基于高限制膨脹率要求的高性能混凝土膨脹劑摻量分析

葉光榮, 袁文俊, 謝 東, 胥 悅, 周紅林

(1.中國華西企業股份有限公司第十二建筑工程公司, 四川成都 610081;2.四川信敏綠色新建筑材料科技有限公司, 四川邛崍 610000)

混凝土在硬化過程中均會發生體積收縮，最常見的體積收縮是由于混凝土水分的散失或濕度下降引起的干縮和由于水泥水化熱的散失或混凝土溫度下降引起的冷縮[1]。本工程地下室區域為大體積混凝土區域，底板最大厚度達1.8 m，地下室最大埋深為-12 m。地下室混凝土耐久性尤為重要，直接決定了結構的安全性和地下室的防水效果。為此本工程地下室混凝土設計為高性能混凝土，并通過提高高性能混凝土的14天水中限制膨脹率抵消混凝土在硬化過程中產生的干縮拉應力、溫差應力，防止結構產生有害裂縫。

現行GB 50119-2013《混凝土外加劑應用技術規范》 和JGJ/T 178-2009《補償收縮混凝土應用技術規程》[2]，混凝土一般要求為不小于0.015%，僅后澆帶、膨脹加強、接縫填充處要求為不小于0.025%；為有效抵消混凝土在硬化過程中產生的有害裂縫，保證混凝土的抗裂性和耐久性，本工程設計要求整個地下區域混凝土水中14天限制膨脹率需要滿足不小于0.025%。基于設計要求，本文重點探究如何提高高性能混凝土限制膨脹率，并最終確定最佳膨脹劑類型及摻和量。

1 工程概況

成都市新津區人民醫院項目位于成都市新津區東南區域寶墩鎮仙鶴村十組，工程地下室2層，負2層最大埋深-11 m，地下室面積3.5萬m2，筏板最大厚度為2 m。施工場地為郊區農田，四周開闊平坦，無高大遮擋建筑物，施工紅線西面外側約10 m處有人工泄洪渠，施工紅線東面外側約30 m處有農用灌溉小溪流，周邊水系發達，河渠總多、地下水極其豐富。

本文通過采用控制變量法和實驗對比法，嚴格控制膨脹劑類型及摻和量，并定期測定試塊14天限制膨脹率和限制收縮率，通過數據線性回歸分析，最終確定膨脹劑最佳摻合料。通過本文的實際研究成果可有效提高高效性混凝土的抗裂性、防水性，提高了富含地下水環境下高性能混凝土的耐久和抗滲性能。

2 技術原理

采用控制變量法和實驗對比法探究膨脹劑種類和摻量對混凝土14天水中限制膨脹率和28天空氣限制干縮率的影響。實驗分為3類、4種、4組，每種膨脹劑種類和摻量試塊均為4組，混凝土試塊共計48塊。

控制變量法實驗在高性能混凝土其他組分大體不變的情況下，選用3家優質膨脹劑生產商的膨脹劑做對比實驗；每類型膨脹劑對應設置四組膨脹劑配比分別：6%、7%、8%、9%，每組膨脹劑摻量下設置4組試塊，分別在水中浸泡14天后測定其限制膨脹率，和在空氣放置28天后測定其限制收縮率。最后對所測得的數據進行3點數據回歸分析，最終確定膨脹劑摻和量對限制膨脹率和限制干縮率的影響。

3 實驗過程及數據分析

3.1 原材準備

細骨料：中砂；粗骨料：碎石；水泥:峨勝P·O 42.5 R；外加劑1∶防水劑,規格型號GK-6A；外加劑2∶混凝土膨脹劑, UEA Ⅱ型/UEA Ⅱ型/SL-C Ⅱ型；摻合料1∶粉煤灰,規格型號Ⅱ級；纖維∶聚丙烯纖維,規格型號19 mm；拌合水∶自來水。

3.2 實驗配置

聯合四川信敏商混公司共同實驗，采用優質原材，實驗前預先通過混凝專業土配比軟件對本次高性能混凝土進行預配比(表1)，再通過控制變量法分別摻入不同百分含量的膨脹劑分別：6%、7%、8%、9%。將分別配置3類4種不同膨脹劑混凝土進行對比實驗，并安排專業人員對試塊進行規范養護，達到水中14天和空氣中28天養護齡期進行各分組試塊的限制膨脹率和限制干縮率的檢查，做好數據記錄。

3.3 限制膨脹率和干縮率檢查

進行混凝土的限制膨脹率測試時，需要使用縱向限制器以及標準比長儀，在測試中選用的是 ISOBY-354 標準比長儀(圖1)。

圖1 ISOBY-354 標準比長儀

3.4 數據分析

實驗完成后，對所測得的3類4種48塊試件數據分析，結果見圖2、圖3。圖2的橫坐標為膨脹劑摻量，縱坐標為限制膨脹率，從圖中3點數據分布和修訂回歸線分析可以明顯發現，高性能混凝土14天水中限制膨脹率同膨脹劑摻量為正比函數。其中膨脹劑摻量為8%時，UEA Ⅱ型和SL-C Ⅱ型膨脹劑開始達到本次課題設計要求的不小于0.025%高限制膨脹率要求，對應28天空氣限制干縮率不大于0.03%。

圖2 14天水中限制膨脹率/‰

圖3 28天空氣中限制干縮率/‰

同時也充分的證實了8%時的膨脹劑摻量有效抵消了混凝土在硬化過程中產生的收縮，有效保證了混凝土體積的整體性、抗裂性能。

4 結論分析

(1)本文通過采用控制變量法和回歸函數分析的方法，確定了混凝土水中14天限制膨脹率同膨脹劑的添加量線性幾何關系增長。同時受到膨脹劑材質本身好壞的影響。

(2)摻膨脹劑的混凝土必須進行保濕養護，且養護時間不得少于14天(相關國家、行業標準規范也對此做了規定要求)，否則，混凝土的限制膨脹率將無法得到保障，可能損壞到結構實體的質量[3]。

(3)混凝土公司要嚴格控制膨脹劑的摻量，生產符合要求的膨脹混凝土；施工單位要加強膨脹混凝土的澆筑質量控制，尤其是養護必須符合規范要求，這樣才能更好地保證混凝土的結構質量[4]。

(4)本文通過實驗最終確定了選用SL-C Ⅱ型膨脹劑摻量為8%，既可以有效地達到高限制膨脹率要求(不小于0.025%)，又可以有效地節約造價。高限制提供了一種針對南方露天潮濕環境下開發、試配、生產、施工和保護高耐久。

(5)本文為同類型實驗提供了有效的科學實驗借鑒，為后續工程提供了可靠的數據和實際經驗。同時保障工程工期以及建筑的產品合格率，有著良好的經濟和社會價值。