膨脹混凝土的近期技術(shù)動(dòng)向

1、第40卷第7期2013年7月建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)BuildingTechniqueDevelopmentVo140，No7Ju12013膨脹混凝土的近期技術(shù)動(dòng)向朱航征編譯用于混凝土的膨脹材料，開(kāi)發(fā)至今已有30多年?；炷潦褂门蛎洸牧暇哂幸种聘稍锸湛s和溫度應(yīng)力引起裂縫的效果，這在膨脹材料開(kāi)發(fā)期間已積累了大量研究成果。特別是在最近，有關(guān)膨脹材料定量評(píng)價(jià)的研究盛行，還有低添加型膨脹材料的普及應(yīng)用，與一般商品混凝土相比，在建筑工程和土木工程中的使用比例

2、均有所增加，甚至大幅度地增加。1膨脹材料的膨脹機(jī)理膨脹材料在混凝土固化過(guò)程中，通過(guò)水化反應(yīng)，被認(rèn)為是一種能使混凝土體積增加的一種外加劑。按膨脹材料反應(yīng)生成物質(zhì)的不同，大致分為鈣礬石系和石灰系。關(guān)于膨脹材料的膨脹機(jī)理有膨潤(rùn)說(shuō)、粉化說(shuō)等，尚未完全明確。表1所示為膨脹材料在反應(yīng)中，經(jīng)質(zhì)量和相對(duì)密度的計(jì)算所取得的體積，表明在反應(yīng)后體積有所減少。但以鈣礬石系結(jié)晶與氫氧化鈣結(jié)晶，由于空隙的形成和增長(zhǎng)，因而使表現(xiàn)體積隨之增長(zhǎng)，這一說(shuō)法比較有力。表1膨

3、脹材料的水化反應(yīng)與體積變化膨脹材料種類水化反應(yīng)與體積變化鈣礬石系3CaO‘3AI2O2。CaSO46CaO8CaSOl96H2O一3(3CaOA12O33CaSOl32H2O)質(zhì)量變化6103361038l728—_3762密度261334296100—’173體積變化2341013681728(計(jì)2431)一2175體積變化率(2175—2431)100／2431=一105％石灰系CaOH20_ca(OH)2質(zhì)量變化56l8—74密度

4、3311OO—224體積變化17l8(計(jì)35)一33體積變化率(33—35)100／35=一57％膨脹材料的主要化學(xué)反應(yīng)的分類如表2所示。表中的A、D為硫鋁酸鈣、氧化鈣、無(wú)水石膏與水反應(yīng)生成的膨脹成分為鈣礬石；B為鋁酸三鈣、石膏與水反應(yīng)同樣生成鈣礬石；C、F為氧化鈣(生石灰)與水反應(yīng)生成的是氫氧化鈣；E的反應(yīng)與前述硫鋁酸鈣和氫氧化鈣具有相同的生成物。這些反應(yīng)都是主要反應(yīng)，實(shí)際上水泥中的主要礦物質(zhì)是硅酸三鈣、硅酸二鈣，與間隙質(zhì)的水化反應(yīng)是

5、一種競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，也是一種復(fù)雜反應(yīng)。由于膨脹材料的水化反應(yīng)生成物與水泥水化生成物是相同的，對(duì)一般混凝土固化體的組織結(jié)構(gòu)因而不致有大的變化，對(duì)強(qiáng)度等性能也不致有大的影響。表2化學(xué)反應(yīng)式類別化學(xué)反應(yīng)式3CaO3AI2O3。CaSO46CaO8CaSO496H20AD_3(3CaO’A12O3‘3CaSO4’32H2O)!：3CaSO32H20B~3CaO‘AI2O3。3CaSO432H2OC，F(xiàn)Hz0一3CaO3A12O3‘CaSO46CaO8

6、CaSO496H2OE3(3CaOA12O33CaSO432H2O)ca__oHz0一!堅(jiān)2膨脹混凝土的基本性能膨脹材料按單軸約束膨脹試驗(yàn)(含筋率約為1％)，其標(biāo)準(zhǔn)混合量7～14d的膨脹量為(150～250)10～。近來(lái)開(kāi)發(fā)的低添加型材料，其特點(diǎn)是：添加量少卻能獲得具有以往膨脹材料相同的膨脹性能，并提高了經(jīng)濟(jì)性。此外，面對(duì)混凝土制品又開(kāi)發(fā)了一種具有旱強(qiáng)性軸的高性能膨脹材料，隨之對(duì)膨脹材料的需要量也日漸增加。關(guān)于低膨脹材料的應(yīng)用，有關(guān)材料

7、的混合量與單軸約束膨脹率的關(guān)系如圖1所示。第7期朱航征：膨脹混凝土的近期技術(shù)動(dòng)向第40卷膏，由于它能阻礙鈣礬石向單硫酸鹽轉(zhuǎn)移，可望強(qiáng)度增加，但混合量較大，膨脹性能將降低。為此，對(duì)于膨脹熔渣，如適量添加混合無(wú)水石膏，將有助于獲得早強(qiáng)性能和膨脹性能。還有可以確認(rèn)的是材齡時(shí)間短，早強(qiáng)性大，如混凝土使用的水泥為硅酸三鈣含量大的早強(qiáng)水泥，由于具有促進(jìn)水化的效果，因而可以獲得早期的高強(qiáng)度。圖4為其試驗(yàn)結(jié)果。如圖中所示，無(wú)膨脹材料混合時(shí)，與普通膨脹材

8、料相比，可以確認(rèn)的是，其早期強(qiáng)度呈增加狀態(tài)，特別是在使用早強(qiáng)型水泥時(shí)更具有強(qiáng)度大為增加的效果。0020406081時(shí)間／t圖3膨脹熔渣的細(xì)度與反應(yīng)性圖4使用的水泥與早期強(qiáng)度5高強(qiáng)混凝土中的應(yīng)用近年來(lái)，超高層建筑物采用超高強(qiáng)混凝土的施工實(shí)例日漸增多。高強(qiáng)混凝土與超高強(qiáng)混凝土由于硅灰等微粉和低水灰比的應(yīng)用，隨之出現(xiàn)的是有關(guān)白收縮裂縫的疑慮。抑制自收縮裂縫可使用膨脹材料，但用于高強(qiáng)混凝土，經(jīng)確認(rèn)即使在干燥條件下，也會(huì)引起較大的再膨脹。這種再膨

9、脹會(huì)引起高強(qiáng)混凝土后期強(qiáng)度的降低。據(jù)推測(cè)，即使在干燥條件下引起再膨脹，是由于混凝土中殘存有大粒度膨脹材料，吸水后進(jìn)行水化反應(yīng)因而引起再膨脹。作為防止再膨脹的對(duì)策如圖5所82示，經(jīng)確認(rèn)使用易于早期進(jìn)行反應(yīng)的早強(qiáng)型膨脹材料是有效的。圖5高強(qiáng)混凝土的自收縮與再膨脹6膨脹材料的實(shí)際用途為使化學(xué)預(yù)應(yīng)力即自應(yīng)力外壓強(qiáng)度提高，如箱涵和離心力鋼筋混凝土管的生產(chǎn)均混合有膨脹材料。還有現(xiàn)場(chǎng)澆注的膨脹混凝土，一般均在標(biāo)準(zhǔn)混合量的范圍內(nèi)適量使用，但已有研究表明

10、，如進(jìn)一步加大混合量，就可有效利用其自應(yīng)力作用。例如連續(xù)結(jié)合梁在中間支點(diǎn)的負(fù)彎曲梁，為控制產(chǎn)生裂縫，經(jīng)試驗(yàn)采用了高膨脹性混凝土。這項(xiàng)研究，經(jīng)足尺試驗(yàn)獲得了良好評(píng)價(jià)，且可抑制長(zhǎng)期白應(yīng)力的降低。在橋墩抗震加固時(shí)，已有實(shí)例表明，在基體設(shè)置高膨脹混凝土環(huán)形結(jié)構(gòu)，其混合量超過(guò)5倍的標(biāo)準(zhǔn)添加量。經(jīng)突變荷載試驗(yàn)，其彈性極限應(yīng)力和應(yīng)變能分別提高了30％。近來(lái)自瘛式混凝土也已有應(yīng)用實(shí)例。這主要是利用了上述高強(qiáng)超高強(qiáng)混凝土，由于膨脹材料未反應(yīng)顆粒在裂縫發(fā)生

11、后經(jīng)吸水發(fā)生水化反應(yīng)，因而引起了再膨脹。膨脹材料具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如機(jī)械基礎(chǔ)、橋梁承座、抗震加固使用了無(wú)收縮砂漿以及靜力破碎劑等。7膨脹混凝土的今后課題有關(guān)干燥收縮裂縫問(wèn)題，目前雖然尚未明確其分析方法，但在設(shè)定條件下已有能表現(xiàn)收縮應(yīng)力降低效果的提案。此外，最近的研究表明，膨脹混凝土在發(fā)生裂縫前即具有延伸能力。今后，對(duì)干燥收縮裂縫有關(guān)膨脹材料效果定量化問(wèn)題，仍有待取得進(jìn)一步的研究成果。隨著混凝土結(jié)構(gòu)物高耐久性要求，膨脹混凝土以其固有特點(diǎn)