。

        在混凝土中加入引氣劑,會(huì)形成一些細(xì)小的圓形封閉氣孔,可進(jìn)一步提高混凝土的流動(dòng)性,減少拌合物的離析和泌水,提高混凝土的均勻性,改善混凝土的耐久性(抗?jié)B性、抗凍性)。混凝土的滲透是兩個(gè)連續(xù)的過程,即毛細(xì)作用使連通的毛細(xì)孔中充水,然后有壓力(水頭)的水通過。引氣劑引入的是小于 200μm 的圓形封閉氣孔,可切斷毛細(xì)孔的通路,大大降低毛細(xì)作用而提高抗?jié)B性???jié)B混凝土的含氣量一般控制在 2.0%~4.0%。

        摻用引氣劑,可減少用水量,降低水膠比,改善混凝土和易性,一舉多得。

        摻用引氣劑抗?jié)B混凝土設(shè)計(jì)步驟為:選擇合格原材料→選取合適的水膠比→再摻用引氣劑,利用泵送高效減水劑或高性能聚羧酸減水劑,不需另外添加其它外加劑即可達(dá)到效果,經(jīng)濟(jì)可靠,是首選方案。

        3.3三乙醇胺防水混凝土

        3.3.1防水機(jī)理

        三乙醇胺具有催化作用。在混凝土拌合物中摻入微量時(shí)(0.03%~0.05%),可加速水泥的水化,使水泥在早期生成較多的水化產(chǎn)物,奪取較多的水與其結(jié)合,相應(yīng)地減少游離水,也就減少了由于游離水蒸發(fā)而留下的毛細(xì)孔,從而提高了混凝土的密實(shí)度,進(jìn)而提高抗?jié)B性。

        3.3.2適用范圍

        三乙醇胺做為防水劑,可以單獨(dú)使用,與早強(qiáng)劑復(fù)配使用效果更為顯著。過去的早強(qiáng)劑以氯化鈉、亞硝酸鈉為主,因氯化鈉產(chǎn)生鋼筋銹蝕,現(xiàn)在的早強(qiáng)劑多采用甲酸鈣,早強(qiáng)效果與氯化鈉相近,甲酸鈣摻量占水泥用量 0.5% 左右。

        三乙醇胺早強(qiáng)劑抗?jié)B混凝土抗?jié)B壓力最大可達(dá) 3.8MPa,配制 1.2~2.4 MPa 的抗?jié)B混凝土較容易實(shí)現(xiàn)。

        4 膨脹劑在抗?jié)B混凝土中的應(yīng)用

        4.1摻膨脹劑補(bǔ)償混凝土收縮

        混凝土在凝結(jié)初期或硬化過程中由于各種原因引起的隨時(shí)間變化而發(fā)生的體積縮小現(xiàn)象,容易導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。如果混凝土摻加膨脹劑,會(huì)補(bǔ)償混凝土收縮。

        膨脹劑在混凝土中因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生膨脹效應(yīng)。在鋼筋作用約束下,這種膨脹轉(zhuǎn)變成壓應(yīng)力,減少或消除混凝土干縮和凝縮時(shí)的體積縮小,從而防止混凝土收縮開裂,并使混凝土致密化。抗?jié)B混凝土是防止?jié)B漏的,膨脹混凝土是防止混凝土凝固后的收縮變形產(chǎn)生的裂縫,抗裂也是抗?jié)B的一種技術(shù)措施。

        抗?jié)B混凝土在地下室外墻及底板,即所有能與地下水發(fā)生直接接觸的部位以及其他有抗?jié)B、抗裂要求的混凝土工程,使用較多。

        4.2摻膨脹劑的抗?jié)B混凝土混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定:

        (1)水膠比不宜大于 0.5;

        (2)用于有抗?jié)B要求的補(bǔ)償收縮混凝土的水泥用量應(yīng)不小于 320kg/m3,當(dāng)摻入摻合料時(shí),其水泥用量不應(yīng)小于280kg/m3。

        4.3摻膨脹劑混凝土的檢驗(yàn)及性能要求

        (1)施工用補(bǔ)償收縮混凝土,其性能應(yīng)滿足表 3 的要求。

        (2)填充用膨脹混凝土,其性能應(yīng)滿足表 4 的要求。

        (3)摻膨脹劑的混凝土品質(zhì),應(yīng)以抗壓強(qiáng)度、限制膨脹率和限制干縮率的試驗(yàn)值為依據(jù)。有抗?jié)B要求時(shí),還應(yīng)做抗?jié)B試驗(yàn)。

        表3 補(bǔ)償收縮混凝土的性能

        表4 填充用膨脹混凝土的性能

        4.4大體積抗?jié)B混凝土的澆筑的緩凝時(shí)間要求

        大體積混凝土在計(jì)劃澆筑區(qū)段內(nèi)連續(xù)澆筑混凝土,不宜中斷。混凝土澆筑以階梯式推進(jìn),澆筑間隔時(shí)間不得超過混凝土的初凝時(shí)間,一般不少于 10 小時(shí)?;炷两K凝前,應(yīng)采用抹面機(jī)械或人工多次抹壓。

        4.5摻膨脹劑抗?jié)B混凝土的經(jīng)濟(jì)性考慮

        在混凝土中摻加膨脹劑采用超量取代法,成本明顯增加。如果采用膠材等量取代法,可節(jié)省一部分膠材,成本相對減少一些。因此在設(shè)計(jì)摻膨脹劑抗?jié)B混凝土?xí)r,盡量考慮膠材等量取代法。

        5 小結(jié)

        (1)控制混凝土原材料、選擇合適水膠比、摻用引氣劑性這三項(xiàng)措施是抗?jié)B混凝土的基本配制方法,它可滿足一些沒有特殊要求的抗?jié)B混凝土;如果設(shè)計(jì)圖紙有要求,可根據(jù)需要增加膨脹劑或其它外加劑品種。

        (2)摻加膨脹劑可防止混凝土收縮開裂并增加致密性,如設(shè)計(jì)圖紙有明確要求摻用膨脹劑的或使用部位有要求的,必須摻配,否則不能進(jìn)行工程驗(yàn)收。

        (3)任何抗?jié)B混凝土最后必須要進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)驗(yàn)證,按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行試配,以實(shí)測抗?jié)B等級降低 0.2MPa 使用。

        (4)加膨脹劑并不等于抗?jié)B性就好,如果加膨脹劑的混凝土養(yǎng)護(hù)不到位,更容易出現(xiàn)裂縫,因此,澆筑完成的混凝土必須按照施工要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

        [1] 吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社,2005.

        [2] 雍本.特種混凝土設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1993.

        [3] GBJ 50119-2003.混凝土膨脹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

        [通訊地址]河北三楷深發(fā)科技股份有限公司(051430)

        李茜茜(1988—),女,碩士,助理工程師,河北三楷深發(fā)科技股份有限公司,研發(fā)方向:混凝土外加劑。

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