[摘 要] 混凝土的裂縫問題日益受到工程界的重視,在眾多的裂縫控制方法中,利用摻外加劑配制補償收縮混凝土來控制混凝土裂縫的方法是成功控制許多鋼筋混凝土結構施工裂縫的方法之一。通過對摻膨脹劑補償收縮混凝土配制過程中存在的問題分析,指出了配制摻膨脹劑補償收縮混凝土的方法和注意事項。
[關鍵詞] 混凝土;膨脹劑;摻量;裂縫
[中圖分類號] TU528155
[文獻標識碼] A
[文章編號] 10012523X(2004) 1120050202
近幾年來,混凝土外加劑在我國建筑工程中得到廣泛的應用,在眾多的外加劑中,膨脹劑以其在水泥中摻入可制成補償收縮混凝土和具有良好的抗滲性能,而被大量應用于地下、水中等建筑物、大體積混凝土、屋面與廁浴間防水、構件補強等抗裂防滲的鋼筋混凝土結構工程中,取得了良好的經濟效益和社會效益。但在使用過程中,因配制運用不當而造成混凝土工程裂滲事故時有發生,不僅影響了建筑物的使用功能,而且危及了結構的安全性和耐久性。為此,筆者總結積累了一些利用膨脹劑來配制補償收縮混凝土經驗和方法,指出了目前膨脹劑使用過程中存在的一些誤區,以相互誡鑒,引起注意和重視。
1 摻膨脹劑補償收縮混凝土的作用機理
鋼筋混凝土結構產生裂縫原因很復雜,就材料而言,混凝土干縮和溫差收縮是主要原因。摻入膨脹劑后,混凝土適度膨脹,混凝土中的鋼筋對它的膨脹產生限制作用,鋼筋本身也因與混凝土一起膨脹而產生拉應力,同時混凝土產生壓應力。根據國內常用的補償收縮混凝土的技術要求,混凝土在濕養期間,在配筋率μ= 018 %試驗條件下,它產生的限制膨脹率為0102 %～0103 % ,在混凝土中建立的預壓應力為012～017MPa ,這一預壓應力能夠抵消導致混凝土開裂的全部或大部分應力,與此同時,推遲了混凝土收縮的產生過程,抗拉強度在此間能獲得較大幅度的增長,當混凝土收縮開始時,其抗拉力已經增長到足以抵抗收縮應力,從而防止或減少混凝土收縮開裂,并使混凝土致密化,提高了結構的防滲能力,達到結構自防水效果,這就是摻膨脹劑補償收縮混凝土的抗裂作用機理。
2 摻膨脹劑補償收縮混凝土的配制應用問題
2.1 關于限制膨脹率的檢測
根據國家新發布的《混凝土外加劑應用技術規范》GBS011922003 標準,摻膨脹劑的補償收縮混凝土的特性指標是:水中養護14 d 的限制膨脹率≥01015 % ,28 d 抗壓強度≥25 MPa ,它要求在不影響抗壓強度的條件下膨脹率要盡量增大,干縮落差要小。但從目前外加劑檢測的情況來看,大多數的試驗室只建立了按膨脹劑通常的檢測方法對膨脹劑的質量進行控制,未建立起混凝土的限制膨脹率的檢測手段,在進行補償收縮混凝土配合比設計、試配時,僅進行混凝土的和易性、坍落度、坍落度損失、抗壓強度等指標試驗,基本上不測混凝土的限制膨脹率,而在設計配筋和施工合理的條件下,衡量補償收縮混凝土抗裂防滲性能能力的一項最重要的指標就是混凝土的限制膨脹率。凡是限制膨脹率較小的混凝土,它所產生的膨脹就非常小,補償收縮混凝土收縮的能力低,對控制混凝土裂縫的作用減弱,極易產生裂縫。因此,在試配補償收縮混凝土配合比時,應根據設計的要求,確定膨脹劑的最佳摻量,在滿足混凝土強度和抗滲要求下,同時要達到補償收縮混凝土的限制膨脹率。
2.2 關于膨脹劑的選用及摻量
膨脹劑主要功能是補償混凝土硬化過程中的干縮拉應力和部分水化熱引起的溫差應力,從而能使混凝土中的孔隙減小,毛細孔徑減小,提高混凝土的密實性,防止或減少結構產生有害裂縫。要真正發揮混凝土補償收縮的作用,膨脹劑的選用及摻量是關鍵。目前在國內的市場上膨脹劑的品種有10 多種,質量存在參差不齊,甚至還存在不合格、假冒、偽劣的產品。在合格的膨脹劑中,產品的性能也不盡相同,有的膨脹劑雖然膨脹率高,但干燥的收縮率很大,存在膨脹與收縮“落差”太大的現象。根據《混凝土膨脹劑》JC476 標準的確定,應檢查其三項指標:一是堿含量≤0175 % ,二是水中7 d限制膨脹劑≥01025 % ,三是最大摻量(替代水泥率) ≤12 % ,凡膨脹劑中堿含量超過0175 %。摻量超過12 %者,均屬淘汰產品,不得使用。因此,在選擇膨脹劑時,不能單純根據廠家的介紹宣傳廣告資料,進行盲目選擇。那種認為只要摻加了膨脹劑,配制的混凝土就一定能控制混凝土不產生裂縫,“一摻就靈”的思想觀念是錯誤的。在選定膨脹劑的同時,還需注意膨脹劑的摻量。膨脹劑摻量的高低,應根據不同結構部位,科學地摻入不同數量膨脹劑,才能達到補償收縮的要求,對補償收縮混凝土,膨脹劑的最低摻量不能低于6 % ,否則將難以達到抗裂防滲的效果。此外,在選用膨脹劑時,還需注意各類膨脹劑的適用范圍,如氧化鈣類膨脹劑不能用于海水或有侵蝕性水的工程,硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣類- 氧化鈣類膨脹劑不能用于長期處于環境溫度為80 ℃以上的工程,與其他外加劑復合使用時,必須經試驗確定外加劑的品種和摻量,不得濫用等等。
2.3 關于水泥及粗、細骨料的選擇
膨脹劑的摻入會使混凝土的早期水化熱提高,為防止或減少混凝土溫度裂縫,在配制補償收縮混凝土時,水泥用量不宜過大,選擇水泥品種時,不得選用硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥和高鋁水泥,宜選擇標號不應低于425 號的低水化熱的水泥,有抗滲要求的補償收縮混凝土的水泥用量不應小于320 kg/ m3 , 當摻入摻合料時, 其水泥用量不應小于280 kg/ m3 。骨料的品質對配制補償收縮混凝土有很大的影響,主要體現在骨料2砂漿界面粘結強度、骨料彈性模量和骨料的強度上。如果是采用泵送混凝土方式,則在考慮可泵性的同時,要綜合考慮混凝土的早強性和后期強度。如果骨料是碎石,需經過二次破碎,使碎石基本無棱角,并減少針片狀顆粒的含量,粒徑控制在小于30 mm。細骨料要求使用干凈的河砂。嚴格按高標準控制砂中云母含量、硫化物含量、含泥量及壓碎指標值。細度模數選用216～311 的中砂為宜。不宜選用砂巖類山砂、機制砂、海砂,此類砂對膨脹混凝土的膨脹率影響非常大。
2.4 關于摻合料摻量
在混凝土中摻加適量的摻合料,可明顯改善混凝土的和易性、減少水泥用量、降低大體積混凝土的水化熱、控制混凝土的溫差收縮應力、提高新拌及硬化混凝土性能。但在使用摻合料時,還應嚴格控制SO3 的含量。因硫酸鹽與硅酸鹽發生反應后,生成鈣礬石。如SO3 含量過大,生成的鈣礬石過多,則會引起混凝土的體積的不穩定性,降低混凝土耐久性,這種現象在學術上稱為“水泥桿菌”。需注意的是,在計算補償收縮混凝土的配合比時,應把膨脹劑摻量、粉煤灰摻量一并加到水泥中計算,三者的最少用量不應小于300 kg/ m3 否則,混凝土的限制膨脹率明顯偏低。
2.5 關于膨脹劑的計量
當前較多施工現場或攪拌站沒有專門的測定摻膨脹劑砂漿和混凝土限制膨脹劑的儀器設備,也沒有專門的檢驗人員,民工加料有隨意性,多采用鍬、勺、碗等非計量器具添加外加劑或以斗代秤加料,很難達到±2 %的計量誤差。有的承包人為了多賺錢,故意讓民工不按混凝土配合比摻入足夠膨脹劑,原設計摻膨脹劑12 % ,實際只摻7 % ,造成澆筑的混凝土的膨脹效應極低,這樣的工程,即使用了膨脹劑,混凝土仍將開裂。
2.6 高度重視養護工作
膨脹劑加入到混凝土中,拌水后生成大量的膨脹結晶體鈣礬石(C3A·3CaSO4·32H2O) ,膨脹結晶體鈣礬石的生成需要水,因此在澆筑后1～7d 內是膨脹變形的主要階段,應特別加強澆水養護,7～14 d 仍需濕養護,以保證此期間混凝土表濕連續充足,確保膨脹率能達到設計預期的峰值,充分發揮混凝土的膨脹效應。工程實踐表明,因混凝土澆筑完3～4 d內水化熱溫升最高,而抗拉強度很低,如果早拆模板,墻體內外溫差較大而易于開裂。因此,墻體模板拆除時間宜不少于5 d。墻體澆筑完后,應從頂部設水管噴淋,模板拆除后繼續養護至14 d。如果忽視對澆筑后早期的養護,養護方法或措施不當將會導致膨脹混凝土抗裂與抗滲性能受到不同程度的損害,嚴重的還造成質量事故。
3 結束語
影響配制摻膨脹劑的補償收縮混凝土的因素很多,在進行合理的補償收縮混凝土配合比設計時,還需注意工程配筋分布和配筋率情況、結構部位的約束狀態、構件的尺寸、混凝土的強度等級、施工面積、混凝土的坍落度等情況,只有綜合考慮到這些因素,才能保證摻膨脹劑補償收縮混凝土的質量,減少或避免結構的裂縫。
