摘要：討論了如何科學使用膨脹劑,控制混凝土結構的開裂。使用膨脹劑配制的補償收縮混凝土是控制結構開裂的有效措施之一,應按照結構內部環境條件檢驗補償收縮混凝土的性能,據此進行配合比設計,并注意施工過程控制。膨脹劑的理論研究已落后于工程應用。非難膨脹劑的使用有兩方面的原因:一是市場原因,二是技術原因。對于超厚的大體積結構,建議優先選用大摻量粉煤灰混凝土,而不是摻加膨脹劑的補償收縮混凝土。
關鍵詞：大摻量;粉煤灰;補償收縮混凝土
《商品混凝土》雜志2007 年第四期推出專題匯編:混凝土膨脹劑的應用。專題匯編中的主導文章批駁了王鐵夢先生排斥膨脹劑的觀點,提出了“膨脹劑不可替代”的觀點[1 ,2 ] 。我多年從事硫鋁酸鹽水化物的研究,涉及膨脹劑的水化特性和應用,因此也想發表一點意見,供大家參考。
我國大規模使用膨脹劑已有二十多年歷史。最初十余年爭論不大,業內大多數人都認為用膨脹劑配制補償收縮混凝土是控制結構裂縫的有效方法。在這期間積累了大量經驗,補償收縮混凝土的成功應用為提高我國建筑工程質量做出了貢獻。但是,近年來對于膨脹劑的責難之聲不絕于耳,使用膨脹劑不成功的案例越來越多,許多人對于是否應該使用膨脹劑起了疑心。
非難膨脹劑的使用有兩方面的原因。一是市場原因,二是技術原因。
1 導致膨脹劑名聲下降的市場原因
當年膨脹劑名聲鵲起,市場需求激增。一些研發人員只顧眼前利益,無節制地轉讓技術,造成無序競爭,做濫了市場。一些技術條件很差的企業生產的劣質產品充斥市場,敗壞了膨脹劑的名聲。甚至造成“摻加膨脹劑就裂,不摻膨脹劑反而不裂”的怪現象?，F在膨脹劑價格虛高,推銷人員靠高額回扣銷售產品;同時,為了提高業績,無論是否必要,推銷人員都極力推薦使用膨脹劑。在使用過程中一些混凝土攪拌站發現,對于某些結構,只要混凝土配合比合適,養護和溫控措施得當,無論是否摻加膨脹劑,都能避免結構開裂。既然如此,使用膨脹劑沒有任何利益可言的混凝土攪拌站就偷偷地盡量少加、甚至不加膨脹劑。這對于必須使用補償收縮混凝土的結構,就可能導致“即使摻加膨脹劑,結構仍然開裂”。所以對于膨脹劑的功能不能過分夸大,這只能敗壞膨脹劑的聲譽。
2 膨脹劑必須正確使用才能取得理想效果
目前對于膨脹劑的使用有兩種截然相反的觀點。一是以王鐵夢先生為代表的一派,對膨脹劑絕對排斥。二是以游寶坤先生為代表的一派,對膨脹劑十分推崇,認為采用摻加膨脹劑的補償收縮混凝土是結構抗裂的首選技術措施。
對于任何事物,都必須一分為二來分析。補償收縮混凝土不是一無是處,但也不是萬能的,并不是任何結構都適用。目前雜志上介紹膨脹劑的使用情況,絕大多數都是成功的案例。
這是可以理解的。很少有人愿意自揭家丑,把自己不成功的案例拿出來討論。而介紹成功實例對人對已都是有好處的。不能看到雜志上一片歌頌之聲,就認為膨脹劑十全十美了。
膨脹劑發展之初,多用于薄壁結構,混凝土配合比中礦物摻合料不多,在加強養護的條件下,膨脹的發展與強度的增長基本同步,能夠在混凝土結構中建立足夠的預壓應力,抵抗后期收縮,從而有效控制開裂。所以膨脹劑用于剛性屋面、游泳和水池等防水結構中是非常適合的。膨脹劑用于厚度不大的大體積混凝土結構中,也是可以取得預期的結果。
膨脹劑的使用應有科學理論指導,嚴格周密的施工措施作保證。補償收縮混凝土的施工是系統工程,并不是單單摻加膨脹劑就能達到目的。如果施工過程控制很差,最好的補償收縮混凝土也不能防止開裂。使用膨脹劑時需要注意膨脹劑的使用條件。由于膨脹劑的水化特性,并不是任何場合都適于使用膨脹劑。上世紀80 年代,膨脹劑多用于薄壁防水結構;而現在則主要用于大體積混凝土結構的抗裂。其使用對象發生了變化,但是依據的理論仍然是吳中偉先生多年前建立的補償收縮理論?，F在理論的進步已落后于工程實踐,現有理論不能很好地解釋在大體積大摻量礦物摻合料混凝土中膨脹劑的作用機理。在高強混凝土中,還需要考慮收縮補償對象變化的問題。
膨脹劑主要補償溫度收縮和干燥收縮。但在大體積高強混凝土結構中,干燥收縮并不是一個嚴重的問題,而自身收縮卻很大,如何補償在水化早期發生的大幅度收縮是膨脹劑面臨的新問題,現在的補償收縮理論沒有考慮這個問題。
不同的混凝土配合比會影響膨脹劑膨脹性能的發揮。在進行補償收縮混凝土配合比設計時,必須驗證膨脹劑在該工程使用條件下能產生足夠的膨脹但又不產生過量的膨脹。膨脹劑僅僅按照標準進行出廠檢驗,合格后就直接用于建設工程,是不能保證其膨脹效果的,也是不能確保建設工程質量的。
但在膨脹劑實際應用過程中,補償收縮混凝土配合比的設計過程中基本沒有考慮結構內部條件下膨脹劑的實際表現。絕大多數情況是,無論使用那個廠家的水泥,不管摻合料摻量的多少,不論集料的顆粒級配狀態,都按照膨脹劑生產廠家的說明,依照所謂的“慣例”摻入6 %～14 % (或者設計指定的摻量) 的膨脹劑。這樣操作難于保證膨脹劑的使用效果。如果混凝土攪拌站再偷一點工,減一點料,施_€<_瞋工單位不提供足夠的潮濕養護條件好的結構,補償收縮混凝土的效果就不好。養護條件不好的典型結構是厚度很大的大體積混凝土結構,厚度在3～4m 以上的大體積底板,即使表面蓄水養護,其核心部位仍然處于絕濕狀態,膨脹劑的作用在此處難于發揮。特別是高強混凝土結構,由于水膠比低,結構密實,內部缺乏使膠凝材料充分水化的水分,其膠凝材料的水化程度較低。如果再摻加需水量大的硫鋁酸鹽型膨脹劑,其內部水化程度更低,膨脹劑補償收縮的作用不能發揮。
鈣礬石的膨脹性與環境溫度很有關系。根據我們的研究結果,補償收縮混凝土的膨脹性在30～40 ℃為最大,超過60 ℃后其膨脹性遠低于常溫下的膨脹性[4 ] 。所以在厚大的高強混凝土結構中,如果不能很好地控制內部溫升,則膨脹劑的作用難于發揮。
礦物摻合料有抑制膨脹的作用。粉煤灰摻量越大,補償收縮混凝土的膨脹性越小。所以在大摻量粉煤灰混凝土中,膨脹劑的效能很低。如果是大體積的大摻量粉煤灰混凝土結構,使用膨脹劑來補償收縮、控制開裂的效果將不明顯,此時就不必使用膨脹劑。
根據這個原則,中央電視臺新臺址的大體積混凝土底板,就改變了原設計準備使用的補償收縮混凝土配合比,采用大摻量粉煤灰混凝土配合比。其I 級粉煤灰摻加比例達44 %。其中1 底板平面尺寸為91m ×75m ,最大厚度1018m ,混凝土連續澆筑量為319 萬m3 ;塔樓2 底板平面尺寸為77m ×70m ,最大厚度1019m ,混凝土連續澆筑量313 萬m3 。實際施工結果顯示,混凝土強度發展完全滿足C40P8 的要求,內部最高溫度僅61 ℃,沒有發現任何有害裂縫[5 ] 。國貿三期塔樓A 工程的C45P8 大體積混凝土底板,厚415m ,平面尺寸為65m ×65m。一次連續澆筑混凝土量達18117m3 。同樣采用大摻量粉煤灰混凝土配合比。其I 級粉煤灰摻加比例達49 %?；炷翝仓? 月初進行,其內部水化溫升僅約50 ℃,表面狀態良好,無可見裂縫產生[6 ] 。這兩個工程都是超長的大體積混凝土結構,配筋量大,對混凝土的約束很強,沒有使用膨脹劑,也成功地避免了開裂。所以控制混凝土結構開裂,膨脹劑并不是不可替代的。
3 結論
膨脹劑應該因時因地制宜地使用,不能夸大其功效,也不能貶低其作用。應加強膨脹劑應用的理論研究。補償收縮混凝土的使用是系統工程,應按照結構內部環境條件檢驗其性能,并據此進行配合比設計,還需加強施工過程控制。對于超厚的大體積結構,建議優先選用大摻量粉煤灰混凝土,而不是摻加膨脹劑的補償收縮混凝土。
參考文獻
[1 ]李乃珍,游寶坤,趙順增. 多學科結合,實現裂縫控制[J ] .商品混凝土, 2007 , (4) : 1 - 3.
[2 ]王棟民. 論膨脹劑的不可替代性[J ] . 商品混凝土, 2007 ,(4) : 4 - 6.
[3 ]李樂民,鄭遠林. 粉煤灰等礦物摻合料對UEA - H 膨脹劑膨脹能的影響[J ] . 四川建材,2005 , (1) : 15 - 19.
[4 ]閻培渝,陳廣智. 養護溫度和膠凝材料組成對膨脹劑限制膨脹率的影響[J ] . 建筑技術, 2001 , 32 (1) : 22 - 23.
[5 ]劉小剛,彭明祥,胡鏖. 超大摻量粉煤灰技術在CCTV 主樓底板混凝土施工中的應用[J ] . 施工技術,2006 ,35 (8) : 2 -4.
[6 ]馬昕,欒堯,閻培渝,等. 國貿三期基礎底板大體積混凝土裂縫控制[J ] . 施工技術, 2007 , 36 (8) : 75 - 77.
