膨脹劑摻量對(duì)混凝土抗壓性能影響的試驗(yàn)研究

□解 偉 □韓曉典 □李樹山（華北水利水電大學(xué)）

膨脹劑摻量對(duì)混凝土抗壓性能影響的試驗(yàn)研究

□解 偉 □韓曉典 □李樹山（華北水利水電大學(xué)）

通過(guò)高強(qiáng)混凝土抗壓性能試驗(yàn)，分析了膨脹劑摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、軸壓強(qiáng)度的影響，探討了膨脹劑對(duì)混凝土的影響機(jī)理。本次試驗(yàn)主要研究高強(qiáng)混凝土在不同膨脹劑摻量下的抗壓力學(xué)性能，膨脹劑摻量分別為0%，5%，10%，15%，20%。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著膨脹劑摻量的增加，在一定范圍內(nèi)，高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能有所提高；若膨脹劑摻量偏大，則混凝土的力學(xué)性能就會(huì)降低。

膨脹劑;高強(qiáng)混凝土;力學(xué)性能;抗壓強(qiáng)度;軸壓強(qiáng)度

高強(qiáng)混凝土是隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的一種經(jīng)濟(jì)性混凝土，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)工程中，取得了十分顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。其中添加的膨脹劑主要為U E A膨脹劑，它是以硫酸鋁、氧化鋁、硫酸鋁鉀等為主要多種膨脹源。普通混凝土由于收縮開裂，往往會(huì)發(fā)生滲漏，因而降低它的使用功能和耐久性，在普通混凝土中加入一定量的膨脹劑，膨脹性結(jié)晶水化物產(chǎn)生的壓應(yīng)力擠壓水泥水化物鈣礬石等形成微膨脹混凝土，使凝固時(shí)產(chǎn)生的膨脹力密實(shí)膨脹混凝土，改善混凝土變形性能，生成的膨脹性產(chǎn)物填充了混凝土孔隙，提高了混凝土密實(shí)度，在一定范圍內(nèi)對(duì)混凝土的力學(xué)性能有所提高。膨脹劑也顯著改善了混凝土抗裂和防滲性能，在混凝土工程中得到了廣泛應(yīng)用。但對(duì)于添加U E A膨脹劑混凝土的力學(xué)性能研究還相對(duì)較少，缺少膨脹劑摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能影響的系統(tǒng)研究。通過(guò)開展U E A膨脹劑混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究，為高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)和分析提供了試驗(yàn)依據(jù),以促進(jìn)高強(qiáng)混凝土生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展及在工程中的推廣和應(yīng)用。

在水利工程施工中，微膨脹混凝土起著十分重要的作用。它可以充分保證水利工程結(jié)構(gòu)的整體性與耐久性。所以，它的施工務(wù)必要重視。從原材料的選擇與混凝土配合比設(shè)計(jì)，就可相應(yīng)地簡(jiǎn)化溫度控制措施，大大降低混凝土開裂率，加大澆筑的長(zhǎng)度與厚度，從而縮短施工周期。同樣微膨脹混凝土還可在施工環(huán)境中的狹窄和鋼筋密布處起到省時(shí)與保證工程質(zhì)量的目的。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膨脹劑可有效地解決抗?jié)B和不留縫的技術(shù)問(wèn)題。在混凝土拌合物中摻加適量的膨脹劑來(lái)補(bǔ)償其收縮，已成為防止或減小混凝土產(chǎn)生裂縫的有效方法之一。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)用原材料

試驗(yàn)所用焦作中晶水泥有限公司P.O 52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其主要性能指標(biāo)參數(shù)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能指標(biāo)。粗集料由連續(xù)級(jí)配的石灰?guī)r質(zhì)碎石混合，粒徑為5～10m m的碎石占10%，粒徑為5～20m m的碎石占65%，粒徑為20～25m m的碎石占25%。外加劑采用的是U E A膨脹劑。選用焦作地區(qū)所產(chǎn)天然砂，細(xì)度模數(shù)為2.7；試驗(yàn)用水為飲用自來(lái)水；試驗(yàn)選用外加劑為聚羧酸減水劑，適宜摻量為0.6%～2.5%，實(shí)際摻入量是水泥用量的2.3%。

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)S L 352－2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用邊長(zhǎng)為100m m的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，每一組3個(gè)試件；軸壓試驗(yàn)所選用的試塊為150m m×150m m×300m m，每一組3個(gè)試件。上述試件都在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

基本力學(xué)性能試驗(yàn)采用聚羧酸高效減水劑，減水率為20%摻量為水泥含量的2.3%，U E A膨脹劑摻量為0%，5%，10%，15%，20%。具體混凝土配合比設(shè)計(jì)如表1所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以3個(gè)試件測(cè)值的算術(shù)平均值為測(cè)定值。如任一個(gè)測(cè)值與中值的差超過(guò)15%時(shí)，則取中值為測(cè)定值；如有兩個(gè)測(cè)值的差值均超過(guò)上述規(guī)定，則該組試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。由試驗(yàn)得測(cè)定值見表2。

表1 每立方米混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)表

表2 試驗(yàn)測(cè)定值表

2.1 抗壓試驗(yàn)分析

試驗(yàn)中所取得的抗壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2，由于混凝土結(jié)構(gòu)承受壓力荷載的構(gòu)件或物體比較多，研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受壓性能隨外界因素的變化就顯得非常重要了。測(cè)定混凝土抗壓強(qiáng)度是檢驗(yàn)混凝土的強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求，保證結(jié)構(gòu)安全使用的重要方法。

混凝土抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu（以M P a表示）按下公式(1)計(jì)算

式中：P—破壞荷載（N）；A—受壓面積（m m2）。

由表2得到高強(qiáng)混凝土平均抗壓強(qiáng)度的變化曲線，如圖1。

圖1高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度變化曲線圖

根據(jù)圖1得出，高強(qiáng)混凝土的抗壓性能隨著膨脹劑摻量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。7d抗壓強(qiáng)度中，膨脹劑摻量為5%、10%、15%、20%的混凝土的抗壓強(qiáng)度分別是基準(zhǔn)混凝土的102.0%、106.3%、88.5%、77.7%；28d抗壓強(qiáng)度中，膨脹劑摻量為5%、10%、15%、20%的混凝土抗壓強(qiáng)度分別是基準(zhǔn)混凝土的106.3%、107.5%、95.9%、90.3%。由此可見，膨脹劑在抗壓強(qiáng)度性能中的最佳摻量為10%。且高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度減小的趨勢(shì)，在膨脹劑摻量為15%左右達(dá)到最大。

2.2 軸心抗壓試驗(yàn)分析

軸心抗壓試驗(yàn)是指單位面積上能夠承受的壓力，亦指抵抗壓力破壞的能力。測(cè)定混凝土軸心抗壓強(qiáng)度也是檢驗(yàn)混凝土的強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求，保證結(jié)構(gòu)安全使用的方法之一。也為混凝土彈性模量檢測(cè)提供檢測(cè)依據(jù)。

混凝土軸壓強(qiáng)度f(wàn)c(以M P a表示）按公式(2)計(jì)算

式中：P—破壞荷載（N）；A—受壓面積（m m2）。

由表2得到高強(qiáng)混凝土平均軸壓強(qiáng)度的變化曲線，如圖2。

圖2高強(qiáng)混凝土軸壓強(qiáng)度變化曲線圖

根據(jù)圖2得出，高強(qiáng)混凝土的軸壓性能隨著膨脹劑摻量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。7d軸壓強(qiáng)度中，膨脹劑摻量為5%、10%、15%、20%的混凝土軸壓強(qiáng)度分別是基準(zhǔn)混凝土的102.2%、105.7%、89.6%、78.2%；28d軸壓強(qiáng)度中，膨脹劑摻量為5%、10%、15%、20%的混凝土軸壓強(qiáng)度分別是基準(zhǔn)混凝土的104.2%、108.0%、88.2%、86.6%。由此可見，膨脹劑在軸壓強(qiáng)度性能中的最佳摻量為10%。且高強(qiáng)混凝土軸壓強(qiáng)度減小的趨勢(shì)，在膨脹劑摻量為15%左右達(dá)到最大。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)以上兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果及圖表顯示得出，摻入膨脹劑的混凝土其抗壓強(qiáng)度先增加后減小。混凝土在結(jié)構(gòu)中總是處于受約束的狀態(tài)，在限制條件下?lián)饺胍欢康呐蛎泟蓪?duì)混凝土的收縮進(jìn)行等量補(bǔ)償，并具有填充、堵塞毛細(xì)孔縫的作用，膨脹會(huì)使混凝土緊密而提高強(qiáng)度。同樣膨脹劑等量替換水泥，也可減少水泥用量，在一定程度上節(jié)約水泥，降低成本。但當(dāng)膨脹劑摻量過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致膨脹率明顯增加，產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土內(nèi)部的抗拉應(yīng)力，極大降低混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，產(chǎn)生微裂縫，使混凝土強(qiáng)度降低。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合研究結(jié)果可知，隨著膨脹劑摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)，這對(duì)適當(dāng)提高混凝土強(qiáng)度有積極影響；同時(shí)酌情使用膨脹劑對(duì)于大體積混凝土減少水泥用量，減少熱量釋放，防止裂縫，提高密實(shí)度均有很大的積極作用。文章關(guān)于膨脹劑的運(yùn)用對(duì)減少混凝土的使用量有待進(jìn)一步研究。

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解 偉（1959－），男，教授，博士，主要從事水工結(jié)構(gòu)性能研究。

2013-12-05

左英勇）