膨脹劑摻量對混凝土限制膨脹率的影響研究

方小利，李云翔等 砼話 2022-08-09 07:00 發表于河南

引言

微膨脹混凝土越來越多的被應用在工程實際中，結構實體的施工質量倍受關注，所以摻入其中的主要原材料膨脹劑的正確使用顯得非常重要，尤其是怎么依據設計的限制膨脹率確定膨脹劑的摻量。現行標準JGJ/T178—2009《補償收縮混凝土應用技術規程》中規定，補償收縮混凝土的限制膨脹率板梁結構≥0.015%，墻體結構≥0.020%，膨脹劑的用量為30～50kg/m³；后澆帶、膨脹加強帶等部位≥0.025%，膨脹劑的用量為40～60kg/m³。該標準僅推薦了一個摻量范圍，使用者必須根據設計要求的限制膨脹率確定一個最佳摻量。因此如何依據設計要求的限制膨脹率來確定膨脹劑的摻量是本次試驗研究主要解決的問題。本文不僅研究了限制膨脹率和摻量的線性關系，而且強調規范的施工養護對膨脹混凝土限制膨脹率的重要性。

膨脹混凝土澆筑后的前14d的保濕養護很重要，因為膨脹結晶體鈣礬石（C₃A·3CaSO₄32H₂O）的生成過程，需要大量的水份。在鈣礬石的生成過程中，如果缺乏足夠的水份，那么其生成數量將大幅度降低，從而影響膨脹混凝土的限制膨脹率，最終可能造成結構質量缺陷或問題。在水中養護14d后，分別測定6%、8%、10%、12%、14%膨脹劑摻量膠砂試件的限制膨脹率，并通過3次重復性試驗后，發現兩者之間存在較好的相關性，二者之間建立的線性函數可以用來確定膨脹劑摻量（計算摻量）。并將研究成果用于實際生產膨脹混凝土過程中，取得了較好的結構質量控制結果。

1 試驗部分

1.1 原材料

水泥：云南宜良紅獅P·O 42.5水泥；礦粉：安寧昆鋼嘉華S75礦粉；膨脹劑：昆明特亞實業有限公司膨脹劑HEA，其性能指標見表1；混合砂：富明恒瑞精機制砂和普通機制砂，按6∶4混合；減水劑：江蘇蘇博特聚羧酸高效減水劑；拌合水：自來水。

1.2 配合比及試驗結果分析

試驗用砂漿配合比及膠砂試件在水中養護14d的限制膨脹率見表2。試驗用14d限制膨脹率數據進行回歸分析，以膨脹劑摻量為自變量x，砂漿限制膨脹率為因變量y，進行相關性的函數回歸，回歸趨勢線和函數如圖1所示。線性函數y=0.0023x+0.0034即為膨脹劑限制膨脹率與摻量之間的函數關系，相關性系數R2= 0.9710，說明二者相關性較好，可按設計要求的限制膨脹率或規范要求的不同結構體設計限制膨脹率值，通過該函數計算出膨脹劑的計算摻量。

2 膨脹劑摻量及膨脹混凝土配合比的確定

2.1 膨脹劑摻量

按圖1確定的限制膨脹率和膨脹劑摻量函數關系，根據JGJ/T 178-2009規定的限制膨脹率，可計算得到膨脹劑的計算摻量，詳見表3。

但是，由于混凝土和砂漿的膨脹收縮存在一定的差異及膨脹劑的質量波動等原因致使實際摻量與計算摻量有可能有出入。所以在確定實際摻量時，需要用混凝土進行試拌驗證，再采取合理的修正，最終得到微膨脹混凝土的膨脹劑摻量，從而確定施工使用配合比。簡單的將計算摻量等同于實際摻量，必將造成不合理的摻量，最終可能出現結構質量事故。因此，重新進行了2次試驗。

某膨脹加強帶混凝土設計限制膨脹率為0.025%，按膨脹率和摻量的線性函數關系式y=0.0023x+0. 0034，可以計算出膨脹劑計算摻量為9.4%。依此摻量進行膨脹混凝土試拌試驗（選用2個不同廠家的膨脹劑，分別為樣品1和樣品2），按GB/ T23439—2017《混凝土膨脹劑》要求測試其限制膨脹率，得出樣品1、樣品2的實際限制膨脹率分別為0.023%、0.028%。樣品1未達到設計要求的限制膨脹率≥0.025，樣品2超過了，原因是混凝土和砂漿膨脹收縮的差異以及膨脹劑的質量波動所致。這種情況下，引入限制膨脹率的修正值，計算見式（1）、（2）。

只要使用的膨脹劑是合格產品，在一定范圍內相同膨脹劑的摻量，限制膨脹率的增加值是不變的。當限制膨脹率實測值為0.023%、0.028%時，膨脹劑的摻量按照式（1）、（2）計算，應分別調整為10.3%、8.6%。

2.2 膨脹混凝土配合比

某工程地下室剪力墻原混凝土強度等級設計為泵送C45混凝土，為減少剪力墻開裂幾率，經相關參建單位研究后確定將原來設計的普通C45混凝土改為C45微膨脹混凝土，配合比計算按普通混凝土C45配合比通過內摻膨脹劑方法計算，膨脹劑選用樣品2，膨脹劑的摻量按上述計算確定為8.6%，具體配合比見表4。

2.3 養護條件對限制膨脹率的影響

自然養護及水中養護這2種養護條件下，對C45微膨脹混凝土的限制膨脹率進行測定，見表5。由表5可知，水中養護試件的7d限制膨脹率為0.012%，14d為0.028%；自然養護的限制膨脹率7d僅為0.001%，14d為-0.027%，14d出現了養護試件收縮情況，而且收縮值較大。由此可見養護條件對膨脹劑限制膨脹率的發展尤為重要，且養護的時間不得少于14d，否則膨脹率將無法保證。

結論

（1）限制膨脹率和摻量存在一定的線性關系為y=0.0023x+0.0034，可以用來確定微膨脹混凝土膨脹劑的計算摻量。

（2）按回歸函數確定的計算摻量應做混凝土限制膨脹率的驗證，根據實測限制膨脹率值對計算摻量進行修正，得到膨脹劑的實際摻量，最終確定微膨脹混凝土的施工配合比。

（3）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14d（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。

（4）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，這樣才能更好的保證混凝土的結構質量。（來源：《混凝土世界》2022.05）