高效減水劑及膨脹劑復(fù)合作用對大體積混凝土性能及裂縫控制的影響

張 瓊

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)院工程系 安徽 合肥 230601；2.安徽涉外經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院工程系 安徽 合肥 230601)

1.混凝土膨脹劑

在混凝土凝結(jié)硬化的過程中，可以讓混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而使得混凝土的體積膨脹的一種外加劑即是混凝土膨脹劑。澆筑后的混凝土，由于其內(nèi)部水分的不斷蒸發(fā)，會(huì)在混凝土當(dāng)中出現(xiàn)一定程度的收縮，這種收縮的情形在大體積混凝土的施工當(dāng)中尤為常見，由于混凝土自身的延伸性比較弱，收縮就經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致大體積混凝土發(fā)生開裂。為了補(bǔ)償混凝土的收縮，可以適度摻加膨脹劑讓混凝土發(fā)生膨脹，這就是膨脹劑的作用。但混凝土的膨脹劑不是在混凝土配方之外摻加而是等量取代水泥的，為了讓膨脹劑的作用可以更好地發(fā)揮，常常在混凝土中摻加約8%左右的膨脹劑以等量取代水泥。

按照摻入膨脹劑的混凝土水化產(chǎn)物的類型不同，在《混凝土膨脹劑》中將混凝土的膨脹劑分為四種類型：

1.1 硫鋁酸鈣類膨脹劑

這種膨脹劑的膨脹機(jī)理是由于水化的過程中產(chǎn)生出來的硫鋁酸鈣而導(dǎo)致體積膨脹的，水化產(chǎn)物是高硫型水化硫鋁酸 （C3A·3CaSO4·32H2O），由于它與鈣礬石（一種天然礦物）的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成極為相似，所以又稱其為鈣釩石。目前市場上比較多的鈣釩石類膨脹劑有UEA、CSA、EA-L 等。

（1）EA-L膨脹劑，也稱為明礬石膨脹劑。這種膨脹劑的主要礦物成分是硫酸鋁鉀（KAl3(SO4)2(OH)6），其水化反應(yīng)為：2[KAl3(SO4)2(OH)6]+13Ca(OH)2+5CaSO4+78H2O=3(C3A·3CaSO4·32H2O)+2KOH。

（3）UEA膨脹劑。這是應(yīng)用在我國最廣的一種膨脹劑，主要成分由硫鋁酸鈣、石膏、明礬石等組成，所以它由和KAl3(SO4)2(OH)6共同與水水化反應(yīng)，其反應(yīng)式為：

1.2 氧化鈣類膨脹劑

利用氧化鈣與水的作用：（CaO+H2O=Ca(OH)2），使得生成氫氧化鈣時(shí)發(fā)生膨脹，而達(dá)到抵抗收縮的目的。但是，由于氫氧化鈣的防滲性和膠凝性都比較差，膨脹的速度很快，主要在混凝土的澆筑早期完成，目前在我國使用不太多。

1.3 氧化鎂類膨脹劑

氧化鎂類膨脹劑是以含有MgO的MgCO3為原料，與水、水泥拌和在一起水化生成氫氧化鎂，使得混凝土固相體積增大的一類膨脹劑。其化學(xué)反應(yīng)為：MgO+H2O=Mg(OH)2。

1.4 復(fù)合類膨脹劑

這種膨脹劑結(jié)合了硫鋁酸鈣類膨脹劑和氧化鈣類膨脹劑的特點(diǎn)，早期膨脹依靠氫氧化鈣，中后期的膨脹就由鈣釩石來提供。如膨脹劑等。其水化反應(yīng)如下：

2.減水劑

減水劑指的是在保持混凝土的坍落度基本不發(fā)生變化的情況下，摻加在混凝土中可以減少混凝土需水量的一種外加劑。最初是以木質(zhì)素磺酸鹽為代表的普通減水劑，隨著對減水劑研究的不斷深入，涌現(xiàn)出了如萘系、聚羧酸類等高效減水劑等。

3.混凝土膨脹劑與高效緩凝減水劑的復(fù)合作用對大體積混凝土性能及裂縫控制的影響

本文以安慶市某寫字樓的基礎(chǔ)大體積混凝土工程為研究對象，對于高效緩凝減水劑及膨脹劑添加前后的混凝土抗壓強(qiáng)度和坍落度進(jìn)行對比，并對比不同類型、摻量的高效緩凝減水劑及膨脹劑對混凝土抗壓強(qiáng)度及坍落度的影響。試驗(yàn)對于混凝土強(qiáng)度為C50的泵送大體積混凝土摻加不同外加劑情況進(jìn)行比較，其相關(guān)物理力學(xué)性能如下表3.1、3.2 所示：

表3.1 三天抗壓強(qiáng)度對比表

在表3.1中，序號1測試的是未摻加任何外加劑的混凝土性能情況，可以看到三天混凝土的抗壓強(qiáng)度為零，坍落度只有55mm。而對比摻加了外加劑的其它2、3、4、5四種混凝土，它們?nèi)旎炷恋目箟簭?qiáng)度均保持在30Mpa左右，最高的是摻加了UEA-III+PC-1016外加劑的混凝土，三天混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到36.7Mpa，而坍落度也相比較不摻加外加劑的混凝土增加了很多，最高的是使用CAS+QS-8020外加劑的混凝土，澆筑后的混凝土坍落度能夠達(dá)到210mm，可以看到，摻加了外加劑的大體積混凝土的早期抗壓強(qiáng)度可以得到明顯提高，坍落度也相比較不摻加外加劑的混凝土增加了許多，這為泵送混凝土提供了便利。

表3.2 C50混凝土摻不同外加劑的坍落度變化一覽表

表3.2顯示的是摻加不同種類的外加劑后混凝土坍落度的變化情況，可以看到，沒有摻加外加劑的混凝土，在澆筑后的30分鐘以內(nèi)其坍落度就基本回落沒有了，而摻加了外加劑的混凝土，其坍落度均可以在30分鐘內(nèi)保持一定大小，其中坍落度保持最好的是摻加了CAS+QS-8020外加劑的混凝土，30分鐘以內(nèi)僅回落了40mm，60分鐘依然可以保持在140mm，根據(jù)《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，不同泵送高度入泵時(shí)混凝土坍落度應(yīng)滿足表3.3的取值要求：

表3.3 不同泵送高度入泵時(shí)混凝土坍落度選用值

由此可見，摻加了CAS+QS-8020外加劑的混凝土是基本符合泵送混凝土的要求的。

除了試驗(yàn)外加劑的摻加對大體積混凝土性能的影響外，本文還將混凝土分為不摻加外加劑和摻加UEA-III+PC-1016復(fù)合外加劑兩種情況，比對這兩種情況下混凝土的用水量和水泥用量大小，以得出外加劑對裂縫控制作用的結(jié)論。試驗(yàn)以配制 C35的泵送混凝土為例，定義其抗?jié)B等級為S8，坍落度達(dá)到160-180mm，水灰比為0.46，比對這兩種情況下混凝土的用水量和水泥用量如下表3.4所示：

表3.4 外加劑摻加前后混凝土的水泥用量及需水量對照表

通過以上表格可以看到，使用外加劑后，混凝土中水泥用量、需水量分別減少了64Kg/m3、45Kg/m3，以水泥用量每減少10Kg，可降低混凝土內(nèi)部因水泥水化引起溫升大約7.3℃，由此可見，在大體積混凝土中，由于膨脹劑的摻加，減少了水泥的用量，降低水泥水化熱，加上高效減水劑的作用，混凝土的凝結(jié)時(shí)間發(fā)生顯著延緩，提高了大體積混凝土的抗裂性。