基于高限制膨脹率要求的高性能混凝土膨脹劑摻量分析

葉光榮, 袁文俊, 謝 東, 胥 悅, 周紅林

(1.中國(guó)華西企業(yè)股份有限公司第十二建筑工程公司, 四川成都 610081;2.四川信敏綠色新建筑材料科技有限公司, 四川邛崍 610000)

混凝土在硬化過程中均會(huì)發(fā)生體積收縮，最常見的體積收縮是由于混凝土水分的散失或濕度下降引起的干縮和由于水泥水化熱的散失或混凝土溫度下降引起的冷縮[1]。本工程地下室區(qū)域?yàn)榇篌w積混凝土區(qū)域，底板最大厚度達(dá)1.8 m，地下室最大埋深為-12 m。地下室混凝土耐久性尤為重要，直接決定了結(jié)構(gòu)的安全性和地下室的防水效果。為此本工程地下室混凝土設(shè)計(jì)為高性能混凝土，并通過提高高性能混凝土的14天水中限制膨脹率抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的干縮拉應(yīng)力、溫差應(yīng)力，防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害裂縫。

現(xiàn)行GB 50119-2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》 和JGJ/T 178-2009《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[2]，混凝土一般要求為不小于0.015%，僅后澆帶、膨脹加強(qiáng)、接縫填充處要求為不小于0.025%；為有效抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的有害裂縫，保證混凝土的抗裂性和耐久性，本工程設(shè)計(jì)要求整個(gè)地下區(qū)域混凝土水中14天限制膨脹率需要滿足不小于0.025%?；谠O(shè)計(jì)要求，本文重點(diǎn)探究如何提高高性能混凝土限制膨脹率，并最終確定最佳膨脹劑類型及摻和量。

1 工程概況

成都市新津區(qū)人民醫(yī)院項(xiàng)目位于成都市新津區(qū)東南區(qū)域?qū)毝真?zhèn)仙鶴村十組，工程地下室2層，負(fù)2層最大埋深-11 m，地下室面積3.5萬m2，筏板最大厚度為2 m。施工場(chǎng)地為郊區(qū)農(nóng)田，四周開闊平坦，無高大遮擋建筑物，施工紅線西面外側(cè)約10 m處有人工泄洪渠，施工紅線東面外側(cè)約30 m處有農(nóng)用灌溉小溪流，周邊水系發(fā)達(dá)，河渠總多、地下水極其豐富。

本文通過采用控制變量法和實(shí)驗(yàn)對(duì)比法，嚴(yán)格控制膨脹劑類型及摻和量，并定期測(cè)定試塊14天限制膨脹率和限制收縮率，通過數(shù)據(jù)線性回歸分析，最終確定膨脹劑最佳摻合料。通過本文的實(shí)際研究成果可有效提高高效性混凝土的抗裂性、防水性，提高了富含地下水環(huán)境下高性能混凝土的耐久和抗?jié)B性能。

2 技術(shù)原理

采用控制變量法和實(shí)驗(yàn)對(duì)比法探究膨脹劑種類和摻量對(duì)混凝土14天水中限制膨脹率和28天空氣限制干縮率的影響。實(shí)驗(yàn)分為3類、4種、4組，每種膨脹劑種類和摻量試塊均為4組，混凝土試塊共計(jì)48塊。

控制變量法實(shí)驗(yàn)在高性能混凝土其他組分大體不變的情況下，選用3家優(yōu)質(zhì)膨脹劑生產(chǎn)商的膨脹劑做對(duì)比實(shí)驗(yàn)；每類型膨脹劑對(duì)應(yīng)設(shè)置四組膨脹劑配比分別：6%、7%、8%、9%，每組膨脹劑摻量下設(shè)置4組試塊，分別在水中浸泡14天后測(cè)定其限制膨脹率，和在空氣放置28天后測(cè)定其限制收縮率。最后對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行3點(diǎn)數(shù)據(jù)回歸分析，最終確定膨脹劑摻和量對(duì)限制膨脹率和限制干縮率的影響。

3 實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

3.1 原材準(zhǔn)備

細(xì)骨料：中砂；粗骨料：碎石；水泥:峨勝P·O 42.5 R；外加劑1∶防水劑,規(guī)格型號(hào)GK-6A；外加劑2∶混凝土膨脹劑, UEA Ⅱ型/UEA Ⅱ型/SL-C Ⅱ型；摻合料1∶粉煤灰,規(guī)格型號(hào)Ⅱ級(jí)；纖維∶聚丙烯纖維,規(guī)格型號(hào)19 mm；拌合水∶自來水。

3.2 實(shí)驗(yàn)配置

聯(lián)合四川信敏商混公司共同實(shí)驗(yàn)，采用優(yōu)質(zhì)原材，實(shí)驗(yàn)前預(yù)先通過混凝專業(yè)土配比軟件對(duì)本次高性能混凝土進(jìn)行預(yù)配比(表1)，再通過控制變量法分別摻入不同百分含量的膨脹劑分別：6%、7%、8%、9%。將分別配置3類4種不同膨脹劑混凝土進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并安排專業(yè)人員對(duì)試塊進(jìn)行規(guī)范養(yǎng)護(hù)，達(dá)到水中14天和空氣中28天養(yǎng)護(hù)齡期進(jìn)行各分組試塊的限制膨脹率和限制干縮率的檢查，做好數(shù)據(jù)記錄。

3.3 限制膨脹率和干縮率檢查

進(jìn)行混凝土的限制膨脹率測(cè)試時(shí)，需要使用縱向限制器以及標(biāo)準(zhǔn)比長(zhǎng)儀，在測(cè)試中選用的是 ISOBY-354 標(biāo)準(zhǔn)比長(zhǎng)儀(圖1)。

圖1 ISOBY-354 標(biāo)準(zhǔn)比長(zhǎng)儀

3.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)完成后，對(duì)所測(cè)得的3類4種48塊試件數(shù)據(jù)分析，結(jié)果見圖2、圖3。圖2的橫坐標(biāo)為膨脹劑摻量，縱坐標(biāo)為限制膨脹率，從圖中3點(diǎn)數(shù)據(jù)分布和修訂回歸線分析可以明顯發(fā)現(xiàn)，高性能混凝土14天水中限制膨脹率同膨脹劑摻量為正比函數(shù)。其中膨脹劑摻量為8%時(shí)，UEA Ⅱ型和SL-C Ⅱ型膨脹劑開始達(dá)到本次課題設(shè)計(jì)要求的不小于0.025%高限制膨脹率要求，對(duì)應(yīng)28天空氣限制干縮率不大于0.03%。

圖2 14天水中限制膨脹率/‰

圖3 28天空氣中限制干縮率/‰

同時(shí)也充分的證實(shí)了8%時(shí)的膨脹劑摻量有效抵消了混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的收縮，有效保證了混凝土體積的整體性、抗裂性能。

4 結(jié)論分析

(1)本文通過采用控制變量法和回歸函數(shù)分析的方法，確定了混凝土水中14天限制膨脹率同膨脹劑的添加量線性幾何關(guān)系增長(zhǎng)。同時(shí)受到膨脹劑材質(zhì)本身好壞的影響。

(2)摻膨脹劑的混凝土必須進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，且養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14天(相關(guān)國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也對(duì)此做了規(guī)定要求)，否則，混凝土的限制膨脹率將無法得到保障，可能損壞到結(jié)構(gòu)實(shí)體的質(zhì)量[3]。

(3)混凝土公司要嚴(yán)格控制膨脹劑的摻量，生產(chǎn)符合要求的膨脹混凝土；施工單位要加強(qiáng)膨脹混凝土的澆筑質(zhì)量控制，尤其是養(yǎng)護(hù)必須符合規(guī)范要求，這樣才能更好地保證混凝土的結(jié)構(gòu)質(zhì)量[4]。

(4)本文通過實(shí)驗(yàn)最終確定了選用SL-C Ⅱ型膨脹劑摻量為8%，既可以有效地達(dá)到高限制膨脹率要求(不小于0.025%)，又可以有效地節(jié)約造價(jià)。高限制提供了一種針對(duì)南方露天潮濕環(huán)境下開發(fā)、試配、生產(chǎn)、施工和保護(hù)高耐久。

(5)本文為同類型實(shí)驗(yàn)提供了有效的科學(xué)實(shí)驗(yàn)借鑒，為后續(xù)工程提供了可靠的數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)保障工程工期以及建筑的產(chǎn)品合格率，有著良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。