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混凝土膨胀剂不好使,可能是方法没用对

编辑:澳门十大娱乐网址大全   发布时间:2017-9-20?
  配制高等级防水混凝土,实现砼结构自防水、补偿砼收缩,解决建筑物防裂抗渗能力,需要在混凝土当中添加混凝土膨胀剂。膨胀剂的使用常见于铁路、桥梁、大坝、水池等领域。
  影响膨胀剂性能的因素众多,为了便于分析,可以将相关因素分为以下三类:
  一、 膨胀剂自身的因素
  1.1 膨胀源矿物有关

  不同膨胀源的水化速率不同直接影响其膨胀速率。CaO类膨胀剂水化较快,1~4d即可达到膨胀稳定期,而钙矾石类膨胀剂水化速率相对较慢,一般14d膨胀才达到稳定。MgO膨胀剂,其水化速率更慢,在40℃~60℃温度环境下,1~2月膨胀基本达到稳定,因此常用于大坝岩基回填的水工大体积混凝土中,在土建工程中其延迟膨胀会引起结构破坏。其次,组成复杂的钙矾石类膨胀剂的膨胀速率还与膨胀源之外的其他矿物(含铝矿物和硬石膏)的溶解速率有关。如明矾石的溶解速率较慢,一般掺入膨胀剂中可以补偿后期收缩。石膏的种类很多,相互之间溶解速率差数倍之多,也是影响膨胀性能的重要参数。因此,可以根据不同的工程需要,调整膨胀剂的矿物组成和含量,可以实现调控膨胀速率的目的。


限制膨胀率


  1.2 膨胀剂的颗粒级配对
  膨胀剂的颗粒级配对其膨胀性能影响较大,也是影响膨胀速率的重要参数。但它往往在膨胀剂生产工艺中被忽略。以硫铝酸盐膨胀剂为例,钙矾石的形成速度、单位时间内形成的数量与膨胀率大小有关,而膨胀剂中的铝质熟料和石膏的颗粒大小又直接影响了钙矾石的形成速度。如果膨胀剂中微粉太多,则形成钙矾石速度加快,而且会在混凝土塑性期间形成,消耗了膨胀能,进而降低混凝土硬化早期(7~14d)的膨胀率。膨胀剂的膨胀与颗粒细度基本遵循“颗粒粗,膨胀慢,最终膨胀大”的规律,且最理想的粒径范围是30μm~100μm。硫铝酸钙或铝酸钙熟料颗粒<45μm、硬石膏颗粒为45μm~80μm时膨胀剂性能较好,并提出这类膨胀剂的颗粒分布适宜范围是45μm以下细颗粒含量30%~40%,并应以熟料为主要组分;45μm~80μm的中等颗粒含量60%~70%,并应以硬石膏为主要组分。
  一般情况下,膨胀剂掺量越多,膨胀量越大,这是通过膨胀剂掺量调整膨胀砂浆或膨胀混凝土变形性能的基本原则。工程需求不同,对膨胀量大小的要求不同,对待膨胀和强度的取舍原则也不同,自应力混凝土要求的膨胀量较大,并且是膨胀第一位,强度第二位,膨胀优先于强度;但补偿收缩混凝土以满足强度要求为前提,所以具体的环境下膨胀剂的掺量仍然需要进行配合比优化设计。
  二、 与混凝土有关的影响因素
  2.1 水泥对膨胀剂的影响一方面是因其SO3和Al2O3含量不同引起的,另一方面体现在其强度发展历程不同对膨胀的制约。两者存在一定的最佳匹配关系或者适应性,通过补偿收缩混凝土的综合性能体现出来。膨胀剂与水泥普遍存在适应性问题,不同厂家的水泥,由于矿物组成不同会导致膨胀剂的膨胀效果出现明显差异。相同强度等级的P·O42.5水泥,限制膨胀率却相差80%。在膨胀剂掺量一定的条件下,不同品种水泥胶砂的限制膨胀率大小依次为:P·O42.5水泥>P·S42.5水泥>P·O32.5水泥,煅烧煤矸石水泥>矿渣粉水泥>粉煤灰水泥。
  2.2 矿物掺合料的影响机理是矿物掺合料反应消耗氢氧化钙,改变水泥浆体溶液碱度,同时不同活性的矿物掺合料会引起强度的变化。矿物掺合料对硫铝酸钙类膨胀剂膨胀效能的基本影响规律是:矿物掺合料对膨胀剂早期膨胀率影响较大;粉煤灰和矿渣粉的适量掺入有利于膨胀剂膨胀作用的发挥,但过量掺入会对膨胀作用产生不利影响,特别是对早期膨胀效果;硅粉的掺加,由于促进了混凝土早期强度,因而抑制了膨胀剂膨胀效能的发挥。
  2.3 现代膨胀混凝土需要加入各种化学外加剂以满足所需的工作性、力学性能以及耐久性要求,产生化学外加剂与膨胀剂之间的适应性问题。减水剂、缓凝剂和引气剂按照一定比例复掺后对不同养护条件下的自由膨胀率和限制膨胀率的影响,同流动度下,三者复掺在水养条件下均能提高膨胀砂浆试件各龄期的自由膨胀率,但在空气养护条件下会限制自由膨胀率的增长;不论在水养还是空养条件下都对限制膨胀率都有不利影响。张圣菊系统研究了三种高效减水剂、三种缓凝剂以及高效减水剂与缓凝剂复掺对硫铝酸钙类膨胀剂膨胀效能的影响,结果表明,外加剂在一般情况下都会降低膨胀剂的膨胀效能。化学外加剂对不同类型膨胀剂膨胀性能的影响也有很大差别。
  2.4 膨胀和强度的发展总是相互制约。膨胀剂的总膨胀能(化学能)根据实际的膨胀作用和膨胀效率分为有效膨胀能和无效膨胀能两类。在混凝土水化早期的塑性阶段,膨胀性水化产物参与搭建强度骨架和填充水化空间,不能起到使混凝土宏观体积膨胀的作用,这一阶段产生的膨胀能是无效膨胀能,随着混凝土强度的产生和发展,膨胀性产物通过膨胀变形在混凝土内部建立起一定的预应力,可以将这一阶段有效膨胀对应的强度范围形象地称为“有效膨胀窗口”,之后随着强度的迅速发展,弹性模量大幅增加,膨胀能不再能够引起宏观变形,只能填充孔隙,提高密实度。

  2.5 水胶比对膨胀剂的影响更多体现在强度发展与膨胀速率的辩证关系方面。低水胶比导致早期强度高,制约膨胀的发展;而高水胶比会降低早期强度,可能会使膨胀能因为没有足够的强度约束而耗散在塑性阶段。另外,高水胶比混凝土的孔隙率高,这时会有一部分的膨胀产物填充孔隙,也会减少有效膨胀。


混凝土开裂


  三、 与外在条件有关的因素
  膨胀剂的持续水化离不开水的供给,而温度与化学反应速率成正相关关系,所以养护湿度和养护温度对膨胀剂的膨胀效能的发挥有显著影响。
  有试验结果表明,混凝土中掺入膨胀剂后,早期如果能保证充足的水分供给,膨胀剂就能有效地发挥补偿混凝土早期收缩的作用,并产生适度膨胀;而掺加了相同数量膨胀剂的混凝土,由于不能从外界环境中获取足够水分而始终表现为收缩。有研究表明:在浸水养护、标准养护以及草包覆盖浇水养护的条件下,能够产生膨胀作用且膨胀率大小与养护水分的充足程度密切正相关;其各个龄期的膨胀作用可补偿混凝土的部分收缩,14d龄期的充分水养护,可使混凝土内部在前期不产生收缩。由UEA膨胀剂配制的膨胀混凝土对养护条件有着显著的敏感性,在水中养护的试样自始至终都是膨胀的,膨胀主要发生在7d以前,之后稍有回落并趋于稳定;早期水养护时间的长短不同显著影响其移入干燥环境中的收缩回落。
  有研究表明,不论胶凝材料组成如何,30℃和40℃养护时混凝土的限制膨胀率最大,50℃养护时限制膨胀率开始降低,60℃养护时限制膨胀率低于20℃养护时的数值。
  在实际工程中,无论是单一构件还是尺寸较大的结构物,混凝土的变形总是受到钢筋、相邻部位结构物的整体性等的限制,自由变形的情况几乎是不存在的。补偿收缩混凝土的实际变形同样是限制条件下膨胀和收缩的叠加,因此约束条件显著影响膨胀剂膨胀性能的发挥。同样掺量膨胀剂在不同约束模式下发生的宏观变形会产生很大差异,根据约束程度的大小不同分为小限制、中等限制和大限制(或接近绝对限制)三种不同的膨胀模式,在约束程度较小时,虽然在塑性阶段会消耗部分膨胀变形,但最终有较大的膨胀率可以补偿收缩;在约束程度较大时,膨胀率很小,对收缩的补偿作用很小,只能一定程度上推迟开裂的时间。约束条件不仅限制了膨胀混凝土宏观的变形,同时还影响水化产物的生长空间和孔结构。刘江宁研究了不同限制条件下膨胀水泥硬化浆体的孔结构,试验结果表明:不同的限制条件会引起硬化浆体中孔结构的变化,单向限制条件主要影响浆体-骨料边缘的界面孔和部分较大的毛细孔;三向限制条件不但影响界面孔,而且能够明显降低膨胀水泥硬化浆体的总孔隙率。

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