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高性能混凝土膨胀剂性能及工程应用


1、掺入高性能膨胀剂混凝土的性能特点

(1)提升混凝土耐久性,抗渗透性能。混凝土膨胀剂可以有效提高混凝土的密实度,改善其体积稳定性,避免其出现收缩裂缝,增加抗渗透性能。此外,膨胀剂还能增强其抗冻融循环和抗渗性。

(2)增强混凝土内钢筋耐腐蚀性。膨胀剂具有抗腐蚀性,能够降低钢筋混凝土结构在使用过程中出现锈蚀现象的几率提高钢筋的使用寿命。

(3)高性能混凝土膨胀剂可以实现低掺量高性能,有利于提升混凝土抗裂经济性。根据有关试验研究发现,高性能混凝土膨胀剂在工程应用中掺量较少,价格也较为低廉,可以极大地降低混凝土生产和施工成本。

(4)有效预防混凝土早期收缩开裂,增强混凝土体积稳定性。膨胀剂能有效改善混凝土的抗裂性和耐久性,消除收缩裂缝对结构的不利影响。在施工过程中无需增加大量的水泥和掺和料等其他材料。

(5)利用高性能混凝土膨胀剂来提高混凝土抗裂性能易于操作、工期短、见效快。

混凝土膨胀剂具有良好的粘结性能以及耐老化性能等特点,在实际应用中便于操作,在混凝土中掺入后不会发生明显的膨胀现象而影响混凝土强度及整体性,避免了出现裂缝问题或渗漏问题造成工程质量隐患。此外,由于膨胀剂的掺量较少且价格便宜,在工程应用中具有显著的经济优势。

2、膨胀剂掺量对混凝土性能的影响

在工程施工中,混凝土的性能对工程质量影响较大,为保证工程质量,需结合实际情况合理掺入膨胀剂,以满足工程施工需求。从混凝土力学性能方面分析,在不掺膨胀剂的情况下,混凝土的抗压强度较高,且随着膨胀剂掺量的增加,其抗压强度逐渐降低。但从混凝土开裂方面分析,在掺入膨胀剂时混凝土内部存在大量未反应的水化产物,这部分水化产物不仅影响了混凝土的抗压强度和抗渗性能,而且会降低混凝土结构的抗裂性能。

为改善混凝土的抗裂性能,在使用膨胀剂时可适当增加其掺量。从混凝土收缩方面分析,在不掺入膨胀剂的情况下,混凝土收缩程度较大。通过掺入膨胀剂可以有效改善混凝土裂缝问题。从水化热角度分析,在不掺入膨胀剂的情况下,混凝土内部产生大量水化热,导致膨胀剂掺量增加后水化热逐渐降低。而在掺入膨胀剂后砼内热量难以扩散、产生大量的温度梯度,从而降低了砼的有效应力水平。因此在实际工程施工中可以适当提高膨胀剂用量以达到降低水化热效应、增加砼内热量扩散量的目的。

3、膨胀剂在工程中的应用

在混凝土中掺入膨胀剂后,可以有效补偿收缩,因此,在混凝土施工过程中,加入一定量的膨胀剂,可以提高混凝土抗裂性能,使混凝土在凝结硬化的过程中不出现裂缝。目前,常见的混凝土抗裂措施包括:

1)掺入适量膨胀剂。根据相关研究结果表明,膨胀剂掺量越大,其抗裂性能也越好,混凝土抗裂性能的改善程度与膨胀剂掺量之间具有一定的关系。

2)合理的选择养护方式。在实际应用中,要根据混凝土结构和施工条件选择养护方式。如果所采用的养护方式不利于混凝土裂缝问题的解决,将会对结构使用寿命产生不利影响。

3)合理选择混凝土配合比。在实际应用中需要根据工程需求合理选择混凝土配合比,其中膨胀剂种类也会对混凝土抗裂性能产生影响。

4)合理选择外加剂种类。在实际应用中需要根据工程需求对不同种类外加剂进行合理选择。

3.1 材料特性

水泥:普通硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、5%-20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。具有强度高、水化热大,抗冻性好、干缩小,耐磨性较好、抗碳化性较好、耐腐蚀性差、不耐高温的特性。

因此,在实际应用中应结合工程需求选择适宜的膨胀剂类型,以保证其具有良好的性能。并且,随着膨胀剂掺量的不断增加,混凝土体积变化量与混凝土收缩之间也将呈线性关系,且二者之间具有良好的相关性。

粉煤灰:在混凝土中掺入适量的粉煤灰可以降低混凝土收缩程度。但是在掺入粉煤灰后,要适当加大其掺量,才能保证混凝土强度。但掺入适量的粉煤灰会使其后期膨胀率下降。

矿渣粉:在混凝土中掺入一定量的矿渣粉后,可以起到补偿收缩作用。但在实际应用中,要根据工程需求选择适宜的矿渣粉掺量。

高效减水剂:在混凝土中掺入一定量的高效减水剂,可以对水泥水化进行有效抑制。膨胀剂:在实际应用中,可以通过添加一定比例的膨胀剂来提高混凝土抗裂性能。

同时应当注意其与其他外加剂之间存在较好的相容性。另外,由于膨胀剂中存在着较多的活性组分,因此在实际应用时要充分考虑其对混凝土后期收缩与膨胀性能产生影响。碱活性矿物掺合料可以与水泥发生反应,从而减少混凝土水化所需水分。

掺入碱活性矿物掺合料后,可显著提高混凝土早期强度和后期强度。但是掺入碱活性矿物掺合料后会对混凝土强度产生一定影响,因此不适宜用于早期和后期强度较高的项目中。

3.2 技术性能

混凝土膨胀剂在应用时,如果加入量较少,那么混凝土抗裂性的提高程度将会受到限制。因此,在实际应用中,应该对膨胀剂技术性能进行充分了解。一般情况下,所采用的膨胀剂必须与混凝土材料进行充分融合,并严格控制其中的膨胀性与流动性,确保在应用中不会出现裂缝问题。

同时,还需要对膨胀剂的质量进行有效控制,避免因为掺入量较少而导致膨胀剂性能降低。为了有效避免这种情况出现,必须加强对膨胀剂技术性能的控制。例如,在实际应用中应当结合工程特点和施工要求选择合适的膨胀剂。

如果工程环境湿度较大、温差较大等情况下进行施工时,应该使用膨胀剂含量较多的混凝土。在掺入膨胀剂时,应该结合工程实际情况严格控制其掺量。如果所使用的膨胀剂技术性能较好时,应当适当增加掺量以提高混凝土抗裂性。同时要注意避免在低温环境中应用高性能混凝土膨胀剂。

在实际应用过程中还应该加强对混凝土自生体积变形进行有效控制。一般情况下可以通过合理设计和科学施工等方式来实现这一目标。

4、工程实例

某高层建筑结构设计为钢筋混凝土框架剪力墙结构,剪力墙混凝土抗压强度等级为C40,设计强度等级为C55,其中底板和剪力墙两个部位的截面尺寸分别为800mm×800mm、700mm×700mm,底板与剪力墙之间的水平缝尺寸分别为600mm×600mm,两个部位均采用了膨胀剂掺量不低于8%的微膨胀混凝土,两个部位的抗渗等级均为P8。

底板与剪力墙之间的水平缝位置设置了后浇带,待底板浇筑完成后,再浇筑剪力墙和后浇带,由于膨胀剂掺量较少,不满足C30混凝土的设计要求,因此在后浇带位置增设了掺量不低于8%的膨胀剂混凝土。

本工程中底板与剪力墙之间的水平缝采用了止水带代替后浇带止水结构。待底板混凝土浇筑完成后,在止水带位置进行了一次后浇带浇筑。经检测发现,底板混凝土未出现任何质量问题。

4.1 配合比设计

根据设计要求,本工程底板与剪力墙之间的水平缝位置处的混凝土强度等级为C55,底板与剪力墙之间的水平缝位置处的混凝土强度等级为C40。根据本工程混凝土的特性,根据相关标准的要求,本工程采用高性能膨胀剂进行混凝土配合比设计,用EAA代替普通膨胀剂作为高性能膨胀剂。

根据相关数据可以看出当膨胀剂掺量为6%时,掺入EAA可以明显提高混凝土的抗裂能力,从普通混凝土的2级提高到了1级;当膨胀剂掺量为8%时,可以明显提高混凝土的早期抗裂能力、抗冻和抗渗能力;当膨胀剂掺量为9%时,可以明显提高混凝土的抗冲击韧性;当膨胀剂掺量为12%时,可以提高混凝土早期和后期的力学性能、弹性模量和体积稳定性;当膨胀剂掺量为12%时,可以显著提高混凝土中抗渗能力、抗碳化能力、抗冻和抗渗性能。因此本工程采用了膨胀剂12%的掺量来配制高性能膨胀剂混凝土。

4.2 施工控制

在进行混凝土施工过程中,应严格按照施工配合比进行配置,严格控制水灰比;应先浇筑混凝土后再用铁锹和人工进行振捣,以免混凝土中的空气排出;应控制好模板的刚度和强度,避免混凝土浇筑时变形过大;在浇筑过程中应保证混凝土的坍落度,使其符合要求,避免振捣不密实而导致混凝土质量问题;施工过程中应避免混凝土出现离析现象,可通过增加泵送剂含量、改变外加剂的使用方法等方式保证混凝土的和易性;在进行二次振捣时应将其振动密实,避免出现漏振或过振现象,避免混凝土中出现蜂窝、空洞现象,当出现大面积、大体积的裂缝时,可以通过掺加膨胀剂的方式对混凝土进行补偿收缩。

4.3 应用效果

工程中使用的膨胀剂为C80级高强混凝土膨胀剂,掺量为水泥用量的0.4%。其主要技术指标如下:水胶比为0.32,砂率为40.6%,粉煤灰掺量为20%,水泥用量为480万吨。

通过对现场混凝土的性能检测发现:本工程中使用的高性能膨胀剂对混凝土抗裂性能的提升具有显著效果,掺入混凝土后7天的抗压强度可达1.2MPa,28天抗压强度可达3.5MPa,28天抗压强度可达5.8MPa。

在此基础上,进一步考察了不同龄期的膨胀率。通过对实验数据的分析得出如下结论:高性能膨胀剂混凝土28天抗压强度可以达到1.2MPa以上,28天抗压强度可达3.5MPa以上。由于水泥、粉煤灰等材料中含有较多的游离氧化钙和氧化镁等物质,会对混凝土的抗拉性能产生一定影响,因此,在高性能膨胀剂混凝土中添加适量的聚丙烯纤维可以对水泥基体产生较强的约束作用。

另外,研究结果还表明,高性能膨胀剂混凝土中掺加适量微膨胀剂与减水剂可以降低水灰比。综上所述,通过对混凝土抗裂性能和水胶比等因素进行分析得知,掺入高性能膨胀剂可以有效提升混凝土抗裂性能,但在使用过程中要严格控制混凝土施工配合比。另外,还要结合工程实际情况合理选择外加剂种类。

例如:在采用泵送施工工艺时,因为泵送率较高且泵送量较大等原因导致混凝土浇筑过程中很容易出现离析现象,因此需要在施工前添加适量膨胀剂。在实际应用中还需要控制好混凝土水胶比和含碱量等因素的影响,并加强对外加剂质量的控制。

5、结束语

(1)高性能混凝土膨胀剂可以改善混凝土的耐久性和体积稳定性,尤其是在抗裂防渗方面具有突出的优势,不仅能提高混凝土抗裂性、提高工程质量,还能延长混凝土的使用寿命。

(2)在建筑工程中,混凝土膨胀剂可提高结构抗拉强度,降低收缩裂缝风险,提升混凝土后期强度,延长其使用寿命。

(3)在具体工程中应根据工程特点科学选择膨胀剂类型;应注意膨胀剂掺量与配合比设计、环境条件以及施工质量之间的关系;应加强对混凝土膨胀剂掺量与材料配合比设计以及施工质量的控制。

(4)高性能混凝土膨胀剂在建筑工程中得到了广泛应用,在工程实际应用过程中应以强度、抗裂性、耐久性等要求为指导,采取多种措施进行综合调控,保证高性能混凝土膨胀剂在建筑工程中的应用效果。

*资料来源:外加剂网,图片来自网络

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