摘要：通過試驗(yàn)手段闡述粉煤灰、減水劑和膨脹劑三類外摻料分別在大體積混凝土施工中的作用和共同摻入后的試驗(yàn)效果。以此指導(dǎo)“三摻”技術(shù)配置低熱補(bǔ)償收縮混凝土在大體積混凝土的施工應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：粉煤灰；減水劑；膨脹劑；“三摻”技術(shù)；大體積混凝土
中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673—0496(2005)02—0031—03
１引言
隨著我國(guó)城市建設(shè)和大型工礦企業(yè)的發(fā)展，各種采用大體積混凝土的結(jié)構(gòu)形式得到越來越多的應(yīng)用。大體積混凝土由于結(jié)構(gòu)厚、混凝土量大，施工過程中因收縮和溫度變形容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。有效控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是～個(gè)復(fù)雜綜合的系統(tǒng)工程，采用“三摻”技術(shù)配置低熱補(bǔ)償收縮混凝土是適用有效的方法之一。
“三摻”技術(shù)即往混凝土中摻加粉煤灰、減水劑和膨脹劑三類物質(zhì)使之形成低熱補(bǔ)償收縮混凝土，充分利用摻加劑各自的性能優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行相互補(bǔ)充起到有效控制混凝土裂縫的作用。本文通過試驗(yàn)手段來闡述粉煤灰、減水劑和膨脹劑三類外摻料作用和共同摻入后的應(yīng)用效果，以資工程參考。
2 “三摻”技術(shù)在大體積混凝土施工中的作用機(jī)理
粉煤灰是從煤粉爐煙道氣中收集到的粉末，屬人工火山灰質(zhì)材料，顆粒很小，多呈球形(通稱微珠)。摻入混凝土中，它的顆粒形態(tài)具有滾珠效應(yīng)產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，可改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、粘聚性和保水性，并能補(bǔ)充泵送混凝土中顆粒在0．315mm以下的細(xì)集料達(dá)到15％的要求，改善其可泵性。粉煤灰的微集料效應(yīng)產(chǎn)生致密勢(shì)能和火山灰質(zhì)效應(yīng)產(chǎn)生活化勢(shì)能，能提高混凝土的密實(shí)性，且齡期越長(zhǎng)反應(yīng)越完全，混凝土越密實(shí)，強(qiáng)度越高，能提高耐久性和抗?jié)B能力，減少收縮。粉煤灰摻入混凝土還可以有效減少水泥用量，節(jié)省水泥，更重要的是可以使混凝土早期水化熱明顯降低，并有效地降低內(nèi)部溫升。
現(xiàn)高效減水劑主要有以萘磺酸鹽甲醛縮合物為代表的磺化煤焦油系和以三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物為代表的樹脂系兩類，以第一種居多，產(chǎn)品型號(hào)有FDN、NF、UNF等。高效減水劑屬陰離子表面活性劑，在其碳?xì)滏溕虾写罅繕O性基，當(dāng)它吸附在水泥顆粒表面時(shí)，在水泥顆粒周圍形成擴(kuò)散雙電位層，使水泥顆粒相互排斥呈分散狀態(tài)，提高了水泥漿體的流動(dòng)性。緩凝減水劑可減少混凝土單位用水量，滿足稠度要求，提高混凝土的和易性，延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間，降低水化熱。
目前應(yīng)用較多的膨脹劑是以無水硫鋁酸鈣(oA爆)或硫酸鋁(A12(SOI)，)為早期膨脹源，明礬石為中期膨脹源，在混凝土的水化硬化過程中生成較多的結(jié)晶水化物一鈣釩石(3CaO·A1203·3CaSO~·321-120)，使混凝土產(chǎn)生較大的膨脹。加入膨脹劑的混凝土在水泥凝膠和鈣釩石相互促進(jìn)和制約下，使混凝土的膨脹和強(qiáng)度協(xié)調(diào)發(fā)展，其膨脹組分在限制條件下補(bǔ)償混凝土體系的體積收縮并提高密實(shí)性和抗?jié)B性能。
摻加粉煤灰：減水劑、膨脹劑三類物質(zhì)就是針對(duì)大體積混凝土施工對(duì)混凝土的要求，發(fā)揮外摻料各自在混凝土中的作用特點(diǎn)，進(jìn)行相互作用相互補(bǔ)充，改善混凝土的性能，起到低熱補(bǔ)償收縮等作用，更好地滿足大體積混凝土施工要求。
3試驗(yàn)
3．1試驗(yàn)材料
(1)水泥：江南贛南鐵石牌42．5級(jí)普通硅酸鹽水泥。
(2)沙：贛江產(chǎn)河砂，級(jí)配符合Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2．9，表觀密度2630k∥缸，堆積密度1 450k∥l證。
(3)石子：贛南南康產(chǎn)碎石，石子粒徑扣25mm／表觀密度2 800kg柑，堆積密度1 460kg／ITf。
(4)粉煤灰：原狀粉煤灰化學(xué)成分(％)見表1。
表1 粉煤灰化學(xué)成分
(5)膨脹劑：UEA—E型混凝土膨脹劑。
(6)減水劑：FDN4}0緩凝高效減水劑。
3．2試瞼設(shè)計(jì)
按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》基準(zhǔn)配合比計(jì)算進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，在基準(zhǔn)配合比基礎(chǔ)上進(jìn)行摻入緩凝高效減水劑0．5％，用粉煤灰和膨脹劑取代部分水泥。粉煤灰取代量分別為0％、15％、20％、25％，膨脹劑取代量分別為0％、10％、15％、20％。分類配置的混凝土進(jìn)行性能鑒定、強(qiáng)度分析、水化熱分析和變形分析。
3．3試驗(yàn)過程
(1)原則上按照工程施工中實(shí)際操作狀況進(jìn)行混凝土的原材料選擇、配比設(shè)計(jì)、制作、攪拌等。
(2)對(duì)原材料進(jìn)行材質(zhì)檢驗(yàn)：水泥：強(qiáng)度測(cè)定，初凝時(shí)間、終凝時(shí)間確定，安定性檢驗(yàn)。沙子：測(cè)定細(xì)度模數(shù)，表觀密度、堆積密度，含水率等。石子：測(cè)定篩分析，表觀密度、堆積密度，含水率，空隙率等。
(3)每盤混凝土攪拌量取30升，先試拌，檢查拌合物和易性，調(diào)整混凝土用水量等及找出滿足C40混凝土強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的基準(zhǔn)配合比。
(4)在基準(zhǔn)配合比基礎(chǔ)上摻入緩凝高效減水劑，用粉煤灰和膨脹劑不同比例取代部分水泥，分類制作混凝土試塊。
(5)檢查各自混凝土塌落度和塌落度損失及保水性、粘聚性、含氣量、容重和凝結(jié)時(shí)間等。
(6)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期進(jìn)行抗壓試驗(yàn)、水化熱試驗(yàn)、限制膨脹率試驗(yàn)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
4試驗(yàn)結(jié)果分析
4．1新拌混凝土性能分析
拌和混凝土性能見表2。
表2 混凝土和易性
(1)塌落度、粘聚陛和保水性：從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，摻加粉煤灰對(duì)混凝土性能的改善十分明顯，各摻量粉煤灰混凝土的塌落度均大于基準(zhǔn)混凝土。初始塌落度均在200rm左右，混凝土粘聚性良好并且沒有泌水，說明外摻物有效地維持了混凝土的流動(dòng)性、可泵性、粘聚性和保水性。新拌混凝土可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)流動(dòng)性、可泵性、粘聚性和保水性的要求。
(2)塌落度損失：不同配比混凝土其塌落度損失速度不同，抽選兩組結(jié)果如表3。
表3 塌落度損失速度
從表3可看出，在一定摻量范圍，隨著摻入粉煤灰數(shù)量增加混凝土塌落度損失減慢，摻入膨脹劑比不摻膨脹劑塌用。加入外摻料后其塌落度損失l小時(shí)不大：：~40mm，能滿足大體積混凝土泵送的要求。
4．2強(qiáng)度分析
不同摻量粉煤灰和膨脹劑的混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4。
表4 不同摻量下的混凝土強(qiáng)度
從表4可看出，不管是否摻入膨脹劑，隨著粉煤灰的摻量增加混凝土早期強(qiáng)度都在下降，特別當(dāng)摻量超過20％時(shí)，下降幅度較大，但28天強(qiáng)度卻下降較少。摻入粉煤灰后不管是否摻有膨脹劑其28天強(qiáng)度至60天強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度都能超過未摻粉煤灰的28天至60天強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果可知粉煤灰摻量25％早期強(qiáng)度較低，則抗裂度就低，因此摻入粉煤灰量過大會(huì)引起混凝土早期裂縫的出現(xiàn)。而粉煤灰摻量為15％和20％時(shí)強(qiáng)度發(fā)展較好，說明摻入該粉煤灰最佳摻量為15％一20％。因此在大體積混凝土施工中，使用摻入粉煤灰的混凝土宜以60天強(qiáng)度作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。這樣可減少水泥用量，降低水泥水化熱引起的溫升，既可減小混凝土溫度應(yīng)力，又可降低混凝土施工生產(chǎn)成本。
還可看出，當(dāng)粉煤灰摻量相同，摻入10％UEA膨脹劑和未摻膨脹劑相同齡期時(shí)強(qiáng)度值接近，這說明摻人10％UEA膨脹劑后沒有引起強(qiáng)度降低，而摻量在15％～25％時(shí)早期強(qiáng)度下降很快。這說明UEA膨脹劑在同時(shí)滿足補(bǔ)償收縮混凝土性能和混凝土強(qiáng)度良好發(fā)展之間有一個(gè)最佳摻量。
4．3水化熱分析
參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB2022•80)的直接法進(jìn)行水化熱試驗(yàn)，
試驗(yàn)結(jié)果如表5。
對(duì)于大體積混凝土，混凝土凝結(jié)硬化期間水泥水化產(chǎn)生的水化熱不易傳導(dǎo)到外界，這些熱量會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度不斷上升，由于水泥水化熱大部分在水化7天內(nèi)產(chǎn)生，因此，在混凝土澆筑初期其溫度上升較快，在2—3天內(nèi)達(dá)到最高值，而包裹內(nèi)部混凝土的外部混凝土由于與空氣的熱交換，其溫度要比內(nèi)部混凝土低得多，特別是在混凝土澆筑初期，當(dāng)遇到寒流或氣溫顯著變化時(shí)，內(nèi)外溫差將在混凝土表面產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，當(dāng)這部分拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。從表5結(jié)果可看出，隨著摻加粉煤灰數(shù)量的不同，混凝土7天齡期內(nèi)水化熱和基準(zhǔn)配合比混凝土相應(yīng)7天齡期水化熱比值不同，隨粉煤灰摻量的增加，早期水化熱明顯降低，有顯著的降峰效應(yīng)。高效減水劑的緩凝作用和粉煤灰的火山灰效應(yīng)使水化反應(yīng)的減速期和穩(wěn)定期較不摻更長(zhǎng)，這對(duì)混凝土的溫控有利。
4．4變形分析
按照GBJll9-88《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的“膨脹混凝土的膨脹率及干縮率的試驗(yàn)方法”，分別測(cè)量各齡期混凝土塊的限制變形量。表6是混凝土試件水中養(yǎng)護(hù)14天，轉(zhuǎn)空干養(yǎng)護(hù)180天的限制膨脹率。
表6 各齡期混凝土塊的限制膨脹率
從表6可看出混凝土試件膨脹率在水養(yǎng)條件下隨齡期延長(zhǎng)而發(fā)展，7天時(shí)達(dá)到峰值，14天略有下降。180天齡期摻10％、15％、20％膨脹劑混凝土的收縮分別是基準(zhǔn)配合比混凝土的81％、50％、42％，這說明混凝土的補(bǔ)償收縮性能和膨脹劑的摻量有直接關(guān)系。由于膨脹劑的摻人，混凝土產(chǎn)生膨脹，在鋼筋和鄰位約束作用下，膨脹能作功產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，抵消全部或部分限制收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，推遲收縮產(chǎn)生過程，提高抗拉強(qiáng)度。當(dāng)混凝I--~始收縮時(shí)，其抗拉強(qiáng)度已得到增加，可以抵抗收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，起到防止和減少收縮裂縫的出現(xiàn)。
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