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掺膨胀剂混凝土的变形性能如何?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-08-08

建筑结构不断向高层、大跨度方向发展,给主要结构材料——混凝土的使用带来了越来越多的问题,同时也提出了更高的性能要求。现代混凝土不再片面地追求高强度,高性能已经成为混凝土技术发展的主要方向。

水泥混凝土材料的组成决定了其硬化后具有脆性、收缩变形等属性,如处理不当,将导致混凝土开裂,耐久性下降,影响混凝土结构的正常使用。为了克服混凝土的收缩变形,通过在混凝土中掺入膨胀剂,引入膨胀源以补偿混凝土的后期收缩。在我国,膨胀剂被广泛地应用于补偿收缩混凝土,对提高混凝土防渗防裂性能起到了重要作用。但随着膨胀剂的广泛使用,混凝土结构工程发生开裂、渗漏的事例越来越多。主要原因在于,对膨胀剂的正确使用缺乏认识,在使用过程中具有一定的盲目性。

一、实验

(一)原材料

水泥:P·O52.5R。

粗集料:5~25mm级配碎石,重庆歌乐山。

细集料:中砂。

膨胀剂:膨胀剂。

矿渣粉:S95级。

外加剂:缓凝高效减水剂。

(二)试验方法

参照CBJ82—85中混凝土收缩的测试方法,改变养护条件(表1),考察养护条件对掺膨胀剂及未掺膨胀剂混凝土自由收缩率的影响,试验中采用的混凝土配合比见表2。

二、试验结果及分析讨论

(一)试验结果分析

从试验中发现,混凝土中掺入膨胀剂后,养护条件不一样,试验结果截然不同,如图1中的曲线A-1与曲线A-2所示。在混凝土中掺入膨胀剂后,早期如能保证充足的水分供给,膨胀剂效能可以得到发挥,以补偿混凝土的早期收缩,并产生适度膨胀,如曲线A-1所示。同样掺加了膨胀剂的曲线A-2则由于混凝土无法从外界环境中获取足够水分而始终表现为收缩。混凝土收缩率试验结果见表3,图1是根据表中数据所作曲线。

从图1中可以看出,在标准环境[温度:(20±2)℃,相对湿度:(60±5)%]中养护,掺加膨胀剂混凝土(对应曲线A-2)与未掺膨胀剂混凝土(对应曲线B-2) 均表现为收缩,在补偿收缩方面,膨胀剂发挥了一定作用,但效果不明显。从试验结果还可以看出,在控制混凝土收缩时,与不正确使用膨胀剂相比,采取其他一些措施(如改善养护条件)却能达到更好的效果。

(二)机理分析

掺入硫铝酸钙类膨胀剂的混凝土混合料加水后,膨胀剂与水泥熟料矿物以及石膏等快速溶解产生Ca2+,SO2-,AlO,OH等离子,形成钙矾石过饱和溶液,这些离子通过浓差扩散聚集在一起,其形成过程可用下面的方程来表示。

3Ca(OH)+3SO2- +3CaO·Al·6HO+26HO → 3CaO·Al·3CaSO·32HO+60H

钙矾石(AFt)晶体中含有大量结晶水,固相体积增加约1.5倍。合理利用Aft的这一特性,可补偿混凝土的早期收缩,这也是补偿收缩混凝土的原理所在。

从上式可以看出,形成一个AFt需要结合31(或32) 个水分子。因此,养护条件的湿度对AFt的形成影响很大,当相对湿度小于80%时,钙矾石的形成将受到明显抑制。

这解释了试验A-1在14d中表现为膨胀,而同样掺有膨胀剂的试验A-2却表现为收缩的现象。

三、使用膨胀剂时应注意的一些问题

(一)水胶比变化可能带来的问题

高强和高性能混凝土的推广,使得混凝土的水胶比降到0.4或0.3甚至于更低,而混凝土中的自由水随水胶比的降低而减少,当掺有膨胀剂时,膨胀剂中的CaSO的溶出量随自由水的减少而减少。因此当水胶比很低时,膨胀剂参与水化而产生膨胀的组分数量会受到影响,那么,早期未参与水化的膨胀剂组分,在混凝土使用期间在合适的条件下,可能生成二次钙矾石(或称延迟生成钙矾石,DelayedEttringiteFormation,简称DEF)而破坏混凝土结构。这方面的问题目前还缺少试验数据,尚需要进行试验研究。而且由于DEF有较长的潜伏期,对结构的破坏作用是逐渐产生的,而大体积混凝土又往往是隐蔽工程,造成的破坏是难以检查和修复的。

同时,水胶比要影响混凝土的强度,过高的强度特别是早期强度会抑制混凝土膨胀的发展,而较低的强度特别是早期强度会导致更多的膨胀变为无效膨胀,消耗在塑性状态的混凝土中,使得有效膨胀率减少。

(二)掺有膨胀剂混凝土的养护问题

工程上使用硫铝酸钙类膨胀剂的混凝土,在水化硬化初期,如果不给予充分的湿养护,将不能形成足够的AFt来补偿收缩,而在混凝土硬化后,未水化的膨胀剂继续从空气中吸收水分水化形成AFt,可能导致混凝土膨胀开裂。

所属类别: 常见问题解答

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