摘要：討論了如何科學(xué)使用膨脹劑,控制混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂。使用膨脹劑配制的補(bǔ)償收縮混凝土是控制結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的有效措施之一,應(yīng)按照結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境條件檢驗(yàn)補(bǔ)償收縮混凝土的性能,據(jù)此進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),并注意施工過(guò)程控制。膨脹劑的理論研究已落后于工程應(yīng)用。非難膨脹劑的使用有兩方面的原因:一是市場(chǎng)原因,二是技術(shù)原因。對(duì)于超厚的大體積結(jié)構(gòu),建議優(yōu)先選用大摻量粉煤灰混凝土,而不是摻加膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土。
關(guān)鍵詞：大摻量;粉煤灰;補(bǔ)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(yīng)用。專題匯編中的主導(dǎo)文章批駁了王鐵夢(mèng)先生排斥膨脹劑的觀點(diǎn),提出了“膨脹劑不可替代”的觀點(diǎn)[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(yīng)用,因此也想發(fā)表一點(diǎn)意見(jiàn),供大家參考。
我國(guó)大規(guī)模使用膨脹劑已有二十多年歷史。最初十余年?duì)幷摬淮?業(yè)內(nèi)大多數(shù)人都認(rèn)為用膨脹劑配制補(bǔ)償收縮混凝土是控制結(jié)構(gòu)裂縫的有效方法。在這期間積累了大量經(jīng)驗(yàn),補(bǔ)償收縮混凝土的成功應(yīng)用為提高我國(guó)建筑工程質(zhì)量做出了貢獻(xiàn)。但是,近年來(lái)對(duì)于膨脹劑的責(zé)難之聲不絕于耳,使用膨脹劑不成功的案例越來(lái)越多,許多人對(duì)于是否應(yīng)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(chǎng)原因,二是技術(shù)原因。
1 導(dǎo)致膨脹劑名聲下降的市場(chǎng)原因
當(dāng)年膨脹劑名聲鵲起,市場(chǎng)需求激增。一些研發(fā)人員只顧眼前利益,無(wú)節(jié)制地轉(zhuǎn)讓技術(shù),造成無(wú)序競(jìng)爭(zhēng),做濫了市場(chǎng)。一些技術(shù)條件很差的企業(yè)生產(chǎn)的劣質(zhì)產(chǎn)品充斥市場(chǎng),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(xiàn)象。現(xiàn)在膨脹劑價(jià)格虛高,推銷人員靠高額回扣銷售產(chǎn)品;同時(shí),為了提高業(yè)績(jī),無(wú)論是否必要,推銷人員都極力推薦使用膨脹劑。在使用過(guò)程中一些混凝土攪拌站發(fā)現(xiàn),對(duì)于某些結(jié)構(gòu),只要混凝土配合比合適,養(yǎng)護(hù)和溫控措施得當(dāng),無(wú)論是否摻加膨脹劑,都能避免結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。既然如此,使用膨脹劑沒(méi)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(duì)于必須使用補(bǔ)償收縮混凝土的結(jié)構(gòu),就可能導(dǎo)致“即使摻加膨脹劑,結(jié)構(gòu)仍然開(kāi)裂”。所以對(duì)于膨脹劑的功能不能過(guò)分夸大,這只能敗壞膨脹劑的聲譽(yù)。
2 膨脹劑必須正確使用才能取得理想效果
目前對(duì)于膨脹劑的使用有兩種截然相反的觀點(diǎn)。一是以王鐵夢(mèng)先生為代表的一派,對(duì)膨脹劑絕對(duì)排斥。二是以游寶坤先生為代表的一派,對(duì)膨脹劑十分推崇,認(rèn)為采用摻加膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土是結(jié)構(gòu)抗裂的首選技術(shù)措施。
對(duì)于任何事物,都必須一分為二來(lái)分析。補(bǔ)償收縮混凝土不是一無(wú)是處,但也不是萬(wàn)能的,并不是任何結(jié)構(gòu)都適用。目前雜志上介紹膨脹劑的使用情況,絕大多數(shù)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(lái)討論。而介紹成功實(shí)例對(duì)人對(duì)已都是有好處的。不能看到雜志上一片歌頌之聲,就認(rèn)為膨脹劑十全十美了。
膨脹劑發(fā)展之初,多用于薄壁結(jié)構(gòu),混凝土配合比中礦物摻合料不多,在加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)的條件下,膨脹的發(fā)展與強(qiáng)度的增長(zhǎng)基本同步,能夠在混凝土結(jié)構(gòu)中建立足夠的預(yù)壓應(yīng)力,抵抗后期收縮,從而有效控制開(kāi)裂。所以膨脹劑用于剛性屋面、游泳和水池等防水結(jié)構(gòu)中是非常適合的。膨脹劑用于厚度不大的大體積混凝土結(jié)構(gòu)中,也是可以取得預(yù)期的結(jié)果。
膨脹劑的使用應(yīng)有科學(xué)理論指導(dǎo),嚴(yán)格周密的施工措施作保證。補(bǔ)償收縮混凝土的施工是系統(tǒng)工程,并不是單單摻加膨脹劑就能達(dá)到目的。如果施工過(guò)程控制很差,最好的補(bǔ)償收縮混凝土也不能防止開(kāi)裂。使用膨脹劑時(shí)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(chǎng)合都適于使用膨脹劑。上世紀(jì)80 年代,膨脹劑多用于薄壁防水結(jié)構(gòu);而現(xiàn)在則主要用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂。其使用對(duì)象發(fā)生了變化,但是依據(jù)的理論仍然是吳中偉先生多年前建立的補(bǔ)償收縮理論。現(xiàn)在理論的進(jìn)步已落后于工程實(shí)踐,現(xiàn)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(jī)理。在高強(qiáng)混凝土中,還需要考慮收縮補(bǔ)償對(duì)象變化的問(wèn)題。
膨脹劑主要補(bǔ)償溫度收縮和干燥收縮。但在大體積高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)中,干燥收縮并不是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題,而自身收縮卻很大,如何補(bǔ)償在水化早期發(fā)生的大幅度收縮是膨脹劑面臨的新問(wèn)題,現(xiàn)在的補(bǔ)償收縮理論沒(méi)有考慮這個(gè)問(wèn)題。
不同的混凝土配合比會(huì)影響膨脹劑膨脹性能的發(fā)揮。在進(jìn)行補(bǔ)償收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),必須驗(yàn)證膨脹劑在該工程使用條件下能產(chǎn)生足夠的膨脹但又不產(chǎn)生過(guò)量的膨脹。膨脹劑僅僅按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行出廠檢驗(yàn),合格后就直接用于建設(shè)工程,是不能保證其膨脹效果的,也是不能確保建設(shè)工程質(zhì)量的。
但在膨脹劑實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,補(bǔ)償收縮混凝土配合比的設(shè)計(jì)過(guò)程中基本沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)內(nèi)部條件下膨脹劑的實(shí)際表現(xiàn)。絕大多數(shù)情況是,無(wú)論使用那個(gè)廠家的水泥,不管摻合料摻量的多少,不論集料的顆粒級(jí)配狀態(tài),都按照膨脹劑生產(chǎn)廠家的說(shuō)明,依照所謂的“慣例”摻入6 %～14 % (或者設(shè)計(jì)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(diǎn)工,減一點(diǎn)料,施_€<_瞋工單位不提供足夠的潮濕養(yǎng)護(hù)條件好的結(jié)構(gòu),補(bǔ)償收縮混凝土的效果就不好。養(yǎng)護(hù)條件不好的典型結(jié)構(gòu)是厚度很大的大體積混凝土結(jié)構(gòu),厚度在3～4m 以上的大體積底板,即使表面蓄水養(yǎng)護(hù),其核心部位仍然處于絕濕狀態(tài),膨脹劑的作用在此處難于發(fā)揮。特別是高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu),由于水膠比低,結(jié)構(gòu)密實(shí),內(nèi)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(nèi)部水化程度更低,膨脹劑補(bǔ)償收縮的作用不能發(fā)揮。
鈣礬石的膨脹性與環(huán)境溫度很有關(guān)系。根據(jù)我們的研究結(jié)果,補(bǔ)償收縮混凝土的膨脹性在30～40 ℃為最大,超過(guò)60 ℃后其膨脹性遠(yuǎn)低于常溫下的膨脹性[4 ] 。所以在厚大的高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)中,如果不能很好地控制內(nèi)部溫升,則膨脹劑的作用難于發(fā)揮。
礦物摻合料有抑制膨脹的作用。粉煤灰摻量越大,補(bǔ)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(jié)構(gòu),使用膨脹劑來(lái)補(bǔ)償收縮、控制開(kāi)裂的效果將不明顯,此時(shí)就不必使用膨脹劑。
根據(jù)這個(gè)原則,中央電視臺(tái)新臺(tái)址的大體積混凝土底板,就改變了原設(shè)計(jì)準(zhǔn)備使用的補(bǔ)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(jí)粉煤灰摻加比例達(dá)44 %。其中1 底板平面尺寸為91m ×75m ,最大厚度1018m ,混凝土連續(xù)澆筑量為319 萬(wàn)m3 ;塔樓2 底板平面尺寸為77m ×70m ,最大厚度1019m ,混凝土連續(xù)澆筑量313 萬(wàn)m3 。實(shí)際施工結(jié)果顯示,混凝土強(qiáng)度發(fā)展完全滿足C40P8 的要求,內(nèi)部最高溫度僅61 ℃,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何有害裂縫[5 ] 。國(guó)貿(mào)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(xù)澆筑混凝土量達(dá)18117m3 。同樣采用大摻量粉煤灰混凝土配合比。其I 級(jí)粉煤灰摻加比例達(dá)49 %。混凝土澆筑在6 月初進(jìn)行,其內(nèi)部水化溫升僅約50 ℃,表面狀態(tài)良好,無(wú)可見(jiàn)裂縫產(chǎn)生[6 ] 。這兩個(gè)工程都是超長(zhǎng)的大體積混凝土結(jié)構(gòu),配筋量大,對(duì)混凝土的約束很強(qiáng),沒(méi)有使用膨脹劑,也成功地避免了開(kāi)裂。所以控制混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂,膨脹劑并不是不可替代的。
3 結(jié)論
膨脹劑應(yīng)該因時(shí)因地制宜地使用,不能夸大其功效,也不能貶低其作用。應(yīng)加強(qiáng)膨脹劑應(yīng)用的理論研究。補(bǔ)償收縮混凝土的使用是系統(tǒng)工程,應(yīng)按照結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境條件檢驗(yàn)其性能,并據(jù)此進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),還需加強(qiáng)施工過(guò)程控制。對(duì)于超厚的大體積結(jié)構(gòu),建議優(yōu)先選用大摻量粉煤灰混凝土,而不是摻加膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土。
參考文獻(xiàn)
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