高性能补偿收缩混凝土

高性能补偿收缩混凝土（精选8篇）

高性能补偿收缩混凝土 篇1

1 工程概况

芜湖市为了保护长江水体及城市清洁水源, 朱家桥污水处理厂工程于2004年7月20日开工兴建。本工程由中建七局施工, 安徽水利开发股份有限公司供应预拌混凝土。

该工程主要大型构筑物有初沉池、二沉池、生化池。初沉池为筒体结构, 内径30m, 壁厚0.4m, 底板厚0.6mm, 高4.6m。二沉池外径47.7m, 内径46.8m, 壁板厚0.4m, 底板厚0.6m, 高4.8m。生化池建筑面积3391.67m2, 箱体结构, 高6.8m, 底板厚0.8m, 墙板:底宽0.7m, 顶宽0.5m。补偿收缩混凝土约4万m3, 初沉池、二沉池、生化池底板一次性浇筑方量均在1500m3以上, 壁板一次性浇筑约1000m3。

2 工程特点

由于对结构整体性及防水的要求, 本工程构筑物底板及壁板取消后浇带, 采用超长钢筋混凝土结构无缝施工技术, 利用补偿收缩混凝土性能控制混凝土由于干缩、化学减缩、塑性收缩等各方面原因引起的开裂现象, 抗渗要求高, 因此构筑物抗渗防漏是本工程的难点, 其满水试验合格率必须为100%。

3 补偿混凝土配合比的确定

3.1 设计要求

采用普通硅酸盐水泥, 水泥强度不低于32.5Mpa, 水灰比不大于0.5。

3.2 混凝土性能要求

工作性能:入泵混凝土坍落度120mm～180mm, 初凝8h～10h, 终凝14h～16h;硬化性能:底板、壁板强度等级C25, 加强带强度等级C30, 抗渗等级P6;限制膨胀率:底板≥0.015%, 墙板≥0.02%, 加强带≥0.03%。

3.3 原材料选用

水泥:芜湖海螺P.O32.5水泥;砂:长江中砂, 含泥量小于3%;石子:芜湖本地5mm～31.5mm级配碎石, 含泥量小于1%;粉煤灰:芜湖发电厂Ⅱ级粉煤灰;膨胀剂:北京中岩低碱ZY膨胀剂;减水剂:江都减水剂厂YJ-2W减水剂。

3.4 补偿收缩混凝土配合比的确定

混凝土配合比由安徽水利开发股份有限公司试验室负责试配, 由于设计要求水灰比不大于0.5, 混凝土强度等级及抗渗等级较容易满足, 我公司试验室把限制膨胀率作为最主要的指标进行混凝土配合比试配、调整。确认后的混凝土配合比见表1, 混凝土性能见表2。

4 混凝土的生产

生产过程中, 质量人员严控混凝土原材料及拌和物质量, 随时测定混凝土出机及入泵坍落度。本工程补偿收缩混凝土生产过程中, 拌和物出机坍落度均保持在1 6 0m m～2 0 0 m m, 入泵坍落度均保持在120mm～160mm。

5 混凝土施工

(1) 本工程构筑物采用汽车泵施工。施工前, 七局二公司与我公司人员进行充分沟通, 双方共同制订了浇筑方案, 施工现场由七局二公司统一调度和管理, 我公司技术人员监控现场混凝土质量。 (2) 为确保浇筑连续性, 每次浇筑均用两台37m汽泵完全覆盖浇筑面作业, 从圆形基础底板一点开始同时作业, 沿着直径方向采用“一个坡度、薄层浇筑、循序推进”的连续浇筑方法。 (3) 混凝土浇筑采用插入式振动棒。在上下层混凝土接缝处, 振捣棒应插入下层混凝土5cm。斜面浇筑时, 由低处逐渐向高处移动, 以保证混凝土密实。混凝土初凝前用刮尺刮平, 混凝土终凝前二次抹压, 防止沉缩裂缝出现。 (4) 壁板浇筑按水平面分段分层, 均匀连续对池壁进行分层交圈浇筑, 每层厚30cm～50cm。浇筑高度超过1.5m, 设串筒下料。

6 混凝土养护

底板混凝土终凝后, 中建七局立即安排养护组用塑料薄膜和草袋覆盖, 完全硬化后就进行蓄水养护, 且养护时间均达到14d。壁板混凝土终凝后利用墙顶一周布置的水管不断淋水养护, 根据气温情况2～3d后松动模板螺丝2mm～3mm, 进行淋水养护, 壁板完全拆模后, 把麻袋挂在对销螺栓上, 紧贴壁板表面, 继续淋水养护。

7 补偿收缩混凝土使用效果

我公司留置的试块及工地现场制作的试块抗压强度及限制膨胀率均符合质量要求, 抗渗性能均在P8以上。

我公司和中建七局技术人员从混凝土终凝后到注水试验前不断巡查, 没有发现底板和壁板存在有害裂缝。2005年8月底, 芜湖朱家桥污水处理厂所有池子进行了满水试验, 试验一次性成功, 全部合格, 未出现任何渗水、漏水现象。

2006年12月芜湖朱家桥污水处理厂工程开始投入试运行, 至今没有任何渗水漏水现象。该工程2007获年芜湖市“鸠兹杯”、安徽省“黄山杯”奖, 2007年12月经国家工程建设质量委员会审定, 荣获“国家优质工程银质奖”殊荣。

8 结语

合理的补偿收缩混凝土配合比设计, 规范的使用, 对于超长钢筋混凝土结构工程的施工工期、工程质量、经济效益有着非常重大的意义。

摘要：自20世纪80年代推广使用补偿收缩混凝土至今, 补偿收缩混凝土已广泛应用到地下室结构和超长钢筋混凝土工程无缝施工。随着补偿收缩混凝土的发展, 混凝土裂缝问题得到较好解决, 所以我们必须遵循补偿收缩混凝土的规律, 给补偿收缩混凝土创造必要的条件, 来达到我们的使用目的。现以我参与的工程实例来阐述补偿收缩混凝土的技术应用。

关键词：高性能补偿收缩混凝土,技术,应用

高性能补偿收缩混凝土 篇2

补偿收缩混凝土作为一种特种混凝土近年来在工程中得到广泛地应用。使用补偿收缩混凝土技术可以简化施工,提高施工功效和工程质量,降低工程造价。但是在使用过程中一定要注意应用条件,做到科学合理安全使用,避免不必要的工程质量事故发生。

天津市海河两岸基础设施项目石舫雕塑工程承台长44m,宽13.7m,高1.8m一次性浇筑928m3,属超长无缝大体积结构,混凝土设计等级为C30F150W6。船体长42m,宽12m,高4.62m,剪力墙结构,一次性浇筑575m3,混凝土设计等级为C30F200W6。承台和船体原结构设计有900mm宽厚浇带,因工期要求取消,整体采用补偿收缩混凝土。

二、补偿收缩混凝土简述

补偿收缩混凝土是在混凝土中添加具有抗裂防渗作用的膨胀剂配置而成的混凝土。补偿收缩混凝土通过水泥水化、硬化过程中形成膨胀结晶体水化硫铝酸钙(钙矾石),在约束条件下产生有制约的膨胀,建立0.2MPa-0.7MPa的预压应力,是混凝土的抗压强度和抗拉强度有较大幅度的增长,补偿由于混凝土的收缩而产生的混凝土拉应力,从而起到控制混凝土开裂的目的。

补偿收缩混凝土与普通混凝土的主要区别在于:一是由于钙矾石的填充作用使水泥石中的大孔变小,从而提高了混凝土的抗渗性;二是由于限制膨胀的作用,补偿了混凝土收缩产生的拉应力,从而控制了混凝土开裂。

三、补偿收缩混凝土膨胀剂的选择混凝土配合比设计

第一,膨胀剂的选择。混凝土膨胀剂具有补偿收缩的作用,对结构施工的最大贡献是延长混凝土伸缩间距、增加混凝土抗渗能力、避免出现有害裂缝,保证工程质量。其作用原理是:添加膨胀剂的混凝土在养护期间产生0.2MPa-0.7MPa的自应力值,可大致抵消由于干缩、冷缩等引起的拉应力,并由于在膨胀过程中推迟了混凝土收缩发生的时间,混凝土抗拉强度得到进一步增长,当混凝土开始收缩时,其抗拉强度已可以抵抗收缩应力,从而使混凝土不开裂,达到延长伸缩间距,防止混凝土出现裂缝的效果。

石舫雕塑工程选用中国建筑材料科学研究院研制的HCSA高性能膨胀剂,该种膨胀剂的主要特点是使用范围广,含碱量低,混凝土膨胀发展稳定,膨胀后干缩小,抗裂性能好,混凝土早期强度高且后期强度增进率高等。HCSA高性能膨胀剂生成的硫铝酸盐针状结晶体作为膨胀混凝土的膨胀源,它填充了混凝土的空隙,使之密实,补偿了收缩,建立0.2MPa-0.7MPa的自应力值,使混凝土的抗渗性提高2倍-3倍,以此来提高混凝土抗裂性能,达到缩短工期,确保质量的目的。

第二,配合比设计。在满足设计强度的基础上科学设计补偿收缩混凝土配合比,以达到设计的限制膨胀率为目标,实现化学膨胀抵消收缩,掺加磨细胶凝材料,减少水泥用量,降低水化热,物理上实现减少收缩的作用。

根据石舫工程的特点,并通过试配结果最终确定补偿收缩混凝土限制膨胀率为0.025%-0.1%(水中养护7d≥0.025%,水中养护28d≤0.1%),HCSA掺量为38kg/m3。

各种材料每m3混凝土用量分别为:水泥155kg,细骨料773kg,粗骨料1106kg,水165kg,外加剂6.1kg,粉煤灰80kg,矿粉107Kg,HCSA膨胀剂38kg。

四、混凝土的搅拌运输及浇注

第一,搅拌运输。补偿收缩混凝土的拌制要严格按配合比例投料,及时调整混凝土拌合用水量,严格控制混凝土搅拌时间,确保混凝土拌合物和易性满足冬季施工要求。运输要快装快卸,确保出机温度达到5℃以上,入仓温度控制在10℃以下,以利于混凝土内部温度散失。

第二,浇注。混凝土浇注前及时清除仓内杂物,充分湿润模板。浇注采用一次性整体浇注的施工方式,块体浇注方向从远至进,依次后退。整个浇注过程始终遵循“一个坡度,循序推进,一次到位”的浇注方式,使混凝土暴露面最小,浇筑强度最大,浇注时间最短。混凝土振捣振点均匀布设,并依次振捣密实,在预埋件击穿墙管道处加强振捣,避免振捣不实,造成渗水。浇注完成后,先用长尺刮平浇注面,初步分散水泥浆。表面收干后,用木抹刀搓压三遍,以防止表面裂缝出现(主要是沉降裂缝和塑性裂缝),最后一边抹压以初凝时间为准,用手按压方法控制。

五、补偿收缩混凝土养护

混凝土的养护是保证混凝土质量的重要措施。冬季施工补偿收缩混凝土保湿养护尤为重要,因为膨胀结晶体钙矾石形成需要水,浇注后14d保湿保温养护能够推迟干缩的发生,有利于表层混凝土强度的增长,以及发挥微膨胀剂的补偿收缩作用。为防止温度应力和因失水干缩引起混凝土开裂,在最后一遍抹压完后,立即覆盖塑料薄膜,避免水分散失。

根据混凝土施工规范规定,混凝土内外温差不大于25℃,降温速度不大于1.5℃/d,可以防止温度裂缝和贯穿性裂缝出现。石舫工程混凝土采用暖棚法和综合蓄热发养护。暖棚法即搭设整体暖棚,将全部浇注作业面置于暖棚内,棚内设加温设备取暖。综合蓄热发即在混凝土中添加防冻剂和养护时覆盖棉被等保温材料养护。养护过程中根据测温记录及时调整保温材料覆盖时间和厚度。实测混凝土中心温度峰值发生在第3天,温度最高为40℃,内外温差未超过25℃界限值,从而成功预防了温度裂缝和贯穿裂缝的产生。

六、混凝土的外观和效果

补偿收缩混凝土作为一种特种混凝土,此次在天津市海河两岸基础设施项目石舫结构工程中得到成功应用,并且经过有效地全过程控制,未发生混凝土有害裂缝,混凝土拆模后三维曲面表观良好,完全能够满足景观装饰要求。

高性能补偿收缩混凝土 篇3

关键词：早龄期补偿收缩钢纤维混凝土,冲击荷载,应力-应变曲线,被动围压,压剪破坏

钢管混凝土、桥墩、隧道工程中衬砌混凝土等结构中混凝土受力均表现为三向受力状态[1,2]。约束状态下混凝土材料的动态力学性能与其他形态表现出不同的特征, 混凝土材料受力状态的不同, 将会影响其受力结果, 因此有必要对不同约束状态混凝土进行研究。近年来, 许多学者利用SHPB试验装置和LS-DYNA数值计算软件开展被动围压下水泥砂浆[3—5]、混凝土[6—8]和岩石[9—11]等脆性材料的动态力学性能试验, 研究材料在被动围压状态下动态力学性质, 对比分析有围压与无围压条件下材料响应特征。对于混凝土材料研究主要集中在材料的损伤软化、应变率效应以及应力应变关系等方面, 不同试验方法、试件尺寸、加载方式等对试验结果表现出不同差异。但对于早龄期补偿收缩钢纤维混凝土在被动围压下动态力学性能研究成果鲜见报道。

补偿收缩钢纤维混凝土是一种新型复合混凝土材料。以膨胀剂等量取代部分水泥或采用膨胀水泥, 再掺入适量钢纤维配制而成。可以有效减少混凝土收缩变形产生的裂缝, 可大大提高混凝土的使用性能和耐久性。本文利用直径为74 mm变截面分离式Hopkinson压杆试验装置, 对钢质套筒环向约束状态下早龄期补偿收缩钢纤维混凝土 (shrinkage-compensating steel fiber reinforced concrete, SCS-FRC) 进行不同加载气压冲击压缩试验, 得到试件的轴向应力、径向应力和应变随加载时间的变化趋势, 讨论分析被动围压条件下早龄期SCSFRC动态力学性能特征, 对被动围压状态下混凝土结构的设计提供参考。

1 被动围压SHPB工作原理

利用SHPB实验装置, 加设套管进行混凝土试件的冲击压缩, 被动围压套筒装置如图1所示。制作钢制套管, 将套管固定在透射杆上, 然后将试件放入套管中部, 最后再将入射杆插入套管另一端, 与试件完全接触, 为了保证接触充分, 试件外表面均匀涂抹凡士林。

整个被动围压作用下SHPB工作原理[12]:子弹在气压作用下, 驱动入射杆, 利用入射杆撞击试件, 混凝土试件在高速冲击荷载作用下, 试件被压缩变形, 利用钢制套筒限制试件变形, 从而导致混凝土试件处于三维约束状态。

试验数据由贴在杆上的应变片, 通过瞬态波形存储器记录得出杆上应力波的入射、反射和透射波形以及套筒外壁环向应变的脉冲波形。由入射、反射及透射波形一维应力波理论[13]处理, 可得到试样的准侧限轴向应力-应变曲线。由套筒外壁环向半导体应变片记录的脉冲波形, 可算出套筒外壁环向拉伸应变εj, 利用厚壁圆筒理论可求出套筒内壁压力p以及套筒内壁产生的径向位移U[14]:

式中:Kd为应变片动态灵敏度系数, Rg为应变片电阻, Rc为超动态应变仪标定电阻, ΔUc为标定电压值, ΔUg为脉冲波形采样值;a, b分别为套筒内、外半径;Ej为套筒材料的弹性模量;νj为套筒材料的泊松比。

假定套筒内壁与试件周围紧密接触, 即界面满足力的平衡条件:套筒内壁径向应力与试样外壁的径向应力相等, 套筒内壁的环向应变与试样外壁的环向应变相等, 由此可以求出试样的径向和环向应力和应变情况。

2 被动围压SHPB试验装置及方案设计

2.1 被动围压SHPB试验装置

采用直径为74 mm变截面霍普金森压杆对混凝土试件进行冲击压缩试验时, 将混凝土试件置入钢质套筒中部 (套筒外壁中间位置粘贴环向应变片) , 被动围压钢质套筒、试件与杆件试验装置如图2所示。

实验采用弹性模量为210 GPa的45#钢, 制作成厚度为3 mm、直径75 mm, 长度为120 mm的套筒对混凝土材料试件进行被动围压侧限, 研究混凝土材料被动围压下冲击加载时动态力学性能。本实验以3 mm钢套筒为约束条件, 主要是为获得足够的围压约束力同时保证试件在围压侧限条件一致的情况下进行实验, 有利于实验结果对比分析。

2.2 方案设计

补偿收缩钢纤维混凝土设计配合比 (胶凝材料水∶石子∶砂子) 为1∶0.5∶2.23∶1.73, 其中HSCA膨胀剂掺量为6%, 钢纤维体积掺量为1.0%。冲击试验用试件采用自制非标准模具制备, 试件模具如图3所示。试件尺寸为直径74 mm×高度37 mm的圆柱体, 试件制作完成后按照补偿收缩混凝土养护要求进行养护, 到试验龄期后加工磨平。

试验利用安徽理工大学SHPB实验装置, 撞击杆的长度为600 mm, 入射杆长2 400 mm, 透射杆长为2 000 mm。在三种气压加载强度下0.6 MPa、0.7MPa和0.8 MPa, 对龄期为7 d的SCSFRC材料试件进行围压冲击压缩实验, 每种气压冲击6组试件, 确定数据的准确性。

在冲击加载过程中, 柱体试件沿径向膨胀的变形受到套筒的限制, 这样就实现了试件的被动围压荷载。在套筒外表面中部 (试件所放位置) 粘贴半导体应变片, 应变片的长边与套筒的轴向垂直, 测出的信号和处理数据即是试件在径向的动态响应。主要测试出SCSFRC试件在不同冲击气压条件下试件的轴向应力、径向应力、轴向应变等动态参数及试件破坏特征。

3 SHPB试验结果分析

SCSFRC试件在被动围压条件下SHPB试验中, 根据杆件应变片记录的波形, 如图4所示。由图4 (a) 看出, 入射波上升前沿比较平缓, 上升时间增加明显, 波形呈现近似梯形波, 加载应力波的波形存在一定振荡, 但基本保持直线, 在300μs时入射波达到峰值, 基本符合入射波时间幅度理论值[8]T=2L0/c0 (子弹长度为L0, c0为波速) ;透射波应力幅值较大, 且随加载时间增加而提高, 约占入射应力幅值的50%;反射波应力幅值随加载时间增大而减小, 且有一定振荡;图4 (b) 图为套管外侧半导体应变片记录的波形, 其变化趋势与透射波十分相似, 但符号相反, 可知试件径向应力随轴向应力增加而增大。

从图5 (a) 中可以看出, 被动围压条件下, 随着冲击气压的增大, 7 d龄期SCSFRC试件的轴向应力逐渐增大。轴向应力-时间历程图中, 应力簇主要分为三个阶段, 第一阶段近似为直线, 表明试件刚开始时, 冲击气压作用下, 由于试件刚度, 轴向应力增加明显, 达到峰值点A, 试件慢慢变形增大, 轴向应力梯度增幅不明显, 表明第二阶段试件处于压缩变形阶段, 达到峰值应力B, 第三阶段试件处于破坏阶段, 应力梯度直线下降, 直至试件破坏。

图5 (b) 径向应力-时间历程图可以看出, 初始阶段时, 径向应力基本为零, 表明试件与套管之间存在缝隙所致。另外在不同气压作用下, 套管产生的作用力显著不同的, 用3种冲击气压加载时, 套筒上所测得最大被动围压应力值分别为1.43 MPa、1.73MPa和2.18 MPa。根据式 (1) ~式 (3) 可以得出不同气压下, 套管产生径向位移值分别为3.33 mm、4.03 mm和5.07 mm。与轴向应力-时间历程图对比可以看出, 径向应力峰值达到时间基本都是轴向应力经历第二阶段末, 表明此时混凝土试件压缩已达到最大值, 变形基本完成, 与径向应力达到最大基本吻合。

图6为SCSFRC试件轴向应力簇与应变曲线, 曲线变化趋势总体跟图5 (a) 中轴向应力-时间历程变化相似。OA段轴向应力基本呈现直线, 为弹性变形阶段, AB段为近似直线, 峰值位置有波动, 该阶段为弹塑性阶段, BC阶段为下降斜直线, 试件处于破坏塑性阶段。

随加载冲击气压的增大, SCSFRC试件的轴向应力、应变率和应变等均相应提高。被动围压条件下SHPB试验时, SCSFRC试件加载结束时峰值轴向应力分别为70.18 MPa、76.36 MPa、82.13 MPa, 大约是采用相同加载冲击气压进行无围压SHPB试验时试件单轴动态抗压强度的1.5~1.8倍, SCSFRC试件破坏应变高达 (23~27) ×10-3, 是无围压SHPB试验试件破坏应变的4~6倍。表明SCSFRC试件由于套筒约束产生的被动围压作用, 使试件受力状态变为三向受力状态, 充分发挥钢纤维的握裹力, 提高了补偿收缩钢纤维混凝土试件的延性和承载能力。

图7为SCSFRC试件在被动围压下, 加载后的裂缝分布图, 试件基本没有碎块, 整体性较好, 主要由于钢纤维掺入增强骨料之间握裹力, 在套筒约束下形成被动围压, 试件处于三维应力状态, 试件破坏形态呈现为压剪破坏模式, 与其无围压SHPB冲击压缩试验试件沿四周拉伸剥落式破坏明显不同, 体现了约束条件的差异性。

4 结论

通过套筒施加被动围压, 利用SHPB实验技术分析早龄期SCSFRC的动态力学性能分析, 得出以下结论:

(1) 早龄期SCSFRC轴向应力-应变曲线可以看出, 被动围压条件下试件不再表现脆性材料特性, 而是表现典型的三段线性的弹塑性材料特征, 并且试件塑性段的塑性模量与第一阶段弹性模量基本一致。

(2) 被动围压作用下, 早龄期SCSFRC试件发生破坏时峰值轴向应力分别为70.18 MPa、76.36MPa、82.13 MPa, 是采用相同加载冲击气压进行无围压SHPB试验时试件抗压强度的1.5~1.8倍, 试件破坏应变高达 (23~27) ×10-3, 是无围压SHPB试验试件破坏应变的4~6倍。

高性能补偿收缩混凝土 篇4

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·3Ca SO4·32H2O)。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,必须将设计、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0.2-0.8MPa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。

2 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。

2.1 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。

2.2 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10-20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一个相对较稳定的温度、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。

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,这一预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。

补偿收缩次轻混凝土的研究与应用 篇5

混凝土膨胀剂是在膨胀水泥基础上发展而来的一种混凝土外加剂, 掺入硅酸水泥中可拌制成补偿收缩混凝土, 其主要功能是提高混凝土抗裂防渗性能和耐久性, 是结构承重、防水一体的材料[2];用轻骨料取代或部分取代混凝土中普通砂石配制而成轻骨料混凝土不仅可降低建筑物自重, 而且还兼具保温特性[3]。综合两种混凝土的优点, 可以开发防水、轻型隔热、承重一体化的材料, 对于保证建筑物屋面的使用功能、结构寿命, 同时对于建筑节能节材具有积极意义。

本研究中在混凝土中引入膨胀剂, 使用轻骨料部分替代普通骨料, 通过抗裂防水、轻质保温、泵送等技术紧密结合, 配制了补偿收缩次轻混凝土, 并成功应用于新农村建设屋面工程。

1 试验研究

1.1 试验原材料及试验方法

1.1.1 试验原材料

水泥:河北冀东42.5MPa普硅水泥;

砂子:中砂, 细度模数2.5;

轻骨料:火山岩轻骨料、粉煤灰球形轻骨料、粘土轻骨料;

膨胀剂:硫铝酸钙-氧化钙类Ⅱ型混凝土膨胀剂HCSA, 硫铝酸钙类Ⅰ型膨胀剂UEA;

减水剂:液体萘系高效减水剂, 含固量38%。

1.1.2 试验方法[4]

所用轻骨料预先在水中浸泡24 小时, 搅拌前捞出控水2 小时至面干, 按照相应配合比拌制混凝土拌合料, 混凝土拌和物试验按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行, 混凝土力学性能按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行;混凝土限制膨胀率按照GB50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范》进行。

1.2 补偿收缩次轻混凝土关键材料的研究

1.2.1 膨胀剂

研究中选择了新型双膨胀源膨胀剂HCSA和传统膨胀剂UEA, 对其膨胀特性就行了试验研究, 两种膨胀剂的水中、绝湿膨胀性能见图1。

图1 显示, HCSA水中养护的7d膨胀率接近0.014%, UEA的膨胀率仅为0.03%, HCSA的膨胀能力是UEA的4~5 倍, 同时发现HCSA的膨胀速率更快, 1d为最终膨胀值的60% 左右, 3d达到90%, 进入膨胀稳定期, 而UEA膨胀剂1d仅为40%, 3d为60%。HCSA拥有更高的膨胀能。

图1 中可以看出, HCSA在绝湿情况下具有很大的膨胀率, 其7d限制膨胀率的值约是水中的82%, 而UEA仅为55%, 说明UEA的水化膨胀更依赖后期水分的补给。

研究结果表明, HCSA具有膨胀能高, 膨胀速度快的膨胀特征, 在绝湿条件下, 它能够抢夺原来水泥水化的用水, 从而在早期完成膨胀, 这就使它不过分依赖后期水分的补给;UEA膨胀剂具有膨胀能低, 膨胀稳定期长, 绝湿膨胀低的膨胀特性。

相比较而言, 双膨胀源膨胀剂HCSA更适合于抗裂要求高的屋面场合。

1.2.2 轻骨料

本研究中选取了图2 所示的三种800 级轻骨料:火山岩轻骨料、粉煤灰轻骨料、普通粘土轻骨料。其性能试验结果见表1。

表1 数据显示, 火山岩骨料具有普通骨料相类似的碎石形貌, 具有吸水率低, 筒压强度高、孔隙率低等特点, 使用时无需浸水预处理措施, 适合配制高强轻质混凝土;粉煤灰、粘土陶粒轻骨料吸水率高, 筒压强度低, 孔隙率高, 使用前应做预湿处理, 更适合于配制中低强度的轻骨料混凝土。

正如图1 所示, 无论双膨胀源膨胀剂HCSA和传统膨胀剂UEA都需要相应的养护措施下才能起到较好效果。外部水养护依赖于构件部位 (水平或者竖向) 、厚度以及当时气候条件, 养护效果具有不确定性。而混凝土内养护则不依赖上述条件, 我们希望在混凝土内部设置一些微型“蓄水池”, 在混凝土膨胀或收缩过程中, 不断提供水分, 使其产生适度膨胀或抑制收缩, 产生内养护效应, 轻骨料就是内养护的优选材料之一。用于混凝土内部养护的轻骨料则应选择吸水率较高的粘土质或粉煤灰质轻骨料。

本研究中采用24h吸水率为13.4% 的粘土轻骨料。

1.3 补偿收缩次轻混凝土的研究

采用双膨胀源混凝土膨胀剂HCSA和800 级粘土轻骨料CC800 作为关键材料, 按照不同轻骨料体积取代率取代普通粗骨料, 配制了表2 所示的补偿收缩次轻混凝土, 并对其表观密度、抗压强度、限制膨胀率、收缩率进行了研究。研究结果见表2。

1.3.1 补偿收缩次轻混凝土的密度

补偿收缩次轻混凝土的密度如表2 所示, 依据饱水轻骨料体积掺量的不同, 混凝土密度在1800~2450kg/m3之间。轻骨料对补偿收缩次轻混凝土密度的影响见图3。图中可以看出, 随着轻骨料加入量的增加, 混凝土密度依次降低, 补偿收缩次轻混凝土的密度与轻骨料体积掺量成正比关系。

通过调整轻骨料的体积掺量, 可实现混凝土的轻质化, 为建筑结构带来保温、隔音、抗震等优点。

1.3.2 补偿收缩次轻混凝土的强度

补偿收缩次轻混凝土强度变化见表2、图4。图4显示, 轻骨料对混凝土强度的影响分三个阶段:1) 轻骨料体积掺量在16.7% 以内, 混凝土强度小幅上涨, 强度7d、28d增加6%~8%;2) 轻骨料掺量16.7%~50.0% 时, 强度小幅下降, 强度下降7%~9%;3) 轻骨料掺量超过50%, 强度迅速下降10~16MPa, 降幅30%~40%。

可以认为, 在本试验条件下, 轻骨料体积掺量在16.7%~50.0% 内, 补偿收缩次轻混凝土的强度与普通骨料混凝土的抗压强度可大致持平或略低, 如果保证不降低力学性能, 可趋于安全地选择轻骨料体积掺量在16.7%内。

1.3.3补偿收缩次轻混凝土的变形性能

1) 水中限制膨胀率

限制膨胀率是补偿收缩混凝土最重要的技术指标, 表征混凝土抗裂防水能力。表3 为补偿收缩次轻混凝土水中、空气中的不同龄期限制膨胀率数值。

图5 是补偿收缩次轻混凝土水养14d的限制膨胀率曲线, 饱水轻骨料的掺入提高了混凝土的限制膨胀率, 限制膨胀率与轻骨料掺量呈现“︿”的关系:空白普通骨料混凝土的14d限制膨胀率0.038%, 当饱水轻骨料体积掺量为16.7%、33.3% 和50.0% 时, 限制膨胀率逐渐提高, 分别为0.047%、0.052%、0.053%;随着饱水轻骨料掺量增至66.7%、83.3% 和100% 时, 混凝土限制膨胀率从巅峰下降至0.049%、0.048%、0.048%。

可以认为, 饱水轻骨料体积掺量在33.3%~50.0%之间为饱和掺量, 这些饱水轻骨料在混凝土内部设置若干个微小蓄水池, 就能够在一定时间内显著提高混凝土内部的相对湿度, 为膨胀剂的水化提供水分, 混凝土内部可充分得到养护, 膨胀能得到充分发挥, 对混凝土的抗裂防水会带来事半功倍的效果。

2) 空气中的限制膨胀率

补偿收缩次轻混凝土空气中的限制膨胀率见图6。图6 中显示, 补偿收缩次轻混凝土膨胀与干燥收缩同时进行, 初期膨胀速率大于干缩速率, 变形表现为膨胀, 饱水轻骨料掺量越多, 提供膨胀剂水化用水也越多, 早期的膨胀率就越大, 膨胀延续的时间也越长。其后干燥收缩速率大于膨胀速率, 混凝土开始收缩, 由于掺加饱水轻骨料的混凝土初期产生的限制膨胀率较大, 比不掺的混凝土抗裂性好很多。

2 补偿收缩次轻混凝土的应用

针对新农村建设中屋面造价高、施工难、工序复杂等难题, 我们采用补偿收缩次轻混凝土在云南昆明市五华区新农村建设试点地区进行了工程实践。

工程概况:工程位于云南昆明市五华区西翥办事处陡坡社区, 砖混结构, 屋面面积为196m2, 原设计为C25混凝土屋面板, 防水采用两层高分子防水卷材, 经村民杨某同意, 采用补偿收缩次轻混凝土浇筑屋面板, 实现结构轻质自防水, 取消了附加防水层。

工程施工混凝土配合比见表4。混凝土强度等级为C25, 粘土陶粒掺量为120kg/m3, 为粗骨料体积掺量的21.8%, 膨胀剂掺量为50kg/m3, 为胶凝材料质量的12.2%, 混凝土由云南博盛达建筑工程有限公司富民博胜建材原料厂生产。2013 年4 月12 日施工, 混凝土出厂坍落度220mm, 混凝土出泵坍落度200m, 流动性好、坍落度损失小、不离析、不泌水, 可泵性良好, 养护方式为潮湿养护14d, 施工照片见图7。

效果:28d混凝土强度等级达到设计要求, 混凝土密度为2200kg/m3, 至今屋面未发现裂缝, 经过了三年雨季的检验, 屋面未发现任何渗漏点。

3 结语

1) 膨胀能高, 膨胀速度快、绝湿膨胀性能优越的双膨胀源膨胀剂和吸水率较高的粘土质轻骨料是配制补偿收缩次轻混凝土的关键材料;

2) 本试验条件下, 饱水轻骨料体积掺量在16.67%~50% 范围内, 补偿收缩次轻混凝土具有抗压强度不降低, 抗裂防水能力优异, 同时兼具一定保温隔热功能;

3) 在工程实践中, 补偿收缩次轻混凝土具有良好的施工性能、强度性能、抗裂防水性能, 为社会主义新农村建设提供了技术保证。

摘要：本文对配制补偿收缩次轻混凝土的关键材料、配制技术进行了研究, 配制了抗压强度不降低, 抗裂防水能力优异, 同时兼具一定保温隔热功能的补偿收缩次轻混凝土, 并将该项成果应用于工程实践。

关键词：补偿收缩次轻混凝土,膨胀剂,轻骨料,轻质,强度,膨胀率

参考文献

[1]刘立, 赵顺增等.轻质自防水混凝土的研究[J].混凝土与水泥制品, 2017 (7) :1-5.

[2]游宝坤, 赵顺增.论我国混凝土膨胀剂的发展新方向[J].膨胀剂与膨胀混凝土, 2014 (4) :1-3.

[3]刘立, 赵顺增.轻集料混凝土干燥收缩影响因素及开裂评价方法[J].混凝土与水泥制品, 2009 (4) :1-5

高性能补偿收缩混凝土 篇6

关键词：桥梁工程,补偿收缩,混凝土,收缩,开裂,外掺剂

混凝土结构由于处于不同的约束状态下因收缩引起拉应力,当混凝土的抗拉强度小于该拉应力时,就会引起混凝土开裂。混凝土的收缩与开裂问题已经成为工程实践中极其普遍和严重的问题[1]。目前国内外都尚无专门针对不收缩混凝土所需要的设计标准和技术规范。而由于青林湾大桥所应用的填芯混凝土目的是要实现钢混之间无缝连接,想要实现钢混之间无缝连接,可行的方案就是应用补偿收缩混凝土。

补偿收缩混凝土主要应用于后浇带或无缝设计中,其主要特点是在潮湿条件下能产生适度的体积膨胀,在钢筋和其他约束条件下产生一定的自应力以补偿由于混凝土收缩所产生的拉应力,从而达到补偿收缩、防止开裂和提高抗渗能力的效果。

1 工程概况

宁波青林湾大桥全长1 032 m,分为南、北引桥和主桥三个部分,其中主桥长380 m,南北引桥各长326.0 m。本桥设计为城市快速路,双向八车道。主桥宽47.5 m,引桥宽41.0 m。为避免填芯混凝土开裂,改善承压横隔板受力,塔壁内侧填芯混凝土内设置38束15-7竖向预应力钢束。填芯混凝土设计为C40不收缩钢筋混凝土,要求其混凝土粗骨料粒径为5 m～20 m连续级配(圆孔筛),最大粒径不得大于20 mm。填芯混凝土在T4节段安装完后分五次浇筑,且最后两次的浇筑高度不得大于1.2 m,待填芯混凝土达到设计强度的85%后方可张拉塔内竖向预应力,完成钢混结合段施工。

2 补偿收缩混凝土应用方案

针对本工程的应用实际采用了补偿收缩混凝土的解决方案,考虑到该混凝土作为钢混结合段钢塔内部填充用,在限制膨胀率指标上选用了填充用膨胀混凝土的技术指标。同时补偿收缩混凝土的设计规范中还规定其胶凝材料最少用量不宜小于300 kg/m3,水胶比不宜大于0.5,膨胀剂掺量不宜大于12%,不宜小于6%。而对于填充用膨胀混凝土膨胀剂掺量不宜大于15%,不宜小于10%。在对补偿收缩混凝土确立上述主要技术指标的同时,考虑到钢塔内壁设置有剪力钉以及混凝土内配有钢筋,为保证混凝土能与其紧密结合,本工程还选取了钢筋握裹力以及混凝土对钢筋锈蚀作用两项指标作为附加检验指标。

3 补偿收缩混凝土设计

3.1 外掺剂选用

本工程采用南京派尼尔科技实业有限公司生产的Doublex高抗裂高抗渗复合材料来进行对C40补偿收缩混凝土的配合比设计。Doublex是一种高抗裂高抗渗复合材料。

此复合材料是将微膨胀剂与聚丙烯纤维复合使用,主要用于配制补偿收缩混凝土。Doublex中的微膨胀剂可有效减少混凝土的收缩,尤其可提高混凝土的后期体积稳定性;聚丙烯纤维可改善混凝土的脆性,加强混凝土介质的连续性和均匀性。它们可有效地防止混凝土的开裂,彼此之间互为补充,相互加强,层次抗裂,阶段抗裂。符合裂缝控制“抗”与“放”的原则,是传统的补偿收缩理论与复合材料理论的有机结合。它主要是由硫酸盐微膨胀剂、聚丙烯纤维、保水剂、表面活性剂、增强剂等多种材料复合而成。产品具有微膨胀剂和纤维的共同优点,可显著提高混凝土的抗裂防渗性能。其主要性能:混凝土收缩裂缝可基本消除,抗渗性能提高150%～200%,混凝土硬化时可产生微量膨胀,抵消了混凝土的收缩变形,水中7 d限制膨胀率更是符合美国试验协会ASTMC878标准,对钢筋无锈蚀。它具有如下特点:1)从物理和化学两方面提高混凝土的抗裂能力,为混凝土提供双重保护;2)微膨胀剂主要在混凝土硬化过程发生作用,而聚丙烯纤维则主要在混凝土塑性阶段发生作用;3)具备三重防水机理,故而比单一的组分具有更高的抗渗防水能力;4)其独有的保水组分可在水化初期将水分保留在混凝土中防止水分蒸发,随着水化的进行,又将水分释放,提供钙矾石所需要的大量水分,从而可改善养护条件,缓解传统膨胀剂蓄水养护的苛刻要求。

3.2 原材料与试验方法

3.2.1 试验原材料

所用试验原材料取用商品混凝土原材料。水泥:浙江三狮P.O42.5硅酸盐水泥;粉煤灰:宁波北仑Ⅱ级磨细低钙粉煤灰;砂:闽江中砂,细度模数2.55;石子:宁波歧阳石灰岩碎石,5 mm～20 mm连续级配,级配合格;减水剂:宁波斯特罗ST-302萘系减水剂;复合外加剂:南京派尼尔科技实业有限公司Doublex高抗裂、高抗渗复合材料(基本型)。

3.2.2 主要试验方法

该工程设计混凝土强度等级为C40,选用DoublexTM高抗裂、高抗渗复合材料,根据GB 50119-2003混凝土外加剂应用技术规范掺量要求及厂家提供的最佳掺量。确定DoublexTM掺量为胶凝材料用量的12%,考虑Doublex半量取代水泥,结合C40普通混凝土配合比及设计掺DoublexTM的混凝土配合比见表1,表2。

3.2.3 试验结果与分析

1)混凝土工作性能。

从表2可以看出,掺Doublex混凝土的坍落度损失较大,为了满足工作性能,提高了外加剂掺量以适合现场泵送施工要求,Doublex混凝土泌水率为0,相对压力泌水率为26%,满足JGJ/T 10-1995混凝土泵送施工技术规程中对泵送混凝土相对压力泌水率的要求(≤40%),可防止钢塔填芯混凝土施工时泌水、离析现象的发生。

2)混凝土力学性能。

从表3可以看出,Doublex混凝土具有良好的力学性能,其抗压强度明显高于普通混凝土,完全满足钢塔填芯混凝土的设计要求。

3)混凝土补偿收缩性能。

由表4的试验数据可以看出,Doublex混凝土的各龄期均具有较高的限制膨胀率,具有明显的抗收缩性能,完全能满足钢塔填芯混凝土的技术要求,达到补偿收缩的目的,可防止填芯混凝土与钢塔壁产生裂缝。

4)钢筋握裹力。

由表5可知,Doublex混凝土的钢筋握裹力远优于普通混凝土,提高率达到100%。可保证填芯混凝土与钢塔壁剪力钉及钢筋之间良好的粘结作用,使钢混结合段满足要求。

5)钢筋锈蚀作用。

根据GB 8076-1997混凝土外加剂对该补偿收缩混凝土中钢筋的锈蚀作用进行了相关试验,试验结果表明其满足规范要求。

通过以上试验,其试验验证结果如表6所示。

4 结语

高性能补偿收缩混凝土 篇7

长春南部都市经济技术开发区中央商务区地下空间工程开发用地范围成十字形, 东西方向最大长度为364m, 最小长度为97.46m;南北方向最大长度为342.9m, 最小长度为52.8m, 属大型超长结构。人民大街南端与规划光明路十字路口的人民大街高速段内。

本工程设计范围包含地铁1号线中央商务区站, 人民大街下穿道、远期地铁6号线部分车站区间结构以及环岛内的地下商业开发。地下空间开发为三层结构, 1号线和6号线在平面上呈“T”型换乘, 地铁1号线车站全长342.9m, 一期建筑面积为144493m2。本站采用明挖顺筑法施工, 采用桩基与筏板相结合基础, 底板厚度为1m, 中板0.4m、0.7m, 墙板为0.75m, 全部为现浇混凝土。总混凝土方量约为30万m3。

2 补偿收缩混凝土应用背景

为克服混凝土收缩引起开裂, 传统解决方法是后浇带将整个结构采用分开成若干块, 先将带外的混凝土浇注完成, 待混凝土收缩完成后再对后浇带进行填充, 待施做完中心岛进行外围土方开挖时, 需楼板处混凝土养护28d后方可进行钢支撑架设, 工期滞后, 这种方法混凝土整体性和耐久性差, 隐患多, 施工工艺繁琐, 施工工期长 (工期紧) , 综合成本高。

根据测算采用膨胀剂配制补偿收缩混凝土应用于本项目, 如果按传统的设计方案, 该工程会留出多条后浇带施工, 后浇带的施做影响工期70d左右, 而且后浇带的凿毛、清理、灌缝非常麻烦, 质量难以保证, 极易发生渗漏, 据统计80%以上渗漏出于后浇缝。采用微膨胀补偿收缩混凝土可以减少或取消后浇带 (有沉降功能后浇缝除外) , 超长施工, 可减少后浇缝带来的隐患, 在确保质量的前提下, 简化设计施工提高混凝土的整体性, 大大加快施工速度。

3 结构、配合比及膨胀剂参数

见表2、表3、表4。

*参数:强度等级:C40 P10;水胶比:0.31;水灰比:0.38;砂率:34%*说明:依据GB/T50082-2009, 改配比抗渗性能符合要求。膨胀率水中14d 0.028%, 空气中28d-0.017%。外加剂 (1) 为高性能减水剂, (2) 为BM膨胀剂。

*参数:强度等级:C45 P10;水胶比:0.30;水灰比:0.36;砂率:35%*说明:依据GB/T50082-2009, 改配比抗渗性能符合要求。膨胀率水中14d 0.032%, 空气中28d-0.014%。外加剂 (1) 为高性能减水剂, (2) 为BM膨胀剂。

4 施工布署

本站主体结构为现浇钢筋混凝土地下三层结构, 总体以先中心岛后周圈主体结构施工的施工步骤将一区中心岛区域划分25个流水段, 二区外围区域划分28个流水段进行施工。混凝土浇筑采用膨胀加强带施工, 中心岛区域共分25个流水段作业共计13条, 南北向的纵向设置一条通长膨胀加强带共计304m, 中心区域 (纵向) 2条101m膨胀加强带, 东西侧的横向设置10条膨胀加强带, 最长140m, 最短62m;周圈区域共分28个流水段共计28条, 膨胀加强带长度16.5至21m。膨胀加强带总长度16500m。详见主体结构施工区段划分即膨胀加强带设置见图1。

5 补偿收缩混凝土 (微膨胀) 工作原理

在普通水泥混凝土中适量掺加混凝土膨胀剂与水泥中组分发生反应而生成钙矾石, 把混凝土中的一部分自由水变成结晶水[1], 固体形式赋存于混凝土中并使其产生1.5~2.5/万的限制膨胀率, 产生自应力, 这一膨胀率可大致抵消由于混凝土内外温差15~25℃所产生的收缩, 同时配合一些掺合料和缓凝型减水剂延迟水化热放热时间等措施施工, 从而提高混凝土工程抗裂性和不透水性[2];采取补偿收缩混凝土 (微膨胀) 的基础上, 利用混凝土中膨胀能的变化, 通过设置膨胀加强带方法可连续或间歇浇注混凝土, 达到无缝施工的目的。

1) 混凝土施工准备

为了确保浇筑连续进行, 对每次浇灌混凝土的用量计算准确, 对所有机具进行检查和试运转, 对备品备件和现场发电机有专人管理和值班, 保证人力、机械、材料均能满足浇筑速度的要求。

对模板及其支架进行检查。应确保尺寸正确, 强度、刚度、稳定性及严密性均满足要求。对模板内杂物应进行清除, 在浇筑前同时应对木模板浇水, 以免木模板吸收混凝土中的水分。模板工程应经监理验收合格。

2) 混凝土运输

泵送要连续进行, 如输送泵发生故障, 立即改用备用输送泵运输, 保证浇筑不停止。输送泵间歇超过45min要立刻拆管, 用水冲冼管内残留混凝土。输送过程中泵的受料斗内要有足够的混凝土, 保证混凝土能淹盖输送孔, 防止吸入空气产生阻塞。

运输过程中的温度控制

本工程主体结构构件尺寸较大, 充分考虑到了浇灌混凝土时因构件内外温差较大而带来的不利影响, 并采取相应措施降低水化热升温、降低混凝土温度:

(1) 混凝土配料中掺加粉煤灰以减少水泥用量和降低水化热。通过掺加粉煤灰可以减少水泥用量15%~20%, 是降低水化热升温使底板顺利施工最有效的安全保障。

(2) 混凝土配料中使用高效外加剂。连同粉煤灰的使用, 可使每立方米混凝土的水泥用量有效降低。

(3) 在混凝土运输工序中, 应控制混凝土运至浇筑地点后, 不离析、不分层、组成成分不发生变化, 并能保证施工所必须的坍落度以及和易性、粘聚性、保水性等。

3) 混凝土浇筑

(1) 混凝土浇筑理论计算

混凝土泵的实际平均输出量, 可根据混凝土泵的最大输出量、配管情况和作业效率, 按下式计算:

式中:Q1—每台混凝土泵的实际平均输出量 (m3/h) ;

Qmax—每台混凝土泵的最大输出量 (m3/h) ;

α—配管条件系数, 可取0.8~0.9;

η—作业效率, 根据混凝土搅拌运输车向混凝土泵供料的间断时间、拆装混凝土输出管和布料停歇等情况, 可取0.5~0.7。

根据现场实际情况预估同时浇筑最大量, 需要四台泵车, 计算每台泵车的每台混凝土泵的实际平均输出量 (m3/h) :

拟定泵车型号HBT90.13.130RS, 最大输出量88m3/h

平均输出量55.44 (m3/h)

商混罐车理论运输车辆计算, 当混凝土泵连续作业时, 每台混凝土泵所需配备的混凝土搅拌运输车台数, 可按下式计算:

式中:N—混凝土搅拌运输车台数 (台) ;

Q1—每台混凝土泵的实际平均输出量 (m3/h) ;

V—每台混凝土搅拌运输车的容量 (m3) ;

S—混凝土搅拌运输车平均行车速度 (km/h) ;

L—混凝土搅拌运输车往返距离 (km) ;

Tt—每台混凝土搅拌运输车总计停歇时间 (h) 。/往返时间 (80分钟) 浇筑时间13min。

拟定混凝土车辆:

(2) 测温点的布置与监测

混凝土浇筑时, 在中间部位及边缘预留测温孔, 检查水泥凝结过程中的水化热及散热情况。测温孔根据测温平面布置图埋设, 每流水段共设置9个测温孔。每个测温孔埋设3根PVC塑料管, 底部封死, 间距各为100mm呈三角形布置的一组测温管, 底板测温管深度为上、中、下布置;测温孔上端内塞满棉丝, 测温前在预留孔内灌满水, 温度计在孔中测温时间不少于3min, 读数与混凝土表面温差不得大于25℃, 避免产生温度应力裂缝, 如温差大于25℃时, 做好混凝土养护工作。在混凝土温度上升阶段 (前3d) 每2-4h测一次, 温度下降阶段 (4~7d) 每4h测一次, 后一周每6h测一次, 同时测大气温度, 做好测温记录。

(3) 混凝土浇筑采用平行分层法浇筑施工

混凝土浇筑顺序:先浇筑梁底再浇筑板位置由一个方向平行分层浇筑, 每层厚度为300-500mm。大体积混凝土浇筑面应及时进行二次抹压处理。混凝土振捣采用插入式振捣器, 做到快插慢拔。振捣上层混凝土时应插入下层混凝土面5cm, 以消除两层间的接缝, 层间最长的间歇时间不应大于混凝土的初凝时间, 在振捣过程中将振捣棒上下略微抽动, 以使上下振捣均匀, 每插点要掌握好振捣时间, 过短不宜振实, 过长可能引起混凝土的离析, 振捣保持在20-30S之间, 高频不少于10s, 应视混凝土表面呈水平不再显著下沉, 不再出现气泡, 表面泛出灰浆为准, 混凝土浇筑过程中, 专人检查钢筋、模板、钢边止水带、收口网等部位, 如果偏移及时上报, 及时处理调整, 严禁不经处理继续浇筑。

(4) 混凝土表面压实

混凝土浇筑完毕、表面泌水已处理, 经刮杠刮平后用木模压实, 二次振捣用振捣棒滚动振捣, 表面用木抹压实, 收面过程使用木跳板。

(5) 混凝土的养护

混凝土强度达到75%时方可进行梁模板拆底工作;平均气温连续5d稳定低于5。C即进入冬期施工, 构件拆模时间应延迟至7d以上, 表层不得直接洒水, 采用塑料薄膜保水, 薄膜上部再覆盖双层保温被保温。

6 补偿收缩混凝土应力计算及膨胀带做法

限制膨胀率宜适当增大:

强度大于等于C50的混凝土, 限制膨胀率宜提高一个等级;

结构总长度大于120m;

1) 从收缩应力角度对超长无缝施工裂渗控制进行分析

整体式基础, 箱形基础的底板, 车间混凝土的地面等, 其特点是厚度 (或高度) H远小于长宽尺寸L, 当H/L≤0.2时, 板在温度收缩变形作用下, 离开端部区域, 板的全截面受拉应力较均匀。在地基约束下, 将出现水平法向应力σx。从工程实践可知, σx是设计主要控制应力, 是引起垂直裂缝的主要应力, 其最大值σmax出现在板截面的中点X=0处, 详见图2长墙或底板的主要应力图。

当σmax超过混凝土的抗拉强度 (Rt) , 板中部出现第一条垂直裂缝;开裂后, 每块板的水平应力重新分布, 最大应力σx’出现在每块板的中部, 当σx’>Rt, 又形成第二批裂缝, 详见图3应力与裂缝的分布示意图。这种裂缝的有序排列经常在工程中见到。为防止这种有序裂缝的出现, 工程中靠设置后浇带来释放收缩应力。这是控制裂缝的主要措施之一。

从以下法向应力公式可见:

其中, Cx-水平阻力, H-板厚, E-混凝土弹性模量

后浇缝只在较短的间距 (L) 范围对消减收缩应力 (σmax) 起显著作用, 超过一定长度, 即使设后浇带也没有意义。按理论计算, 消减σmax的有效间距为20~60m。

下面谈到的膨胀加强带间距一般应设在此范围内。

研究表明, 补偿收缩混凝土 (微膨胀) 在硬化过程中产生膨胀作用, 在钢筋或邻位约束下, 钢筋受拉, 而混凝土受压, 当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时, 则有:

而配筋率μ=As/ (Ac+As) , ∴As/Ac=μ/ (1-μ)

式中, σc-混凝土预压应力 (MPa) , Ac-混凝土截面积

σs-钢筋拉应力 (MPa)

As-钢筋截面积

Es-钢筋弹性模量 (MPa)

μ-配筋率 (%)

ε2混凝土的限制膨胀率

(即钢筋伸长率) %

从上式可见, σc与ε2成正比关系, 而限制膨胀率随膨胀剂的掺量增加而增加, 所以, 我们可以通过调整膨胀剂的掺量, 可使混凝土获得不同的预压应力。根据水平法向应力曲线, 我们设想在σmax处给予较大的膨胀应力σc, 而在两侧给予较小的膨胀应力, 详见图4膨胀应力σc补偿收缩应力σmax示意图, 以便结构的收缩应力得到大小适宜的补偿, 从而控制有序裂缝的出现。

在工程中, 如何实现上图的收缩补偿应力曲线呢?参考图5的示意图。

在收缩应力集中的σmax处, 设膨胀加强带, 其宽度2m, 带两侧架设密孔铁丝网, 目的是为防止两侧混凝土流入加强带;施工时优先采用间歇式膨胀加强带[3]。

2) 膨胀加强带具体做法

采用补偿收缩混凝土 (微膨胀) 后, 膨胀加强带的示意图, 结合整个结构的施工区域划分。膨胀加强带设置位置一般为原后浇带位置, 带与带或带与边缘距离应在30~40m之间。墙 (顶) 板膨胀加强带位置与底板加强带位置相对应。

(1) 本工程底板、中板、顶板采用间歇式膨胀加强带, 带宽2000mm, 在膨胀带两侧设置一层孔径5mm×5mm的钢丝网, 并于100mm设一根竖向16mm的钢筋予以加固, 其上下均留出不小于2.5cm混凝土保护层, 钢丝与钢丝网、上下水平钢筋及竖向加固筋须绑扎或焊接牢固。

1-C40补偿收缩混凝土;2-施工缝 (收缩网) ;3-钢边止水带;4-膨胀加强带混凝土C45

(2) 带内增设水平温度钢筋 (顶、底板采用28@300;中楼板采用16@300) , 均匀布置在上下层 (或内外层) 钢筋上, 水平温度钢筋垂直于膨胀加强带长度方向进行分布, 两端各伸出膨胀加强带2.0m, 并固定在内侧钢筋上。

(3) 板内采用C40微膨胀混凝土, 带内采用C45膨胀混凝土。

3) 计算结果

采用微膨胀补偿收缩混凝土的收缩拉应力不会超过混凝土的极限拉伸值, 最终可以连续超长施工, 得到很好的抗裂、抗渗性能。

摘要：本文介绍了微膨胀补偿收缩混凝土在长春中央商务区地下空间工程的技术应用, 通过在普通水泥混凝土中适量掺加混凝土膨胀剂, 通过水化作用产生限制膨胀率抵消部分混凝土所产生的收缩, 其膨胀晶体随着水化作用不断填充混凝土空隙, 提高了混凝土自身抗渗能力, 其膨胀作用在结构的限制钢筋等临位限制条件下建立自应力, 大大提高了混凝土自身的抗裂能力, 利用混凝土中膨胀能的变化, 通过设置膨胀加强带可连续或间歇浇注混凝土, 取代后浇带施工, 加快施工进度。

关键词：膨胀剂,抗裂,抗渗,连续浇筑,膨胀加强带

参考文献

[1]谭健全, 林梓腾.微膨涨-补偿收缩混凝土在大面积地下室底板中的应用[J].广东土木与建筑.2004, (3) :29.

[2]许多涛.膨胀加强带在超长防水混凝土结构连续无缝施工中的应用[J].中华民居.2014, (9) :343.

高性能补偿收缩混凝土 篇8

混凝土结构的使用与钢、木和砌体结构相比, 由于它在物理力学性能及材料来源等方面有许多优点, 所以发展速度很快[1]。但由于普通混凝土是一种多孔性的脆性材料, 抗拉强度远远小于抗压强度且在凝结硬化过程中由于混凝土的收缩 (干缩或冷缩) 常导致裂缝的产生, 在防水部位由于裂纹的存在使水的渗入成为可能。在喷射混凝土施工中, 裂缝和渗水时有发生, 这不仅增加了成本, 也延长了工期, 经济效益和社会效益都受到很大的影响。补偿收缩混凝土是近年来抗渗防裂工程中用的比较多的一种材料, 考虑在喷射混凝土中同时加入膨胀剂和钢纤维, 配制出凝结时间可以控制、工作性能较好、长期性能稳定的具有防水和抗裂功能的喷射补偿收缩钢纤维混凝土, 用于解决隧道与煤矿巷道工程、边坡与基坑工程、结构补强加固工程以及耐火工程中混凝土材料的关键技术问题, 着重要的意义, 其应用前景非常广阔。

1 补偿收缩混凝土作用机理及其特点

补偿收缩混凝土的胀缩特征曲线如图1所示。在养护期间, 膨胀剂依靠自身的化学反应或与水泥中的其他成分反应, 产生一定的限制膨胀来补偿混凝土的收缩, 达到抗渗防裂的目的。但它在干空中同样会产生干缩, 收缩落差比普通混凝土要低30%左右, 一般小于极限拉应变而不会开裂。由于补偿收缩混凝土干缩开始时间比较滞后, 而在此期间混凝土已经具备了一定的抗拉强度, 能够抵抗由混凝土干缩产生的拉应力, 因而可有效减免有害裂缝的产生。这就是补偿收缩混凝土的抗裂原理。

1.1 补偿收缩混凝土作用机理

1.2 补偿收缩混凝土应用现状

为了解决工程中经常遇到的裂缝及渗漏问题, 人们在不断探索新型材料的过程中, 研究得到了膨胀水泥和混凝土膨胀剂。

混凝土膨胀剂是在膨胀水泥的基础上发展而来的一种混凝土外加剂, 它是指与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石、氢氧化钙或钙矾石和氢氧化钙, 使混凝土产生体积膨胀的外加剂, 简称膨胀剂[2]。在现场将膨胀剂掺入硅酸盐水泥中可拌制成膨胀混凝土, 膨胀混凝土分为补偿收缩混凝土和自应力混凝土两种类型。其中补偿收缩混凝土是指由膨胀剂或膨胀水泥配制的自应力为0.2～1.0MPa的混凝土, 它具有补偿混凝土干缩和密实混凝土、提高混凝土抗渗性的作用。在土木工程中用于防水和抗裂两个方面, 与普通混凝土的主要区别在于:

(1) 补偿收缩混凝土在限制条件下, 在混凝土中建立一定的预应力, 改善了混凝土的内部应力状态, 抑制或减少了裂缝的出现, 吴中伟院士称之为“少裂或不裂混凝土”;

(2) 补偿收缩混凝土在硬化过程中生成的膨胀结晶体 (如钙矾石) 具有填充、切断和堵塞毛细孔缝的作用, 使大孔变小孔, 总孔隙率降低, 从而改善了混凝土的孔结构, 提高了它们的抗渗透性和力学性能。

早在1936年法国人Lossier就研制了一种硫铝酸钙膨胀水泥, 但由于其在施工中操作难度较大而没有推广。到了1943年, 前苏联米哈依洛夫把研制成功的不透水膨胀水泥成功用于二次世界大战中被破坏的钢筋混凝土构筑物和地下工程防潮层, 以及堵漏和修复工程。到了70年代, 这种技术在机场、公路、大跨度薄壳以及大面积无接缝的楼板、屋面板等工程中得到了广泛的应用, 这些实际上都是早期补偿收缩混凝土的雏形。

1958年, 美国A.Klein研制成功了硫铝酸钙膨胀水泥, 取名K型水泥, 随后, A.Klein及其同事合作对补偿收缩混凝土进行了大量的研究, 并在多种工程中得到成功应用。1972年美国混凝土协会在佛罗里达州召开了以Klein冠名的国际膨胀混凝土学术会议, 随后, 美国ACI223委员会提出《使用补偿收缩混凝土的推荐方法》 (ACI223-77) , 这是世界上第一部关于补偿收缩混凝土性能研究、结构设计和施工的指南。在此基础上, 日本建筑学会也于1982年颁布了《掺膨胀剂混凝土的配合比设计和施工指南》。

中国建筑材料科学研究院从1960年就开始研究补偿收缩混凝土, 他们先后研究成功了硅酸盐膨胀水泥、明矾石膨胀水泥、硫铝酸盐膨胀水泥等, 并对这些膨胀水泥配置的补偿收缩混凝土进行了大量的研究。

赵顺增、游宝坤等[3]系统研究了补偿收缩混凝土在硬化前后的基本性能。无论掺何种膨胀剂, 都会使混凝土的凝结时间提前, 膨胀剂掺量越大, 凝结时间越快, 掺与不掺减水剂都有相同的结果。另外, 补偿收缩混凝土的抗折强度、轴心抗压强度、披裂强度以及有关比值, 都与普通混凝土的强度性质基本相同。

宋春香[4]研究了补偿收缩混凝土的渠道防渗工程中的应用, 结果表明, 粉煤灰掺量对混凝土膨胀率的影响比较显著, 通过分析粉煤灰对混凝土膨胀率和力学性能的影响, 得出了粉煤灰掺量取40%为宜的结论。

这些成果对我国膨胀水泥的研制和工艺控制起到重要的指导作用。在此基础上, 我国于2009年颁布了《补偿收缩混凝土应用技术规范》 (JGJ/T178-2009) , 进一步完善了补偿收缩混凝土的配合比设计、构造设计和施工注意事项, 使我国补偿收缩混凝土的应用提高到一个新的水平。

1.3 补偿收缩混凝土存在问题

目前补偿收缩混凝土存在的主要问题如下:

(1) 由于膨胀速率慢, 补偿收缩混凝土需要较长时间的水养护才能充分发挥膨胀效果, 造成了施工的不便。

(2) 补偿收缩凝土硬化过程中产生膨胀变形, 必须对对混凝土变形进行约束才能发挥其良性效应, 且约束条件在整个混凝土中越均匀越好。

(3) 在膨胀剂材料与水泥、外加剂等适应性不好时, 易导致水泥中加入膨胀剂后膨胀性能较好、但与减水剂不相适应等缺点。

(4) 膨胀剂的使用需要设计和施工的密切配合, 这在一定程度上决定了补偿收缩混凝土的质量。

2 喷射混凝土发展及现状

2.1 喷射混凝土的发展

喷射混凝土是指借助喷射机械, 利用压缩空气或其他动力, 将按一定比例配合的水泥、砂、石等拌合料, 通过管道以高速喷射到受喷面 (岩石、土层、建筑结构物或模板) 上凝结硬化而成的一种混凝土[5]。

喷射混凝土是由喷射水泥砂浆发展起来的。1914年美国在矿山和土木建筑中首先使用了喷射水泥砂浆[6]。经过近100年的发展, 世界各国已成功将喷射混凝土应用于矿山井巷与地下工程的支护衬砌、岩土边坡与基坑工程的稳定、建筑结构的补强加固、耐火结构等工程领域。近年来, 国内外喷射混凝土新技术主要表现在以下几个方面[7][8]:

(1) 喷射混凝土技术发展迅速。

喷射技术在过去干喷法和湿喷法的基础上, 通过不断的工程实验研究。不断完善和发展了新的喷射混凝土施工技术, 如纤维喷射混凝土法、水泥裹砂法、双裹并列法、潮掺浆法等。目前, 在国内外地下工程施工中, 主要采用泵送型湿拌喷射混凝土机, 管道内充满混凝土, 为稠密流输送, 生产能力高, 用机械手操作, 喷射量大, 回弹量及粉尘浓度低。

(2) 外加剂和外掺料的开发利用, 显著改善了喷射混凝土的性能。

在喷射混凝土中应用外加剂, 具有投资少、见效快、技术经济效益显著的特点。为了满足工程的特殊要求和适应机械化操作, 用于喷射混凝土的外加剂在不断的发展更新, 目前已存在如速凝剂、早强剂、增粘剂、粘稠剂、降尘剂、增强剂、减水剂等多种外加剂。美国研制的新型非碱性速凝剂能达到喷射混凝土后期强度损失小的效果, 而且还能大大减少回弹。在喷射混凝土中常用粉煤灰和硅粉两种掺合料。加入粉煤灰, 可以增大喷射混凝土的流动性、减少泌水、改善和易性、改善密实性从而使混凝土的耐久性得到提高, 同时还可降低水化热、抑制碱-骨料反应。掺入硅粉, 可以改善喷射混凝土结构的密实性和黏结性能、减少回弹, 提高混凝土强度、增加一次喷层厚度以及提高喷射混凝土抗腐蚀性能。

(3) 喷射纤维混凝土效果显著。

在混合料中掺入纤维, 能显著改善喷射混凝土的性能, 因而近年来发展迅速, 应用量也在不断增加。工程中使用较多的是刚纤维和聚丙烯纤维。

喷射钢纤维混凝土是指通过管道输送装置在高压作用下将掺入钢纤维的混凝土拌合物高速喷射到施工作业面的一项技术。早在70年代瑞典采用Ekebro纤维喷射混凝土技术应用于岩石稳定和结构加固工程, 并用喷射钢纤维混凝土加固被矿石冲击损坏的溜井;日本在隧道中使用钢纤维混凝土支护和修补不良地层和围岩;安徽理工大学周仁站[9]进行了喷射钢纤维混凝土的力学性能研究, 试验表明, 同普通混凝土相比, 当掺入体积率为1.5% (约120kg/m3) 的波纹型钢纤维时, 混凝土的抗拉强度、抗折强度、弯曲韧性指数分别提高了66%、63%、78%, 破坏时有裂而不断的特征。现场应用表明, 喷射钢纤维混凝土支护, 使用寿命比其他支护方式更长, 节省了巷道维修所需要的时间和费用。

此外, 掺加聚丙烯纤维或聚丙烯腈等合成纤维的喷射混凝土在世界各国也得了较快的发展。合成纤维由于单根直径很小, 能够提高混凝土材料的黏结性, 在喷射混凝土中加入聚丙烯纤维, 能够大量降低喷射混凝土的回弹率, 节约成本。

2.2 喷射混凝土的缺点

(1) 喷射混凝土水泥用量大, 一般掺加速凝剂。因此其收缩比普通混凝土大, 硬化过程中容易开裂。

(2) 喷射混凝土的强度较基准混凝土标准试件低。这是因为喷射混凝土中一般都掺有速凝剂, 混凝土凝结快造成水化产物比较粗大, 以至于混凝土的强度有所降低。

(3) 速凝剂是使水泥混凝土快速凝结硬化的外加剂, 只是起到速凝、快硬、早强的效果, 往往存在与水泥、减水剂以及其他外加剂的相容性差, 有时候甚至发生性能不能匹配的现象, 达不到应有的效果。

(4) 钢纤维从基体中拔出破坏表明钢纤维和基体间的黏结强度偏低, 而钢纤维自身的高强度并未充分发挥, 使得普通钢纤维混凝土仍具有一定的脆性, 所以改善钢纤维与基体界面的黏结强度是非常必要的

3 隧道补偿收缩钢纤维混凝土发展及其材料特性

3.1 补偿收缩钢纤维混凝土发展

钢纤维和膨胀剂都是在抗渗防裂工程中使用较多的建筑材料, 将两者复合使用能否起到协同增强的作用?它们之间的作用机理如何?许多学者对此做了大量的研究。

李国新[10]等对膨胀剂与钢纤维协同增强轻骨料混凝土进行了研究, 实验表明:掺入膨胀剂后, 混凝土基体会产生一定量的膨胀, 而带模养护和钢纤维的掺入约束了这种膨胀, 致使混凝土更加密实, 使水泥石与粗骨料界面、钢纤维与基体界面的强度都可能得到增强, 因此表现出明显的协同增强效果。

文献[11]表明, 由于钢纤维和膨胀剂的复合效应, 钢纤维限制了膨胀和收缩, 微膨胀又补偿了收缩, 因而微膨胀效应增进了混凝土的致密性, 最终改善了孔结构, 使大孔变小, 连通孔封闭, 均使抗渗性提高。

罗成立等[12]选取普通钢筋混凝土、单掺膨胀剂补偿收缩混凝土、单掺钢纤维混凝土和膨胀剂与钢纤维双掺的补偿收缩钢纤维混凝土等4种类型进行对比试验研究。结果表明, 双掺法补偿收缩钢纤维混凝土较之普通钢筋混凝土、单掺膨胀剂补偿收缩混凝土、单掺钢纤维混凝土的抗压、抗折、劈裂抗拉强度及抗渗、抗收缩能力有了显著的提高, 达到了1+1>2的效果, 并证实这是一种适用于地下防护工程结构自防水的高性能混凝土。

3.2 隧道补偿收缩钢纤维混凝土材料特性

根据上述分析发现隧道喷射普通混凝土的缺点提出补偿收缩钢纤维混凝土这种新型隧道支护材料。隧道补偿收缩钢纤维混凝土是在喷射混凝土中添加钢纤维和膨胀剂配制而成, 这种新型支护材料不仅能够提高混凝土的抗渗抗裂等级, 同时提高混凝土的力学特性。

(1) 将混凝土膨胀剂和钢纤维同时加入喷射混凝土中, 充分利用开裂前膨胀剂的抗裂防渗作用和开裂后期钢纤维的阻裂增强作用, 体现了“层次抗裂、阶段抗裂”的新概念。

(2) 钢纤维在混凝土中三维乱向分布, 能够给混凝土提供均匀的内部约束, 更好地发挥膨胀剂的性能;膨胀剂的反应物能够填充钢纤维周围的孔隙, 增加了钢纤维与混凝土的黏结力, 有利于改善结构的性能。钢纤维和膨胀剂的复合使用, 能够相互取长补短, 更好地发挥各自的优势。

(3) 将混凝土膨胀剂和钢纤维同时加入喷射混凝土中, 可以通过两种材料的相互补充, 达到与预应力钢筋对普通混凝土增强增韧效果相同的作用, 而不需要外在机械手段, 可以明显减少工作量、降低成本、缩短工期。

3.3 存在问题

钢纤维掺入后对喷射混凝土施工工艺有一定的要求, 根据现场应用情况可知, 主要存在以下几点问题:

(1) 钢纤维掺入对现场搅拌要求较高, 工人劳动量增大;

(2) 钢纤维体积掺量控制严格, 钢纤维过多容易造成喷射管堵管, 过少达不到设计支护效果, 且喷射时工人必须采用安全防护措施, 防止钢纤维伤人;

(3) 补偿收缩钢纤维混凝土中膨胀剂对养护条件较高, 前期要在湿养环境下才能达到预期效果, 增加浇水工作量。

4 结语