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        內(nèi)養(yǎng)生劑對大體積混凝土收縮變形特性的影響研究

        2020-06-21 15:17:53蔣子杰王彬王祖堅
        西部交通科技 2020年2期
        關鍵詞:大體積混凝土

        蔣子杰 王彬 王祖堅

        摘要:目前公路大體積混凝土工程中較少采用內(nèi)部養(yǎng)護方法,文章通過研究內(nèi)養(yǎng)生調(diào)節(jié)大體積混凝土溫度分布均勻性以及收縮變形特性,分析對比摻入內(nèi)養(yǎng)生劑的混凝土與普通混凝土的內(nèi)外溫度差。研究表明:摻入內(nèi)養(yǎng)生劑有利于調(diào)節(jié)大體積混凝土溫度均勻性,在不同養(yǎng)護條件下?lián)饺氩煌瑒┝績?nèi)養(yǎng)生劑時,內(nèi)養(yǎng)生劑摻量越大,收縮率減小的幅度越大,而0.2%的內(nèi)養(yǎng)生劑摻量的效果及經(jīng)濟性最佳。

        關鍵詞:內(nèi)養(yǎng)生劑;大體積混凝土;溫度分布;收縮變形

        0 引言

        外加劑在水泥混凝土中應用十分廣泛,混凝土中基本都會添加一種或多種外加劑,主要包括減水劑、緩凝劑、早強劑、引氣劑、膨脹劑、超塑化劑等,用以改善混凝土某一方面的性能。水泥混凝土外加劑的起源可以追溯到20世紀20年代初期美國在混凝土中使用的亞硫酸鹽紙漿廢液,隨后在1935年成功研制了木質(zhì)素磺酸鹽為主要成分的“普濁里”減水劑,20世紀40年代中期開發(fā)了輕基酸鹽類減水劑,20世紀60年代初又開發(fā)了聚合物材料。同在20世紀60年代,日本、德國分別研制了減水率高達20%的高效減水劑,促使混凝土進入了一次飛躍性發(fā)展期[1-3]。

        根據(jù)現(xiàn)有研究成果,各類外加劑在大體積混凝土中的作用總結(jié)如下:緩凝劑能夠延緩水泥的凝結(jié)時間,降低水化反應作用,推遲溫升峰值的到來時間;減水劑能夠減少用水量,提高相同水灰比條件下的工作性能,在一定程度上抑制了水化放熱;膨脹劑為混凝土提供預壓應力,抵消由于混凝土收縮變形、溫度梯度引起的拉應力,起到良好的補償收縮的作用。除此之外,為減少大體積混凝土開裂病害,在大體積混凝土工程中會應用一些特殊水泥混凝土,如UEA補償收縮混凝土、纖維混凝土、預應力混凝土、配筋混凝土等,其能夠有效提高大體積混凝土的抗裂性能,但由于使用這些特殊混凝土會大量增加工程成本,因此未能廣泛地推廣應用[4-6]。

        內(nèi)養(yǎng)生劑通過逐漸釋放水分維持混凝土內(nèi)部充分濕潤養(yǎng)生,能夠減少拌和用水量,提高內(nèi)部溫濕度分布均勻性,減緩水化放熱和自收縮、干燥收縮。然而,目前公路大體積混凝土工程中少見采用內(nèi)部養(yǎng)護的方法,因此有必要對其在大體積混凝土抗裂控制方面的可行性進行研究。

        1 研究方案

        研究內(nèi)養(yǎng)生材料緩釋水分內(nèi)部養(yǎng)生及收縮變形調(diào)控技術,調(diào)節(jié)混凝土內(nèi)部不同位置的溫濕度均勻性分布,抑制自干燥發(fā)生,控制硬化水泥混凝土自收縮和干燥收縮。在混凝土試件中不同位置布設溫度傳感器,檢測不同摻量內(nèi)養(yǎng)生劑的大體積水泥混凝土內(nèi)部溫度,分析內(nèi)養(yǎng)生劑對大體積混凝土內(nèi)部溫度的影響;檢測內(nèi)養(yǎng)生劑不同摻量條件下,水泥混凝土不同齡期的自收縮與干燥收縮,分析添加內(nèi)養(yǎng)生劑的大體積水泥混凝土收縮變形的變化規(guī)律。

        2 內(nèi)養(yǎng)生劑對混凝土溫度分布均勻性的影響

        采用普通混凝土與摻配0.2%的內(nèi)養(yǎng)生劑的混凝土進行對比,將兩者放入室內(nèi),采用泡沫箱分別成型,在泡沫箱中心及側(cè)面(距表面1 cm)處分別埋設溫度傳感器,如圖1所示。

        根據(jù)檢測不同監(jiān)測點不同時間的溫度值,繪制曲線,如圖2所示。

        根據(jù)圖2檢測結(jié)果看出,在同一時間點,內(nèi)養(yǎng)生混凝土中心與表面的溫度絕對差值比普通混凝土的小,如24 h時,普通混凝土的絕對差值為4.2 ℃,內(nèi)養(yǎng)生混凝土的絕對差值僅有0.4 ℃?;炷翜囟壬咧饕从谒嗨艧岱磻?,內(nèi)養(yǎng)生混凝土不同位置的絕對溫差較小,反映內(nèi)部不同位置的水化放熱反應程度基本一致,因此內(nèi)養(yǎng)生劑有利于調(diào)節(jié)大體積混凝土溫度均勻性。

        3 內(nèi)養(yǎng)生劑對自收縮的影響

        分別在基準混凝土中添加不同摻量的內(nèi)養(yǎng)生劑,取0、0.1%、0.2%、0.3%。成型100 mm×100 mm×515 mm長方體試件,采用蠟封法覆蓋試件表面并用薄膜包裹嚴實,使混凝土試件處于密封環(huán)境中。根據(jù)養(yǎng)護齡期,檢測混凝土試件不同齡期的自收縮率,根據(jù)試驗結(jié)果繪制混凝土自收縮曲線圖(如圖3所示)。

        從圖3試驗結(jié)果看出,隨著齡期的增長,不同配比的混凝土自收縮率逐漸增大,7 d齡期增長速率較大,之后齡期有所減緩。相對于基準混凝土,各齡期內(nèi)養(yǎng)生混凝土的自收縮率均有所下降,證明內(nèi)養(yǎng)生劑對減小混凝土收縮變形是有效果的。28 d齡期內(nèi)養(yǎng)生劑摻量分別為0.1%、0.2%、0.3%時,混凝土自收縮率分別降低了17.2%、35.5%、43.0%,顯示隨著內(nèi)養(yǎng)生劑摻量的增加,自收縮率越小。摻量為0~0.2%時,自收縮率減小幅度均較大;摻量為0.2%~0.3%時,自收縮率減小幅度有所減緩。

        4 內(nèi)養(yǎng)生劑對干縮的影響

        分別在基準混凝土中添加不同摻量的內(nèi)養(yǎng)生劑,取0、0.1%、0.2%、0.3%。成型試件分別在標準養(yǎng)護條件及自然養(yǎng)護條件下進行養(yǎng)護,檢測標內(nèi)養(yǎng)生混凝土在不同養(yǎng)護條件和不同齡期下的干縮率,并以試驗結(jié)果繪制干縮率曲線,分別如圖4、圖5所示。

        根據(jù)圖4~5試驗結(jié)果看出,無論是標準養(yǎng)護條件還是自然養(yǎng)護條件,均呈現(xiàn)出不同配比的混凝土干縮率隨著齡期的增長而逐漸增大。其中,前7 d齡期增長速率較快,之后齡期有所減緩。對同一齡期,自然養(yǎng)護的干縮率較標準養(yǎng)護的略大,其可能與試驗時間段環(huán)境氣溫較高有關。

        相對于基準混凝土,各齡期內(nèi)養(yǎng)生混凝土的干縮率均有所下降,證明內(nèi)養(yǎng)生劑對減小混凝土收縮變形是有效果的。28 d齡期內(nèi)養(yǎng)生劑摻量分別為0.1%、0.2%、0.3%時,混凝土標準養(yǎng)護條件下干縮率分別降低了13.6%、37.3%、44.1%,自然養(yǎng)護條件下干縮率分別降低了18.8%、37.0%、45.7%,顯示隨著內(nèi)養(yǎng)生劑摻量的增加,干縮率越小。摻量為0~0.2%時,自收縮率減小幅度均較大;摻量為0.2%~0.3%時,自收縮率減小幅度有所減緩。

        5 結(jié)語

        (1)在同一時間點,內(nèi)養(yǎng)生混凝土中心與表面的溫度絕對差值比普通混凝土的小。如24 h時,普通混凝土的絕對差值為4.2 ℃,內(nèi)養(yǎng)生混凝土的絕對差值僅有0.4 ℃。這反映內(nèi)養(yǎng)生混凝土內(nèi)部不同位置的水化放熱反應程度基本一致,內(nèi)養(yǎng)生劑有利于調(diào)節(jié)大體積混凝土溫度均勻性。

        (2)不同配比混凝土的自收縮率與干縮率均呈現(xiàn)出收縮率隨著齡期的增長而逐漸增大的趨勢。其中,前7 d齡期增長速率較快,之后齡期有所減緩。對同一齡期,自然養(yǎng)護的干縮率較標準養(yǎng)護的略大,其可能與試驗時間段環(huán)境氣溫較高有關。

        (3)相對于基準混凝土,各齡期內(nèi)養(yǎng)生混凝土的收縮率均有所下降,內(nèi)養(yǎng)生劑摻量越大,收縮率減小的幅度越大。從使用效果及經(jīng)濟性角度考慮,0.2%的內(nèi)養(yǎng)生劑摻量是較為合適的,其28 d齡期的收縮率大概能降低35%。

        參考文獻:

        [1]楊和禮.原材料對基礎大體積混凝土裂縫的影響與控制[D].武漢:武漢大學,2004.

        [2]劉秉京.混凝土技術[M].北京:人民交通出版社,1998.

        [3]張冠倫,張云理.混凝土外加劑原理與應用技術[M].上海:上海科學技術文獻出版社,1985.

        [4]錢亞軍.混凝土外加劑對混凝土性能的影響分析[J].山西建筑,2008,34(34):164-165.

        [5]宋良瑞.外加劑的選用對基礎大體積混凝土裂縫的影響與控制[J].混凝土,2013(2):143-146,151.

        [6]付 華.大體積混凝土裂縫控制理論與工程應用研究[D].阜新:遼寧工程技術大學,2004.

        作者簡介:蔣子杰(1985—),工程師,主要從事高速公路建設管理工作;

        王 彬(1989—),工程師,碩士研究生,主要從事高速公路建設及養(yǎng)護新材料研發(fā)工作;

        王祖堅(1987—),工程師,碩士研究生,主要從事高速公路建設管理工作。

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