摘 要:详细介绍了补偿收缩混凝土的工作原理,分析对比了不同养护方式对补偿收缩混凝土性能的影响,并阐述了实际施工中不同结构部位的养护方法。
关键词:补偿收缩混凝土,养护,砂浆
中图分类号:TU755. 7 文献标识码:A
1 补偿收缩混凝土工作原理
补偿收缩混凝土是近年来针对超长现浇混凝土结构发展起来的一种新的混凝土品种,通过在普通混凝土中掺入一定数量的膨胀剂,水化后产生一定量的体积膨胀,在钢筋和邻位的约束下, 在结构中建立0. 2 MPa～0. 8 MPa 预压应力,这一压应力可抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩拉应力,从而使混凝土不裂不渗,实现混凝土结构的超长无缝施工。现时市场上的膨胀剂大部分都是硫铝酸盐型膨胀剂, 其膨胀源是钙矾石( C3A ·3CaSO4 ·32H2O) 。以目前比较常用的HEA 抗裂膨胀剂为例,HEA 抗裂膨胀剂是由石膏、硫铝酸盐熟料、蒙脱石类矿物熟料、高铝矾土熟料、粘土质熟料和钙质熟料等组成。在水泥中掺入HEA 抗裂膨胀剂后,HEA 参与水泥水化反应,生成大量膨胀性结晶水化物———水化硫铝酸钙(C3A·3CaSO4·32H2O ,即钙矾石) ,使体积膨胀18 % ,见下式:
3CA + 3CaSO4 ·2H2O + 32H2O →C3A ·3CaSO4 ·32H2O +2 (Al2O3·3H2O) ,
C4A3S + 2CaSO4 ·2H2O + 34H2O →C3A ·3CaSO4 ·32H2O +2 (Al2O3·3H2O) 。
当混凝土膨胀时受到钢筋或其他限制物的限制,钢筋则因混凝土的膨胀而伸长,此时在钢筋中产生拉应力,在混凝土中相应产生压应力,这种压应力能够抵消导致混凝土开裂的全部或部分拉应力,在混凝土中产生0. 2 MPa～0. 8 MPa 预压应力,能有效地补偿混凝土的干缩和冷缩,从而避免混凝土的开裂。同时,大量的钙矾石晶体填充了混凝土的毛细孔缝,改善了混凝土的孔结构,使毛细孔变细、减小,增加了致密性,显著提高了混凝土的抗裂防渗性能及耐久性和抵抗周围环境介质侵蚀的能力。适用于结构自防水、抗裂防水混凝土和超长混凝土结构的无缝施工等场合。
2 补偿收缩混凝土的养护
2. 1 不同养护方法的对比
掺加HEA 混凝土抗裂膨胀剂的补偿收缩混凝土的主要膨胀源是钙矾石,从化学反应方程式中可以发现,每生成1 mol 的钙矾石就要消耗32 mol 的水。如果没有水,化学反应就会停止,钙矾石就会停止生成,这样补偿收缩混凝土就会因为缺乏膨胀源而失去补偿收缩的作用。由于水泥的水化反应亦需要大量的水,搅拌混凝土时加入的水一部分参与水泥水化反应,一部分在水泥水化反应放热中蒸发掉,剩下的小部分水根本不够生成足够钙矾石所需用量,所以要生成足够的钙矾石就需要补充额外的水分,这就是补偿收缩混凝土必须进行养护和养护时必须有足够水分的原因。为能在实践中掌握不同养护条件对膨胀效能的影响,按照JC 47622001 标准,对HEA 膨胀剂掺量为8 %的试件进行不同养护条件对膨胀效能影响的试验。
养护条件:1) 水中养护:砂浆试件一直放在20 ℃±3 ℃的水中养护。2) 保湿养护:砂浆试件前7 d 放在20 ℃±3 ℃水中养护,7 d 后放在标养室木架上(温度20 ℃±3 ℃,相对湿度90 %以上) 。3) 标准养护: 按JC 47622001 标准, 砂浆试件前7 d 放在20 ℃±3 ℃水中养护,7 d 后转入空气中养护(温度20 ℃±3 ℃,相对湿度65 %) 。4) 标准养护1 :按JC 47622001 标准,砂浆试件前7 d 放在20 ℃±3 ℃水中养护,14 d 后转入空气中养护(温度20℃±3 ℃,相对湿度65 %) 。5) 自然养护:砂浆试件放在露天,随天气日晒雨淋,每天浇水两次。试验结果见图1。
图1 充分说明,养护水的充足与否,直接关系到补偿收缩混凝土的膨胀效能。图中曲线所示,试件在7 d 龄期时,不论是标准养护、水中养护、保湿养护,由于此时试件是全部浸在水中,其限制膨胀量相差无几。7 d 龄期时限制膨胀率约为0. 027 %。
1) 水中养护:其限制膨胀率在前28 d 增长较快,28 d～60 d 这一时间段已明显减缓,因为试件的强度已经发展起来。14 d 龄期时限制膨胀率约为0. 035 % , 28 d 龄期时限制膨胀率约为0. 048 %,60 d 龄期时限制膨胀率约为0. 051 %。可见,水中养护可充分发挥膨胀剂的效能。
2) 保湿养护:将7 d 后的试件转入标准养护室保湿养护(放在木架上温度20 ℃±3 ℃,湿度90 %以上) ,其情况和水中养护大致相同,说明只要试件(或混凝土结构) 保持潮湿,其保湿养护膨胀效果与水中养护膨胀效果相差不多。14 d 龄期时限制膨胀率约为0. 034 % ,28 d 龄期时限制膨胀率约为0. 046 % ,60 d 龄期时限制膨胀率约为0. 048 %。可见,保湿养护同样可充分发挥膨胀剂的效能。
3) 标准养护:将7 d 后的试件转入空干养护,此时由于水分不充足,其限制膨胀率马上减小,随龄期的增加,出现负增长(收缩) ,14 d 龄期时限制膨胀率约为0. 004 % ,28 d 龄期时限制膨胀率约为- 0. 015 % ,60 d 龄期时限制膨胀率约为- 0. 019 % ,标准养护不能充分发挥膨胀剂的效能,但可保证少出现和不出现裂缝,标准养护条件比较接近实际的施工条件。
4) 标准养护1 :将14 d 后的试件转入空干养护,此时由于水分不充足,其限制膨胀率马上减小,随龄期的增加,出现负增长(收缩) ,14 d 龄期时限制膨胀率约为0. 035 % ,28 d 龄期时限制膨胀率约为- 0. 005 % ,60 d 龄期时限制膨胀率约为- 0. 008 % ,在抗裂方面有明显的优势,虽然不能充分发挥膨胀剂的效能,但可保证不出现裂缝,可见水中养护对充分发挥膨胀剂的性能至关重要,实际施工中,如果条件许可,应当首先保证水中养护的时间,可充分发挥膨胀剂的效能。同时,只要能保证养护的条件符合要求,可在取得相同的限制膨胀率的同时减小膨胀剂的用量,达到降低造价、节省资金的效果。
5) 自然养护:将成型后的试件模拟现场自然养护,每天浇水两次,测其限制膨胀量,见图1。由于自然养护的试件早期得不到充足的水分,其膨胀效能根本得不到发挥,试件从一开始就是收缩,试件的限制膨胀率在龄期为3 d 时约为- 0. 015 % ,前14 d 由于试件强度还是比较低,收缩比较剧烈,14 d 以后收缩趋向缓和。7 d 限制膨胀率约为- 0. 024 %,14 d 限制膨胀率约为- 0. 032 %,28d 限制膨胀率约为- 0. 038 %,60 d 限制膨胀率约为- 0. 043 %,与标准养护的试件差异很大,根本起不到补偿收缩的作用,所以加强养护是保证补偿收缩混凝土施工质量的关键。
2. 2 实际施工中的养护方法[1 ]
在实际的施工过程中,针对不同的建筑部位,应采用不同的养护方法。
地下室底板:由于地下室底板四周都有反边,浇筑完混凝土后会形成一个小水池,所以在底板终凝后马上进行蓄水养护14 d ,然后转入自然养护。如果蓄水养护有困难,可用麻袋覆盖混凝土表面,然后淋水养护,保持麻袋24 h 都处于潮湿状态,养护14 d 后去掉麻袋转入自然养护。
地下室侧壁:必须进行带模养护,现时建筑施工用的模板是18 mm厚的胶合板,这种板可保温保湿。只要带模养护,混凝土墙的水汽被困在模板内不能蒸发,对混凝土的养护非常有好处,混凝土墙的养护条件类似于标准养护室保湿养护,混凝土终凝后用水淋湿模板即可,带模养护不能小于14 d ,拆模后再进行淋水养护至28 d ,保持混凝土的表面湿润。
楼板:由于施工的需要,楼板不可能进行蓄水养护,可用麻袋覆盖混凝土表面,然后淋水养护,保持麻袋24 h 都处于潮湿状态,养护14 d 后可去掉麻袋,然后转入自然养护。楼板下表面则进行带模养护14 d ,拆模后转入自然养护。
屋面板:可在浇筑混凝土时在板的四边做混凝土的反边,在屋面板的混凝土终凝后马上进行蓄水养护14 d ,如果蓄水养护有困难,可用麻袋覆盖混凝土表面,然后淋水养护,保持麻袋24 h 都处于潮湿状态,养护14 d 后去掉麻袋,再进行淋水养护至28 d ,保持混凝土的表面湿润。楼板下表面则进行带模养护14 d ,拆模后转入自然养护。
参考文献:
[1 ]马胜利. 补偿收缩混凝土在设计及施工中的应用[J ] . 山西建筑,2004(14) :1122113.
