[摘 要] 混凝土的裂缝问题日益受到工程界的重视,在众多的裂缝控制方法中,利用掺外加剂配制补偿收缩混凝土来控制混凝土裂缝的方法是成功控制许多钢筋混凝土结构施工裂缝的方法之一。通过对掺膨胀剂补偿收缩混凝土配制过程中存在的问题分析,指出了配制掺膨胀剂补偿收缩混凝土的方法和注意事项。
[关键词] 混凝土;膨胀剂;掺量;裂缝
[中图分类号] TU528155
[文献标识码] A
[文章编号] 10012523X(2004) 1120050202
近几年来,混凝土外加剂在我国建筑工程中得到广泛的应用,在众多的外加剂中,膨胀剂以其在水泥中掺入可制成补偿收缩混凝土和具有良好的抗渗性能,而被大量应用于地下、水中等建筑物、大体积混凝土、屋面与厕浴间防水、构件补强等抗裂防渗的钢筋混凝土结构工程中,取得了良好的经济效益和社会效益。但在使用过程中,因配制运用不当而造成混凝土工程裂渗事故时有发生,不仅影响了建筑物的使用功能,而且危及了结构的安全性和耐久性。为此,笔者总结积累了一些利用膨胀剂来配制补偿收缩混凝土经验和方法,指出了目前膨胀剂使用过程中存在的一些误区,以相互诫鉴,引起注意和重视。
1 掺膨胀剂补偿收缩混凝土的作用机理
钢筋混凝土结构产生裂缝原因很复杂,就材料而言,混凝土干缩和温差收缩是主要原因。掺入膨胀剂后,混凝土适度膨胀,混凝土中的钢筋对它的膨胀产生限制作用,钢筋本身也因与混凝土一起膨胀而产生拉应力,同时混凝土产生压应力。根据国内常用的补偿收缩混凝土的技术要求,混凝土在湿养期间,在配筋率μ= 018 %试验条件下,它产生的限制膨胀率为0102 %～0103 % ,在混凝土中建立的预压应力为012～017MPa ,这一预压应力能够抵消导致混凝土开裂的全部或大部分应力,与此同时,推迟了混凝土收缩的产生过程,抗拉强度在此间能获得较大幅度的增长,当混凝土收缩开始时,其抗拉力已经增长到足以抵抗收缩应力,从而防止或减少混凝土收缩开裂,并使混凝土致密化,提高了结构的防渗能力,达到结构自防水效果,这就是掺膨胀剂补偿收缩混凝土的抗裂作用机理。
2 掺膨胀剂补偿收缩混凝土的配制应用问题
2.1 关于限制膨胀率的检测
根据国家新发布的《混凝土外加剂应用技术规范》GBS011922003 标准,掺膨胀剂的补偿收缩混凝土的特性指标是:水中养护14 d 的限制膨胀率≥01015 % ,28 d 抗压强度≥25 MPa ,它要求在不影响抗压强度的条件下膨胀率要尽量增大,干缩落差要小。但从目前外加剂检测的情况来看,大多数的试验室只建立了按膨胀剂通常的检测方法对膨胀剂的质量进行控制,未建立起混凝土的限制膨胀率的检测手段,在进行补偿收缩混凝土配合比设计、试配时,仅进行混凝土的和易性、坍落度、坍落度损失、抗压强度等指标试验,基本上不测混凝土的限制膨胀率,而在设计配筋和施工合理的条件下,衡量补偿收缩混凝土抗裂防渗性能能力的一项最重要的指标就是混凝土的限制膨胀率。凡是限制膨胀率较小的混凝土,它所产生的膨胀就非常小,补偿收缩混凝土收缩的能力低,对控制混凝土裂缝的作用减弱,极易产生裂缝。因此,在试配补偿收缩混凝土配合比时,应根据设计的要求,确定膨胀剂的最佳掺量,在满足混凝土强度和抗渗要求下,同时要达到补偿收缩混凝土的限制膨胀率。
2.2 关于膨胀剂的选用及掺量
膨胀剂主要功能是补偿混凝土硬化过程中的干缩拉应力和部分水化热引起的温差应力,从而能使混凝土中的孔隙减小,毛细孔径减小,提高混凝土的密实性,防止或减少结构产生有害裂缝。要真正发挥混凝土补偿收缩的作用,膨胀剂的选用及掺量是关键。目前在国内的市场上膨胀剂的品种有10 多种,质量存在参差不齐,甚至还存在不合格、假冒、伪劣的产品。在合格的膨胀剂中,产品的性能也不尽相同,有的膨胀剂虽然膨胀率高,但干燥的收缩率很大,存在膨胀与收缩“落差”太大的现象。根据《混凝土膨胀剂》JC476 标准的确定,应检查其三项指标:一是碱含量≤0175 % ,二是水中7 d限制膨胀剂≥01025 % ,三是最大掺量(替代水泥率) ≤12 % ,凡膨胀剂中碱含量超过0175 %。掺量超过12 %者,均属淘汰产品,不得使用。因此,在选择膨胀剂时,不能单纯根据厂家的介绍宣传广告资料,进行盲目选择。那种认为只要掺加了膨胀剂,配制的混凝土就一定能控制混凝土不产生裂缝,“一掺就灵”的思想观念是错误的。在选定膨胀剂的同时,还需注意膨胀剂的掺量。膨胀剂掺量的高低,应根据不同结构部位,科学地掺入不同数量膨胀剂,才能达到补偿收缩的要求,对补偿收缩混凝土,膨胀剂的最低掺量不能低于6 % ,否则将难以达到抗裂防渗的效果。此外,在选用膨胀剂时,还需注意各类膨胀剂的适用范围,如氧化钙类膨胀剂不能用于海水或有侵蚀性水的工程,硫铝酸钙类、硫铝酸钙类- 氧化钙类膨胀剂不能用于长期处于环境温度为80 ℃以上的工程,与其他外加剂复合使用时,必须经试验确定外加剂的品种和掺量,不得滥用等等。
2.3 关于水泥及粗、细骨料的选择
膨胀剂的掺入会使混凝土的早期水化热提高,为防止或减少混凝土温度裂缝,在配制补偿收缩混凝土时,水泥用量不宜过大,选择水泥品种时,不得选用硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和高铝水泥,宜选择标号不应低于425 号的低水化热的水泥,有抗渗要求的补偿收缩混凝土的水泥用量不应小于320 kg/ m3 , 当掺入掺合料时, 其水泥用量不应小于280 kg/ m3 。骨料的品质对配制补偿收缩混凝土有很大的影响,主要体现在骨料2砂浆界面粘结强度、骨料弹性模量和骨料的强度上。如果是采用泵送混凝土方式,则在考虑可泵性的同时,要综合考虑混凝土的早强性和后期强度。如果骨料是碎石,需经过二次破碎,使碎石基本无棱角,并减少针片状颗粒的含量,粒径控制在小于30 mm。细骨料要求使用干净的河砂。严格按高标准控制砂中云母含量、硫化物含量、含泥量及压碎指标值。细度模数选用216～311 的中砂为宜。不宜选用砂岩类山砂、机制砂、海砂,此类砂对膨胀混凝土的膨胀率影响非常大。
2.4 关于掺合料掺量
在混凝土中掺加适量的掺合料,可明显改善混凝土的和易性、减少水泥用量、降低大体积混凝土的水化热、控制混凝土的温差收缩应力、提高新拌及硬化混凝土性能。但在使用掺合料时,还应严格控制SO3 的含量。因硫酸盐与硅酸盐发生反应后,生成钙矾石。如SO3 含量过大,生成的钙矾石过多,则会引起混凝土的体积的不稳定性,降低混凝土耐久性,这种现象在学术上称为“水泥杆菌”。需注意的是,在计算补偿收缩混凝土的配合比时,应把膨胀剂掺量、粉煤灰掺量一并加到水泥中计算,三者的最少用量不应小于300 kg/ m3 否则,混凝土的限制膨胀率明显偏低。
2.5 关于膨胀剂的计量
当前较多施工现场或搅拌站没有专门的测定掺膨胀剂砂浆和混凝土限制膨胀剂的仪器设备,也没有专门的检验人员,民工加料有随意性,多采用锹、勺、碗等非计量器具添加外加剂或以斗代秤加料,很难达到±2 %的计量误差。有的承包人为了多赚钱,故意让民工不按混凝土配合比掺入足够膨胀剂,原设计掺膨胀剂12 % ,实际只掺7 % ,造成浇筑的混凝土的膨胀效应极低,这样的工程,即使用了膨胀剂,混凝土仍将开裂。
2.6 高度重视养护工作
膨胀剂加入到混凝土中,拌水后生成大量的膨胀结晶体钙矾石(C3A·3CaSO4·32H2O) ,膨胀结晶体钙矾石的生成需要水,因此在浇筑后1～7d 内是膨胀变形的主要阶段,应特别加强浇水养护,7～14 d 仍需湿养护,以保证此期间混凝土表湿连续充足,确保膨胀率能达到设计预期的峰值,充分发挥混凝土的膨胀效应。工程实践表明,因混凝土浇筑完3～4 d内水化热温升最高,而抗拉强度很低,如果早拆模板,墙体内外温差较大而易于开裂。因此,墙体模板拆除时间宜不少于5 d。墙体浇筑完后,应从顶部设水管喷淋,模板拆除后继续养护至14 d。如果忽视对浇筑后早期的养护,养护方法或措施不当将会导致膨胀混凝土抗裂与抗渗性能受到不同程度的损害,严重的还造成质量事故。
3 结束语
影响配制掺膨胀剂的补偿收缩混凝土的因素很多,在进行合理的补偿收缩混凝土配合比设计时,还需注意工程配筋分布和配筋率情况、结构部位的约束状态、构件的尺寸、混凝土的强度等级、施工面积、混凝土的坍落度等情况,只有综合考虑到这些因素,才能保证掺膨胀剂补偿收缩混凝土的质量,减少或避免结构的裂缝。
