膨脹劑對(duì)混凝土性能的影響研究

廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院，福建 龍海 363105

0 引言

在傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)中，水泥和粘土制品如磚和加氣混凝土在世界各地的建筑業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是它們的生產(chǎn)能源消耗巨大和排放大量二氧化碳。最近一種新的混凝土引起了人們的注意。在混凝土中加入膨脹劑使得混凝土由于泡沫劑的作用，在體內(nèi)含有大量的氣孔。

輕質(zhì)自密實(shí)混凝土（LWSCC）用于結(jié)構(gòu)和修補(bǔ)應(yīng)用，它結(jié)合了結(jié)構(gòu)自重帶來(lái)的改善工作性和減少死荷載的優(yōu)點(diǎn)。Joseph［1］等評(píng)估了發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）和苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR）膠乳對(duì)重量在1870～2360 kg/m3之間的LWSCC的耐久性相關(guān)性能的耦合影響。水與粘合劑的比例（w/b）進(jìn)行了調(diào)節(jié)，以確保相似的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，盡管密度有所下降，但包括吸附性、腐蝕性和氯離子滲透在內(nèi)的傳輸性能與對(duì)照正常重量的混凝土非常相似，這是由于各種現(xiàn)象的綜合作用，如較低的w/b 使混凝土的微觀結(jié)構(gòu)更加細(xì)化，EPS 顆粒可作為內(nèi)部屏障，SBR 聚合物的存在可形成分散的防滲膜網(wǎng)絡(luò)。SBR 的加入有利于提高復(fù)合板的粘結(jié)強(qiáng)度，尤其是在反復(fù)凍融循環(huán)的情況下。與普通重量的混凝土相比，當(dāng)制備LWSCC 時(shí)，降低w/b 和/或添加SBR 時(shí)，抗化學(xué)侵蝕能力得到改善。

1 膨脹劑對(duì)混凝土性能影響

使用水泥、膨脹石粉、硅灰和泡沫生產(chǎn)泡沫混凝土，利用以蛋白質(zhì)［2］為基礎(chǔ)的發(fā)泡劑來(lái)獲得具有不同濃度的泡沫，水泥含量在356～643kg/m3之間。將泡沫混凝土澆注到尺寸為200mm×200mm×500mm的棱柱和直徑為150mm×300mm的圓柱體模具中，進(jìn)行粘度、新鮮和干燥單位重量、吸水率、超聲、抗壓強(qiáng)度、毛細(xì)作用和導(dǎo)熱性試驗(yàn)，并獲得了掃描電子顯微鏡（SEM）圖像，用于觀察試樣的微觀結(jié)構(gòu)。對(duì)經(jīng)粉磨的膨脹石進(jìn)行掃描電鏡觀察可見，膨脹石的手風(fēng)琴狀結(jié)構(gòu)已消失。在粉末狀中，EVP 的結(jié)構(gòu)為單獨(dú)的葉狀。EVP 的最大葉片尺寸約為25 mm。研究結(jié)果表明，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度為0.4～3.7 MPa、干單位重量為587～1040 kg/m3、導(dǎo)熱系數(shù)為0.059～0.237 W/m·K、孔隙率為70.6%～89.5%。考慮到泡沫濃度和溫度升高的影響，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了討論，也與文獻(xiàn)中的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的比較。含有膨脹石粉的泡沫混凝土在導(dǎo)熱性方面表現(xiàn)出良好的效果。

圖1 膨脹石掃描電子顯微鏡（SEM）圖［2］

圖2 經(jīng)粉磨的膨脹石掃描電子顯微鏡（SEM）圖［2］

氣凝膠是一種多孔材料，導(dǎo)熱系數(shù)低因?yàn)樗目讖胶苄。脷饽z填充的膨脹珍珠巖作為混凝土中的骨料。分別將級(jí)配和非級(jí)配的膨脹珍珠巖填充氣凝膠加入到混凝土中。當(dāng)新材料含量增加時(shí)，混凝土的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)均下降［3］。當(dāng)骨料含量和水膠比相同時(shí)，非級(jí)配材料混凝土的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)均大于級(jí)配材料。采用0.5 和0.7 的水膠比，探討水膠比對(duì)新型混凝土材料性能的影響。體積含量為100%的級(jí)配膨脹珍珠巖填充氣凝膠的混凝土，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.098 W/（m·K），抗壓強(qiáng)度為3.71 MPa［3］。

2 高海拔地區(qū)使用膨脹劑的性能影響

眾所周知，在混凝土中分別加入纖維或膨脹劑可以改善鋼筋混凝土的粘結(jié)性。但是，對(duì)于可能聯(lián)合添加纖維和膨脹劑來(lái)進(jìn)一步改善鋼筋-混凝土的粘結(jié)性的系統(tǒng)研究還很少。在此，設(shè)想在纖維和膨脹劑一起添加的情況下，纖維對(duì)自生膨脹的約束作用將產(chǎn)生主動(dòng)約束應(yīng)力，以提高粘結(jié)力［4］。L.G.Lia［4］等在新的拉拔試驗(yàn)方法，添加鋼纖維（SF）和膨脹劑（EA）對(duì)混凝土中鋼筋粘結(jié)行為的影響。共測(cè)試了72 個(gè)由不同水/粘結(jié)劑比例、SF 含量和EA 含量的混凝土混合料澆筑的混凝土試件。更重要的是，這種聯(lián)合添加將提供協(xié)同效應(yīng)，即在有EA 存在的情況下，添加SF 的好處更大，而在有SF 存在的情況下，添加EA的好處更大。

為了緩解高海拔地區(qū)混凝土路面裂縫，使用含MgO 膨脹劑（MEA）的混凝土制作的連接加固板進(jìn)行了研究。在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試了不同MEA 含量的混凝土混合物，以評(píng)估MEA 對(duì)混凝土力學(xué)性能（抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度）、體積變化和是否存在微裂縫的影響。隨后，在中國(guó)西藏石加子機(jī)場(chǎng)收集了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，包括混凝土板的應(yīng)變和有無(wú)MEA 的混凝土路面中鋼筋的應(yīng)力。結(jié)果表明，添加多邊環(huán)境協(xié)定會(huì)降低混凝土的抗壓強(qiáng)度（最高27%），但當(dāng)多邊環(huán)境協(xié)定含量限制在8%時(shí)，抗折強(qiáng)度略有提高（最高12%）［5］。混凝土的膨脹可以減小橫向裂縫的寬度，使混凝土板像預(yù)應(yīng)力構(gòu)件一樣，從而使路面性能得到改善。

3 結(jié)論

加入膨脹劑的輕質(zhì)混凝土，具有流動(dòng)性好、隔熱隔音、耐火性能好、重量輕等特點(diǎn)。輕質(zhì)混凝土在生產(chǎn)中的骨料和水泥用量也較少，這種高流動(dòng)性混凝土具有改善和易性的優(yōu)點(diǎn)，有助于澆筑擁擠和復(fù)雜形狀的構(gòu)件，并減少結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的荷載。