外加剂类型对混凝土收缩影响的研究

摘　要:对混凝土用聚羧酸类减水剂、钙矾石类、镁质类膨胀剂作对比试验,研究了外加剂类型对混凝土收缩的影响程度,以促进对混凝土收缩性能的研究,为九华山隧道自防水混凝土材料选择提供依据。

关键词:外加剂,混凝土,裂缝,收缩

中图分类号: TU528. 042 文献标识码:A

文章编号:100926825 (2008) 0720192202

南京九华山隧道工程总投资14. 35 亿元,长2 804. 372 m ,由于隧道建成后处于玄武湖底下,防水成了设计和施工的首要任务。按设计要求隧道主要以自防水为主,因此对混凝土材料、配比及施工提出了很高的要求,经过与专家的探讨和研究,提出了混凝土外加剂使用聚羧酸,成功地解决了隧道自防水问题。

1 　混凝土裂缝概述

混凝土裂缝一直是影响混凝土及其结构耐久性的关键因素,而混凝土的收缩性能则是导致混凝土开裂的重要原因,要成功实现混凝土自防水,首先就要解决混凝土裂缝问题,这里包括混凝土自身的开裂和伸缩缝防水。混凝土早期塑性收缩、干燥收缩及温度收缩都将对混凝土结构稳定性带来挑战。为保证混凝土在工程中的使用性能及耐久性,必须对混凝土的体积稳定性进行深入的研究,并采取有效措施对其加以控制。

2 　试验方案

试验测试仪器采用天津建筑仪器厂生产的YB225 手持式应变仪。

2. 1 　试件尺寸及测头布置方式

试件尺寸分别为100 mm ×100 mm ×400 mm (Mode Ⅰ,Mode Ⅱ) ,及100 mm ×100 mm ×300 mm(Mode Ⅲ) ,铜质测头。

2. 2 　试件养护

1) 1. 5 d 拆模,泡水7 d 后置于恒温恒湿室(20 ℃±2 ℃,RH60 % ±0. 5 %) 待测;

2) 1. 5 d 拆模,直接放置于恒温恒湿室(20 ℃±2 ℃,RH 60 %±0. 5 %) 待测。

2. 3 　基本情况

试验选用聚羧酸系高效减水剂MST 及JM2PCA ;膨胀剂有钙质膨胀剂JM2 Ⅲ及镁质膨胀剂,进行对比试验研究。所用水泥为华新42. 5 普通硅酸盐水泥,骨料为5231. 5 连续及配石灰岩,所用河砂有青砂( M ×= 2. 7 , Ⅱ区) 。收缩试验所用到的配合比如表1所示。

3 　非限制收缩试验( FS 组)

FS 组测头布置方式为Mode Ⅰ,从3 d 开始泡水7 d 取出,放置于恒温恒湿室(20 ℃±2 ℃,RH60 %) 待测。

结果分析:测试结果显示,三组配比下混凝土试件的收缩相差不大,聚羧酸组最小,镁质膨胀剂组次之,而钙质膨胀剂收缩值最大;每组三个试件的收缩值比较接近,数据可靠。钙质膨胀剂早期膨胀效果不如镁质膨胀剂明显。

FS21. 5 组: y = 117. 74ln( ×) - 291. 59 　( R2 = 0. 962 6) 。

FS22. 1 组: y = 137. 21ln( ×) - 344. 12 　( R2 = 0. 933 6) 。

FS23. 1 组: y = 128. 74ln( ×) - 327. 49 　( R2 = 0. 921 1) 。

对试验数据进行二次曲线拟合分析可知:拟合曲线与实验数据相关性较好。需要指出的是,不同拟合函数拟合出的趋势(斜率) 会有所不同,同次试验主要为了比较不同外加剂对混凝土收缩性能的相对影响情况(下同) 。

4 　非限制收缩试验( FE组)

FE 组测头布置方式为Mode Ⅱ,从3 d 开始泡水7 d 取出,放置于恒温恒湿室(20 ℃±2 ℃,RH60 %) 待测。FE 组混凝土自由收缩。

结果分析:测试结果显示,该组试验中各配比的不同试件间收缩值差异很小,不同配比间的差异也不大。胶凝材料用量及水泥用量是该组试验中收缩的主要影响因素。

FE1. 3 组: y = 137. 8ln( ×) - 340. 6 　( R2 = 0. 945 6) 。

FE1. 5 组: y = 140. 94ln( ×) - 348. 17 　( R2 = 0. 903) 。

FE1. 7 组: y = 147. 45ln( ×) - 356. 08 　( R2 = 0. 917) 。

FE2. 1 组: y = 170. 35ln( ×) - 430. 23 　( R2 = 0. 876 1) 。

对试验数据进行二次曲线拟合分析可知:拟合曲线与实验数据相关性较好。

5 　限制收缩试验( CS 组)

测头布置方式为Mode Ⅲ,3 d 时开始泡水7 d 取出,放置于恒温恒湿室(20 ℃±2 ℃,RH60 %) 待测。CS 组混凝土限制收缩。结果分析:测试结果显示, FE2. 1 组收缩最大, FE3. 1 组次之,FE1. 5 组收缩值最小;不同配比的各试件收缩情况基本相同;钙质膨胀剂在早期的膨胀效果并不明显。

CS1. 5 组: y = 119. 89ln( ×) - 330. 8 　( R2 = 0. 952 5) 。

CS2. 1 组: y = 135. 41ln( ×) - 340. 69 　( R2 = 0. 946 5) 。

CS3. 1 组: y = 150. 83ln( ×) - 398. 51 　( R2 = 0. 951 4) 。

对试验数据进行二次曲线拟合分析可知:拟合曲线与实验数据相关性较好。

6 　结语

通过不同外加剂对混凝土早期收缩性能的影响对比试验可知,无论对于自由干缩试件或是限制收缩试件,聚羧酸系高效减水剂的使用都不会对混凝土后期的收缩性能有负面影响,而膨胀剂尤其是Aft 类膨胀剂对后期混凝土性能有潜在的劣化可能性。

最终通过试验对比,选择了聚羧酸外加剂作为九华山隧道混凝土添加剂,实践证明了聚羧酸能很好地抑制混凝土收缩,整个隧道没有出现贯穿裂缝,裂缝宽度控制在设计要求范围内。南京九华山隧道2006 年获得了鲁班奖。

参考文献:

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