微膨脹混凝土應(yīng)用

地下泵房、水池及多層建筑都需要較深的基礎(chǔ)在地下,由于大多數(shù)可施工建筑的地區(qū)多有地下水存在,設(shè)計(jì)、施工要認(rèn)真解決地下部分的抗?jié)B和設(shè)置超長(zhǎng)的伸縮縫,這是兩項(xiàng)技術(shù)性較復(fù)雜且往往達(dá)不到預(yù)期效果的難題。長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)這些工程多采用普通抗?jié)B混凝土并設(shè)置后澆帶處理伸縮縫。但設(shè)計(jì)后澆帶時(shí)需按規(guī)范要求的部位和長(zhǎng)度范圍留置,將整體結(jié)構(gòu)劃分成若干臨時(shí)的獨(dú)立單元,使設(shè)計(jì)和施工的具體實(shí)施難度加大。特別是在留置的后澆帶停置的一段時(shí)間內(nèi),難以確保截面不受地下水及其它物質(zhì)的侵蝕,在重新澆筑時(shí)需采取清理措施,這都會(huì)給施工質(zhì)量留下隱患。例如:在地面以下環(huán)境中需對(duì)后澆帶部位進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的防護(hù),設(shè)臨時(shí)支撐、鋼筋除銹、復(fù)位、焊接、清理表面浮層等,工序工種復(fù)雜,工期和施工質(zhì)量難以確保。為從根本上消除上述弊端,可采用無(wú)留置縫(即不設(shè)后澆帶或伸縮縫)的結(jié)構(gòu)混凝土,這既給設(shè)計(jì)、施工帶來(lái)方便,又可提高混凝土的安全耐久性。從一些工程應(yīng)用的實(shí)踐和試驗(yàn)結(jié)果表明,在普通混凝土中摻入適量微膨脹劑可有效地解決抗?jié)B和不留縫的技術(shù)問(wèn)題?，F(xiàn)對(duì)微膨脹混凝土的機(jī)理和應(yīng)用中的一些問(wèn)題淺述如下。

微膨脹混凝土的機(jī)理

補(bǔ)償收縮抗裂性較好。微膨脹混凝土結(jié)構(gòu)在未承載時(shí),其物理力學(xué)狀態(tài)是:由于混凝土中配置一定的鋼筋,工程中不可避免地存在著結(jié)構(gòu)邊界的約束作用,使各類(lèi)變形均處于受挖狀態(tài)。因此,普通混凝土存在的干縮、蠕變、溫差效應(yīng)所造成的收縮變形將產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)這種拉應(yīng)力大于混凝土極限拉應(yīng)變時(shí)即出現(xiàn)裂縫。而采用微膨脹混凝土?xí)r,在強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程中即產(chǎn)生體積膨脹,內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓應(yīng)變,能補(bǔ)償各種收縮變形,抵消相應(yīng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力,有效地提高結(jié)構(gòu)的抗裂性。由于膨脹變形時(shí)釋放的大部分能量均發(fā)生在混凝土養(yǎng)護(hù)的早期階段,此時(shí)尚處在塑性狀態(tài),故大量空隙易于被壓縮密實(shí);同時(shí),因游離的鈣礬石結(jié)晶顆粒具有填充孔隙的作用,使空隙進(jìn)一步減少,密實(shí)作用顯著提高。上述多種因素綜合發(fā)生作用后,可極大地改善混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部微觀(guān)結(jié)構(gòu),使其具有較好的抗?jié)B透性能。

對(duì)抗裂性產(chǎn)生原因的再認(rèn)識(shí)。長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)微膨脹混凝土的抗裂性?xún)H從補(bǔ)償收縮的角度分析和考慮,對(duì)更深層次的機(jī)理分析論述不充分?，F(xiàn)根據(jù)建筑期刊介紹的大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及檢測(cè)資料,對(duì)抗裂性的機(jī)理作進(jìn)一步的加深理解。微膨脹混凝土本身具有的特性,是獲得較好抗裂性的主要原因,其一,在受約束狀態(tài)下其凈膨脹率以膨脹和收縮值之差計(jì)算,ｅ＝ｆ的發(fā)展過(guò)程會(huì)延續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間,在此進(jìn)行過(guò)程中凈膨脹率的變化為:在大約100ｄ左右齡期以前,ｅ為正值,混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)變;以后ｅ會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值,結(jié)構(gòu)內(nèi)部則產(chǎn)生拉應(yīng)變。

其二,澆筑初期的膨脹量達(dá)到高峰值是決定凈膨脹率負(fù)值出現(xiàn)時(shí)間推遲的關(guān)鍵。當(dāng)凈膨脹率的負(fù)值出現(xiàn)時(shí),混凝土結(jié)構(gòu)體的抗拉極限強(qiáng)度、極限應(yīng)變值已提高了很多,完全可以抵抗收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變能力。從上述簡(jiǎn)析中可知,微膨脹混凝土的抗裂能力,不能單從其膨脹值的大小衡量,而應(yīng)從不同角度如膨脹率整個(gè)發(fā)展過(guò)程的延續(xù)時(shí)間、峰值大小和凈膨脹率的變化來(lái)考慮。２工程應(yīng)用中應(yīng)重視的幾個(gè)問(wèn)題一些地下工程實(shí)踐表明:采取無(wú)縫整體現(xiàn)澆微膨脹混凝土的貯水池、地下泵房、高層建筑地下室及箱型基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)已取得了較好的抗?jié)B效果,但仍在一些技術(shù)上需完善與穩(wěn)妥處理。

加強(qiáng)對(duì)混凝土早期的養(yǎng)護(hù)(7～14ｄ)及防護(hù)工作。此期間的表濕應(yīng)連續(xù)充足,以保證膨脹率能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的峰值,這是結(jié)構(gòu)抗裂和抗?jié)B的關(guān)鍵所在。一般實(shí)際施工中往往因多方面因素而忽視加強(qiáng)對(duì)澆筑后早期的養(yǎng)護(hù),存在方法與措施不當(dāng)而使養(yǎng)護(hù)效果受到影響,從而導(dǎo)致膨脹混凝土抗裂與抗?jié)B性能受到不同程度的損害,嚴(yán)重的還造成質(zhì)量事故。

控制水灰比。水灰比對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響眾所周知,水灰比過(guò)高則孔隙率多且大,鈣礬石結(jié)晶顆粒的填孔效果受到影響,在已成功的經(jīng)驗(yàn)中水灰比一般在0.4～0.5為宜。從圖１可知,混凝土膨脹量的絕大部分在早期發(fā)生,在尚處于塑性狀態(tài)的孔隙率過(guò)大時(shí),其能量的大部分消耗在壓縮塑性的大量孔隙和釋放到不受約束的方向去,而受限制的方向也是不應(yīng)出現(xiàn)裂縫的方向則常首先出現(xiàn)裂縫,將有效的壓應(yīng)變和預(yù)壓應(yīng)力的初始峰值明顯降低,使該方向孔隙的有效壓縮量也相應(yīng)降低,終將導(dǎo)致抗裂和抗?jié)B性的大幅度下降。一些工程管理中無(wú)控制水灰比的嚴(yán)格措施,甚至在運(yùn)輸、停留和振搗進(jìn)行中的二次加水現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,忽視水灰比的問(wèn)題必須引起重視。

水泥強(qiáng)度及用量、振搗問(wèn)題。水工地下防水抗?jié)B混凝土的水泥標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于425#(普通硅酸鹽水泥),其用量不宜低于320～350ｋｇ／ｍ３;粗骨料粒徑＜30ｍｍ,含泥及雜質(zhì)量＜１%;采用中砂,每ｍ３用量不低于0.38～0.41;澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,間隔時(shí)間＜60ｍｉｎ;運(yùn)距較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)加緩凝劑;自由落差＜２ｍ;澆筑完表面及時(shí)防護(hù)等。24膨脹劑的選用與摻量是關(guān)鍵。根據(jù)資料介紹,中國(guó)建材科研院研制開(kāi)發(fā)的Ｕ型膨脹劑效果較好,其摻量按工程具體要求而定:Ｕ型膨脹劑摻量占水泥質(zhì)量的10%～14%時(shí),能獲得較好的膨脹性,適用于以抗裂為主的工程。此種摻量下的混凝土膨脹在非受限狀態(tài)下自由膨脹的強(qiáng)度與普通混凝土相比,其自由強(qiáng)度降低約5%～10%,一般可不考慮其影響。因在具體工程中混凝土均不可避免地處于受限狀態(tài),在受限狀態(tài)下膨脹混凝土的強(qiáng)度同普通混凝土相比提高10%～30%—當(dāng)然與受限狀態(tài)的強(qiáng)弱及摻量有關(guān)。在受限狀態(tài)下當(dāng)摻量為10%～14%,一般受限狀態(tài)的混凝土膨脹后的實(shí)際強(qiáng)度多高于相同強(qiáng)度等級(jí)的普通自由混凝土的強(qiáng)度。但是,當(dāng)摻量大于14%且結(jié)構(gòu)處于非強(qiáng)化受限狀態(tài)時(shí),上述產(chǎn)生的不利因素不應(yīng)忽視。當(dāng)Ｕ型膨脹劑摻量在8%～10%時(shí),膨脹率偏低,但混凝土強(qiáng)度有所提高,具有一定的抗?jié)B性能,此摻量適用于以抗?jié)B為主的承重結(jié)構(gòu)。如同時(shí)又需提高混凝土的抗裂性時(shí),膨脹劑摻量應(yīng)增加至14%,并適當(dāng)提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。當(dāng)膨脹劑摻量在14%～16%時(shí),膨脹率顯著提高,但混凝土自由狀態(tài)下的強(qiáng)度下降幅度會(huì)達(dá)10%,不應(yīng)忽視這一問(wèn)題。取大摻量?jī)H適用于大體積并處于較強(qiáng)受限制狀態(tài)下的填充混凝土———由于受限狀態(tài)強(qiáng)度高,混凝土的實(shí)際強(qiáng)度也會(huì)有較大的提高,以補(bǔ)償在自由狀態(tài)時(shí)強(qiáng)度的損失。

地處季節(jié)性?xún)雒浀貐^(qū)對(duì)抗裂、抗?jié)B工程中膨脹劑的摻用,可考慮同早強(qiáng)劑及抗凍劑一并復(fù)合使用,一般不會(huì)出現(xiàn)不相容變化,但必須經(jīng)設(shè)計(jì)試配,取得必要數(shù)據(jù)后再用為妥。工程中采用微膨脹混凝土技術(shù)在理論與實(shí)踐方面還需深入探討,使之更先進(jìn)完善。