摘 要:詳細介紹了補償收縮混凝土的工作原理,分析對比了不同養護方式對補償收縮混凝土性能的影響,并闡述了實際施工中不同結構部位的養護方法。
關鍵詞:補償收縮混凝土,養護,砂漿
中圖分類號:TU755. 7 文獻標識碼:A
1 補償收縮混凝土工作原理
補償收縮混凝土是近年來針對超長現澆混凝土結構發展起來的一種新的混凝土品種,通過在普通混凝土中摻入一定數量的膨脹劑,水化后產生一定量的體積膨脹,在鋼筋和鄰位的約束下, 在結構中建立0. 2 MPa～0. 8 MPa 預壓應力,這一壓應力可抵消混凝土在硬化過程中產生的收縮拉應力,從而使混凝土不裂不滲,實現混凝土結構的超長無縫施工。現時市場上的膨脹劑大部分都是硫鋁酸鹽型膨脹劑, 其膨脹源是鈣礬石( C3A ·3CaSO4 ·32H2O) 。以目前比較常用的HEA 抗裂膨脹劑為例,HEA 抗裂膨脹劑是由石膏、硫鋁酸鹽熟料、蒙脫石類礦物熟料、高鋁礬土熟料、粘土質熟料和鈣質熟料等組成。在水泥中摻入HEA 抗裂膨脹劑后,HEA 參與水泥水化反應,生成大量膨脹性結晶水化物———水化硫鋁酸鈣(C3A·3CaSO4·32H2O ,即鈣礬石) ,使體積膨脹18 % ,見下式:
3CA + 3CaSO4 ·2H2O + 32H2O →C3A ·3CaSO4 ·32H2O +2 (Al2O3·3H2O) ,
C4A3S + 2CaSO4 ·2H2O + 34H2O →C3A ·3CaSO4 ·32H2O +2 (Al2O3·3H2O) 。
當混凝土膨脹時受到鋼筋或其他限制物的限制,鋼筋則因混凝土的膨脹而伸長,此時在鋼筋中產生拉應力,在混凝土中相應產生壓應力,這種壓應力能夠抵消導致混凝土開裂的全部或部分拉應力,在混凝土中產生0. 2 MPa～0. 8 MPa 預壓應力,能有效地補償混凝土的干縮和冷縮,從而避免混凝土的開裂。同時,大量的鈣礬石晶體填充了混凝土的毛細孔縫,改善了混凝土的孔結構,使毛細孔變細、減小,增加了致密性,顯著提高了混凝土的抗裂防滲性能及耐久性和抵抗周圍環境介質侵蝕的能力。適用于結構自防水、抗裂防水混凝土和超長混凝土結構的無縫施工等場合。
2 補償收縮混凝土的養護
2. 1 不同養護方法的對比
摻加HEA 混凝土抗裂膨脹劑的補償收縮混凝土的主要膨脹源是鈣礬石,從化學反應方程式中可以發現,每生成1 mol 的鈣礬石就要消耗32 mol 的水。如果沒有水,化學反應就會停止,鈣礬石就會停止生成,這樣補償收縮混凝土就會因為缺乏膨脹源而失去補償收縮的作用。由于水泥的水化反應亦需要大量的水,攪拌混凝土時加入的水一部分參與水泥水化反應,一部分在水泥水化反應放熱中蒸發掉,剩下的小部分水根本不夠生成足夠鈣礬石所需用量,所以要生成足夠的鈣礬石就需要補充額外的水分,這就是補償收縮混凝土必須進行養護和養護時必須有足夠水分的原因。為能在實踐中掌握不同養護條件對膨脹效能的影響,按照JC 47622001 標準,對HEA 膨脹劑摻量為8 %的試件進行不同養護條件對膨脹效能影響的試驗。
養護條件:1) 水中養護:砂漿試件一直放在20 ℃±3 ℃的水中養護。2) 保濕養護:砂漿試件前7 d 放在20 ℃±3 ℃水中養護,7 d 后放在標養室木架上(溫度20 ℃±3 ℃,相對濕度90 %以上) 。3) 標準養護: 按JC 47622001 標準, 砂漿試件前7 d 放在20 ℃±3 ℃水中養護,7 d 后轉入空氣中養護(溫度20 ℃±3 ℃,相對濕度65 %) 。4) 標準養護1 :按JC 47622001 標準,砂漿試件前7 d 放在20 ℃±3 ℃水中養護,14 d 后轉入空氣中養護(溫度20℃±3 ℃,相對濕度65 %) 。5) 自然養護:砂漿試件放在露天,隨天氣日曬雨淋,每天澆水兩次。試驗結果見圖1。
圖1 充分說明,養護水的充足與否,直接關系到補償收縮混凝土的膨脹效能。圖中曲線所示,試件在7 d 齡期時,不論是標準養護、水中養護、保濕養護,由于此時試件是全部浸在水中,其限制膨脹量相差無幾。7 d 齡期時限制膨脹率約為0. 027 %。
1) 水中養護:其限制膨脹率在前28 d 增長較快,28 d～60 d 這一時間段已明顯減緩,因為試件的強度已經發展起來。14 d 齡期時限制膨脹率約為0. 035 % , 28 d 齡期時限制膨脹率約為0. 048 %,60 d 齡期時限制膨脹率約為0. 051 %。可見,水中養護可充分發揮膨脹劑的效能。
2) 保濕養護:將7 d 后的試件轉入標準養護室保濕養護(放在木架上溫度20 ℃±3 ℃,濕度90 %以上) ,其情況和水中養護大致相同,說明只要試件(或混凝土結構) 保持潮濕,其保濕養護膨脹效果與水中養護膨脹效果相差不多。14 d 齡期時限制膨脹率約為0. 034 % ,28 d 齡期時限制膨脹率約為0. 046 % ,60 d 齡期時限制膨脹率約為0. 048 %。可見,保濕養護同樣可充分發揮膨脹劑的效能。
3) 標準養護:將7 d 后的試件轉入空干養護,此時由于水分不充足,其限制膨脹率馬上減小,隨齡期的增加,出現負增長(收縮) ,14 d 齡期時限制膨脹率約為0. 004 % ,28 d 齡期時限制膨脹率約為- 0. 015 % ,60 d 齡期時限制膨脹率約為- 0. 019 % ,標準養護不能充分發揮膨脹劑的效能,但可保證少出現和不出現裂縫,標準養護條件比較接近實際的施工條件。
4) 標準養護1 :將14 d 后的試件轉入空干養護,此時由于水分不充足,其限制膨脹率馬上減小,隨齡期的增加,出現負增長(收縮) ,14 d 齡期時限制膨脹率約為0. 035 % ,28 d 齡期時限制膨脹率約為- 0. 005 % ,60 d 齡期時限制膨脹率約為- 0. 008 % ,在抗裂方面有明顯的優勢,雖然不能充分發揮膨脹劑的效能,但可保證不出現裂縫,可見水中養護對充分發揮膨脹劑的性能至關重要,實際施工中,如果條件許可,應當首先保證水中養護的時間,可充分發揮膨脹劑的效能。同時,只要能保證養護的條件符合要求,可在取得相同的限制膨脹率的同時減小膨脹劑的用量,達到降低造價、節省資金的效果。
5) 自然養護:將成型后的試件模擬現場自然養護,每天澆水兩次,測其限制膨脹量,見圖1。由于自然養護的試件早期得不到充足的水分,其膨脹效能根本得不到發揮,試件從一開始就是收縮,試件的限制膨脹率在齡期為3 d 時約為- 0. 015 % ,前14 d 由于試件強度還是比較低,收縮比較劇烈,14 d 以后收縮趨向緩和。7 d 限制膨脹率約為- 0. 024 %,14 d 限制膨脹率約為- 0. 032 %,28d 限制膨脹率約為- 0. 038 %,60 d 限制膨脹率約為- 0. 043 %,與標準養護的試件差異很大,根本起不到補償收縮的作用,所以加強養護是保證補償收縮混凝土施工質量的關鍵。
2. 2 實際施工中的養護方法[1 ]
在實際的施工過程中,針對不同的建筑部位,應采用不同的養護方法。
地下室底板:由于地下室底板四周都有反邊,澆筑完混凝土后會形成一個小水池,所以在底板終凝后馬上進行蓄水養護14 d ,然后轉入自然養護。如果蓄水養護有困難,可用麻袋覆蓋混凝土表面,然后淋水養護,保持麻袋24 h 都處于潮濕狀態,養護14 d 后去掉麻袋轉入自然養護。
地下室側壁:必須進行帶模養護,現時建筑施工用的模板是18 mm厚的膠合板,這種板可保溫保濕。只要帶模養護,混凝土墻的水汽被困在模板內不能蒸發,對混凝土的養護非常有好處,混凝土墻的養護條件類似于標準養護室保濕養護,混凝土終凝后用水淋濕模板即可,帶模養護不能小于14 d ,拆模后再進行淋水養護至28 d ,保持混凝土的表面濕潤。
樓板:由于施工的需要,樓板不可能進行蓄水養護,可用麻袋覆蓋混凝土表面,然后淋水養護,保持麻袋24 h 都處于潮濕狀態,養護14 d 后可去掉麻袋,然后轉入自然養護。樓板下表面則進行帶模養護14 d ,拆模后轉入自然養護。
屋面板:可在澆筑混凝土時在板的四邊做混凝土的反邊,在屋面板的混凝土終凝后馬上進行蓄水養護14 d ,如果蓄水養護有困難,可用麻袋覆蓋混凝土表面,然后淋水養護,保持麻袋24 h 都處于潮濕狀態,養護14 d 后去掉麻袋,再進行淋水養護至28 d ,保持混凝土的表面濕潤。樓板下表面則進行帶模養護14 d ,拆模后轉入自然養護。
參考文獻:
[1 ]馬勝利. 補償收縮混凝土在設計及施工中的應用[J ] . 山西建筑,2004(14) :1122113.
