膨脹劑不同摻量對自密實混凝土力學性質影響分析

洪 亮

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

收縮是混凝土的固有屬性。收縮性能對混凝土結構的承載能力、應力狀態、應變性能以及耐久性能都有很大影響[1-3]。收縮對于混凝土結構最直觀的危害就是收縮會使約束狀態下的混凝土結構產生裂縫[4-5]。裂縫對于混凝土結構有非常大的傷害。從而研究混凝土收縮對于混凝土結構來說具有非常大的意義。

對于自密實混凝土[6-7]中可能存在不穩定氣泡，而且與普通混凝土相比，高流動度的同時更會帶來較大的干燥收縮比。混凝土膨脹劑[8-10]在補償混凝土的收縮，提高混凝土的密實性、抗滲性、防水性和抗裂性等方面具有較好的作用。

因此，本文利用膨脹劑來補償自密實混凝土收縮，并對膨脹劑不同摻量后的自密實混凝土進行力學性能方面的研究，與普通混凝土對照分析，得出相關結論。

1 材料與方法

本次力學性能試驗對三組不同膨脹劑摻量下的混凝土進行了試驗，具體配合比見表1。

表1 混凝土配合比

三組配合比中，兩組為摻入膨脹劑自密實混凝土的配合比，一組為普通混凝土的配合比。根據配合比，制備出150 mm×150 mm×150 mm的的立方體試件。

本次試驗使用的壓力試驗機為河北三宇試驗機有限公司的電液式壓力試驗機，最大試驗力為0～3000 kN，試驗力準確度為±1%。混凝土收縮應變測量采用千分計，試驗結果均按照混凝土28 d齡期的統計。

抗壓試驗按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》 GB 50082—2009要求，當混凝土強度等級小于C30時，加載速率應控制在0.02～0.05 MPa/s范圍內；當混凝土強度等級在C30～C60時，加載速率應控制在0.05～0.08 MPa/s范圍內；當混凝土強度等級超過C60時，加載速率應控制在0.08～0.10 MPa/s范圍內。

混凝土立方體抗壓強度應按式(1)計算：

(1)

式中:fc u為混凝土立方體試件抗壓強度，MPa；F為試件破壞荷載，N；A為試件承壓面積，mm2。混凝土立方體抗壓強度計算應精確至0.1 MPa。強度值的確定應符合相關標準規定。

2 結果和分析

A、B、C三組混凝土試件抗壓結果如圖1～圖3 所示，試驗過程中觀察到，對于未摻入膨脹劑的普通混凝土試塊A1，A2，A3，如圖1所示，當外力加載時，破壞的形態比較嚴重，主要由于強度不夠，混凝土塊出現較多的貫穿性裂縫；與普通混凝土的收縮量相比，摻入膨脹劑到5%的摻量時的自密實混凝土試塊B1，B2，B3，如圖2所示，當外力加載時，破壞的形態相對減小，裂縫出現部分貫穿性裂縫，部分表面裂縫；與普通混凝土的收縮量相比，摻入膨脹劑到10%的摻量的自密實混凝土試塊C1，C2，C3，如圖3所示，當外力加載時，破壞的形態比較完好，只有表面裂縫。

摻入膨脹劑到混凝土時，隨著膨脹劑摻量的增加，攪拌物的整體狀況相對更好。加載摻入膨脹劑的自密實混凝土試塊時，由于摻入的膨脹劑自由散落在自密實混凝土中，隨著外力的加載，裂縫也隨之產生，膨脹劑多為橫跨裂縫的狀態，在一定程度上起到了阻止裂縫發展的作用，限制了骨料間裂縫沿受力方向的擴展與貫通；當外力繼續加載乃至超過混凝土的極限荷載后，由于膨脹劑的相連作用，延緩了基體中裂縫的失穩擴展，阻止了基體中損傷核的快速擴散，使得基體的變形能力得到提高，在達到最大荷載后才破碎，從而也在一定程度上提高了混凝土的抗壓強度。可見摻入膨脹劑在一定程度上能改善自密實混凝土塊的破壞形態。

圖1 混凝土立方體A組抗壓結果圖

圖2 混凝土立方體B組抗壓結果圖

圖3 混凝土立方體C組抗壓結果圖

圖4為A、B、C三組混凝土試件抗壓強度對比圖，按混凝土力學性能試驗方法標準的有關規定，整理出試驗數據如表2。

圖4 A、B、C三組混凝土試件抗壓強度對比圖

表2 混凝土試件抗壓強度值MPa

根據表2對三組不同膨脹劑摻量下的混凝土的抗壓強度的統計值可以看出膨脹劑的摻量對混凝土強度有很大的影響，試驗結果顯示出以下規律：

(1)在未摻入膨脹劑混凝土的情況下，混凝土的抗壓強度比較低，A1、A2、A3的抗壓強度分別為40.04 MPa，41.55 MPa，42.56 MPa，平均值為41.39 MPa。

(2)在摻入5%膨脹劑自密實混凝土的情況下，自密實混凝土的抗壓強度，B1、B2、B3的抗壓強度分別為45.04 MPa，45.60 MPa，46.73 MPa，平均值為45.79 MPa，相對未摻入膨脹劑混凝土增加10.63%。

(3)在摻入10%膨脹劑自密實混凝土的情況下，自密實混凝土的抗壓強度，C1、C2、C3的抗壓強度分別為52.16 MPa，52.81 MPa，54.12 MPa，平均值為53.03 MPa，相對未摻入膨脹劑混凝土增加28.12%。

由以上三點可以分析出：適當增加膨脹劑可以提高自密實混凝土的抗壓強度，且與摻入量成正比關系。

圖5為A、B、C三組混凝土試件收縮應變對比圖，根據表3對三組摻入膨脹劑的混凝土試件收縮應變統計值可以看出膨脹劑的摻量對混凝土收縮有很大的影響，試驗結果顯示出以下規律：

圖5 A、B、C三組混凝土試件收縮應變對比圖

表3 混凝土試件的28 d收縮應變10-6

(1)在未摻入膨脹劑混凝土的情況下，混凝土的收縮比較低，A1、A2、A3的收縮率分別為836.00×10-6，845.00×10-6，841.00×10-6，平均值為840.67×10-6。

(2)在摻入5%膨脹劑自密實混凝土的情況下，自密實混凝土的收縮，B1、B2、B3的收縮率分別為665.00×10-6，672.00×10-6，675.00×10-6，平均值為670.67×10-6，相對未摻入膨脹劑混凝土的收縮量能夠減小20.22%。

(3)在摻入10%膨脹劑自密實混凝土的情況下，自密實混凝土的收縮，C1、C2、C3的收縮率分別為621.00×10-6，618.00×10-6，625.00×10-6，平均值為621.33×10-6，相對未摻入膨脹劑混凝土的收縮量能夠減小26.09%。

由以上三點可以分析出：膨脹劑能夠對自密實混凝土收縮起抑制作用，隨著摻量的增加，抑制收縮的作用也加強，且與摻入量成正比關系。

綜上，通過對膨脹劑不同摻量的試驗，研究得出膨脹劑能夠對自密實混凝土收縮起抑制作用，隨著摻量的增加，抑制收縮的作用也加強。試驗得出，與普通混凝土的收縮量相比，摻入膨脹劑到5%的摻量時，自密實混凝土的收縮量能夠減小20.22%。與普通混凝土的收縮量相比，當摻入膨脹劑到10%的摻量時，自密實混凝土的收縮量能夠減小26.09%。隨著膨脹劑摻量的增加，自密實混凝土的收縮量減小的效果呈現降低的趨勢。

膨脹劑的摻入能夠提高自密實混凝土的抗壓強度，隨著摻量的增加，抗壓強度也隨之加強。試驗得出，與普通混凝土相比，摻入膨脹劑到5%的摻量時，自密實混凝土的抗壓強度能夠提高10.63%。與普通混凝土相比，當摻入膨脹劑到10%的摻量時，自密實混凝土的抗壓強度能夠提高28.12%。隨著膨脹劑摻量的增加，自密實混凝土的抗壓強度增加的效果呈現降低的趨勢。

由此可見，膨脹劑抑制自密實混凝土收縮在一定程度上提高了混凝土的抗壓強度，但隨著膨脹劑摻量的增加，自密實混凝土的抗壓強度增加的效果呈現降低的趨勢。

3 結 論

(1) 與普通混凝土相比，摻入膨脹劑到5%的摻量時，混凝土的抗壓強度能夠提高10.63%。與普通混凝土相比，當摻入膨脹劑到10%的摻量時，混凝土的抗壓強度能夠提高28.12%。

(2) 與普通混凝土的收縮量相比，摻入膨脹劑到5%的摻量時，自密實混凝土的收縮量能夠減小20.22%。與普通混凝土的收縮量相比，當摻入膨脹劑到10%的摻量時，自密實混凝土的收縮量能夠減小26.09%。

(3) 膨脹劑能夠對自密實混凝土收縮起抑制作用，隨著摻量的增加，抑制收縮的作用也加強。膨脹劑抑制混凝土收縮在一定程度上提高了自密實混凝土的抗壓強度，但隨著膨脹劑摻量的增加，自密實混凝土的抗壓強度增加的效果呈現降低的趨勢。