摘要:补偿收缩混凝土是近年来针对超长现浇混凝土结构发展起来的一种新的混凝土品种,通过在普通混凝土中掺入一定数量的膨胀剂,水化后产生一定量的体积膨胀,在钢筋和邻位的约束下,在结构中建立0.2MPa～0.8MPa预压应力,这一压应力可抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩拉应力,从而使混凝土不裂不渗,实现混凝土结构的超长无缝施工。这种材料的运用,为施工单位提供了控制房屋质量的有效保证。为此,本文结合一些实践经验,总结了补偿收缩混凝土控制裂缝的原理,并论述了补偿收缩混凝土的具体施工技术。
关键词:补偿收缩混凝土;裂缝;养护
影响混凝土裂缝的因素错综复杂,为解决混凝土裂缝问题,设计、施工、材料等方面都采取了种种措施;但裂缝还是经常产生;虽然细小的裂缝不会对结构的安全性带来严重影响,面且规范中也允许构筑物有一定范围的裂缝,但是,如能控制混凝土不产生裂缝,也会大大提高混凝土工程的耐久性和抗渗漏水或抗腐蚀性介质对钢筋的锈能力。因此,对混凝土的裂缝进行控制日益受到工程界的重视。
一、补偿收缩混凝土控制裂缝的原理
现时市场上的膨胀剂大部分都是硫铝酸盐型膨胀剂, 其膨胀源是钙矾石(C3A.3CaSO4.32H2O)。为配制补偿收缩混凝土。最常用的方法是在混凝土中掺加膨胀剂。掺加膨胀剂配制的补偿收缩混凝土与普通混凝土一样,必须循设计、施工、材料三者紧密结合的方式来解决混凝土的裂缝问题。而认为只要掺加了膨胀剂,就能控制混凝土不产生裂缝的概念是错误的。因为,在设计配筋和施工合理的条件下,衡量补偿收缩混凝土补偿收缩能力的最重要的指标是混凝土的限制膨胀率。在应用中,必须根据采用的水泥、外加剂等原材料情况,以及设计上的配筋分布和配筋率情况、工程部位的约束状态、构件的尺寸、混凝土的标号、施工面积、混凝土的塌落度、是否掺加粉煤灰、膨胀剂的质量等进行合理的抗裂混凝土配合比设计。在设计和试配补偿收缩混凝土配合比时,除对混凝土的强度、抗渗等指标进行检验外,最重要的是进行混凝土限制膨胀率的测试,根据工程不同部位约束的大小,来设计混凝土限制膨胀率的大小,从而确定膨胀剂的合理掺量。
当混凝土膨胀时受到钢筋或其他限制物的限制,钢筋则因混凝土的膨胀而伸长,此时在钢筋中产生拉应力,在混凝土中相应产生压应力,这种压应力能够抵消导致混凝土开裂的全部或部分拉应力,在混凝土中产生0.2MPa～0.8MPa预压应力,能有效地补偿混凝土的干缩和冷缩,从而避免混凝土的开裂。同时,大量的钙矾石晶体填充了混凝土的毛细孔缝,改善了混凝土的孔结构,使毛细孔变细、减小,增加了致密性,显著提高了混凝土的抗裂防渗性能及耐久性和抵抗周围环境介质侵蚀的能力。适用于结构自防水、抗裂防水混凝土和超长混凝土结构的无缝施工等场合。
二、补偿收缩混凝土的配合比设计
在进行补偿收缩混凝土的配合比设计时,除应进行常规的试验外,还应增加对混凝土的限制膨胀率的设计、测试内容。
1、膨胀剂的选择
目前市场上膨胀剂的品种很多,质量存在参差不齐,甚至还存在不合格、假冒、伪劣的产品。在合格的膨胀剂中,产品的性能也不尽相同,其膨胀率的大小存在高低之别。有的膨胀剂虽然膨胀率高,但干空的收缩率很大,存在膨胀与收缩“落差”太大的现象。因而在选择膨胀剂时,必须检验膨胀剂的膨胀率。只有对膨胀剂的质量有了充分的了解,才能选择适宜的膨胀剂。
2、补偿收缩混凝土配合比设计原则
研究表明,在固定膨胀剂掺量的情况下,混凝土的限制膨胀率远小于砂浆的限制膨胀率,而砂浆的限制膨胀率又远小于净浆的限制膨胀率,这是因为影响混凝土的限制膨胀率的因素远多于砂浆净浆,除砂、石、水泥品种、水灰比、砂率等对混凝土的限制膨胀率有影响外,以下因素对混凝土的限制膨胀率起着显著的作用,如膨胀剂的掺量、外加剂、混凝土塌落度、混凝土凝结时间、混凝土标号及每立方米混凝土中水泥的用量、粉煤灰掺量等。
1)、膨胀剂的掺量
有些观点认为,只要掺加了膨胀剂,配制的混凝土就是微膨胀混凝土。这是一个错误的观点。因为膨胀剂掺量不足或膨胀剂的膨胀率偏低时,其所产生的少量的钙矾石晶体仅起填充混凝土的毛细孔的作用,即提高了混凝土的抗渗性,所产生的微膨胀非常小,补偿收缩混凝土收缩的能力远远不够,混凝土剩余的收缩变形远大于混凝土的极限延伸率。只有生成较多的钙矾石晶体产物时,混凝土才会产生良好的微膨胀性。膨胀剂掺量越低,混凝土的限制膨胀率越小。提高膨胀剂的掺量能显著提高馄凝土的膨胀率。因而,应根据所配制的混凝土的限制膨胀率的大小来确定膨胀剂的掺量
2)、外加剂
混凝土外加剂标准中规定,一等品外加剂28天的混凝土收缩率比不大于125%,合格率28天的混凝土收缩率比不大于135%。一般在推荐掺量下,28天掺外加剂的混凝土与空白混凝土的收缩率比在115—129%的范围内。从以上可知,外加剂是增大混凝土收缩的,并且,掺量越大,混疑土的收缩越大。目前,大多数工程采用泵送混凝土施工,外加剂已成为混凝土的第五组分。因而在配制泵送补偿收缩混凝土时,应适当提高膨胀剂的掺量。
3)、混凝土塌落度
混凝土的塌落度越大,在同一膨胀掺量下,混凝土的限制膨胀越小。故采用泵送混凝土时,要配制抗裂性好的补偿收缩混凝土,必须提高膨胀的掺量。
4)、混凝土凝结时间
混凝土的凝结时间太短,水泥的水化反应较快,混凝土的早期收缩现象较大,混凝土的凝结时间太长,膨胀剂的膨胀能大都分消耗在塑性阶段。膨胀剂的混凝土的凝结时间宜控制在l0—20小时的范围内,一般厚度的构件采用下限,大体积混凝土采用上限。
5)、混凝土标号和每方混凝土中的水泥用量
纵观混凝土的裂缝情况,低标号的混凝土开裂较轻,高标号的混凝土开裂较重。混凝土标号越高,每方混凝土中的水泥用量越大,混凝土的收缩越大,因此,必须相应提高膨胀剂的掺量。
6)、粉煤灰
在混凝土中掺加适量的粉煤灰,可明显改善混凝土的和易性,降低大体积混凝土的水化热,控制混凝土的温差收缩应力。但粉煤灰对混凝土干缩率的影响目前还没有统一的观点,有的人认为粉煤灰增大混凝土的干缩率,有的人认为基本无影响。不管粉焊灰是增大还足不影响混凝土的干缩率,它对掺膨胀剂的混凝土的膨胀率是有影响的。在配制补偿收缩混凝土时,必须把粉煤灰的量计入到胶凝材料中,即计算膨胀剂掺量时,应把粉煤灰的量一并加到水泥中计算。否则,混凝土的限制膨胀率明显偏低。
因此,在配制补偿收缩混凝土配合比时,应增加混凝土限制膨胀率的检测项目,对混凝土是否确实具有微膨胀性进行实际检测。只有这样,才能更好地或用补偿收缩混凝土来控制混凝土的裂缝。同时,在进行补偿收缩混凝土配合比设计时,膨胀剂的掺量要根据所要求的限制膨胀率进行确定。
补偿收缩混凝土的养护工作很重要。特别是一些大体积混凝土,掺加膨胀剂后.必须严格控制混凝土的降温速率和混凝土的内外温差,做好养护工作。如果养护不好,补偿收缩混凝土会与普通混凝土一样,也会产生裂缝。水平和混凝土构件采用洒水、覆盖的养护方法均可,但墙体洒水养护不好做,也不好覆盖。为此,可采用延长模板的留置时间、在水平施工缝上浇水的养护方法进行混凝土的养护工作,模板的留置时间一般要求不得低于7天。采用这种养护方式,即能减少混凝土本身的水分的散失速度,又保证了墙体混凝土在早期处于—个相对地较稳定的温度、湿度环境,避免了风速、太阳暴晒等引起混凝土急剧干缩的因素,有效地控制长墙结构混凝土易产生竖向裂缝的现象。