UEA补偿收缩混凝土的性能及应用

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1、U UE EA A 补补偿偿收收缩缩混混凝凝土土的的性性能能及及应应用用 一一、 前前言言 普通混凝土是用途极广的建筑材料。由于它的极限延伸率较低，在干缩、 徐变、温度等作用下易引起开裂，导致混凝土工程渗漏、钢筋锈蚀，影响使用 功能和使用寿命。为此，国内外工程界在材料、设计和施工等方面进行了许多 研究工作。在材料方面国内外学者一致认为：采用膨胀剂或膨胀水泥配制的补 偿收缩混凝土，代替普通混凝土是较理想的材料。水泥石水化硬化过程中产生 的体积膨胀，在钢筋等限制条件下，补偿收缩混凝土可产生 0.20.7MPa 预 压应力(即自应力)，能抵消或部分抵消由混凝土干缩、徐变、温度等引起的 拉应力，从而提

2、高混凝土工程的抗 裂性能。由于钙矾石填孔作用，使水泥石 中的大孔变小，总孔隙率减小，从而改善了混凝土的孔 结构，提高了混凝土的 抗渗性能。 中国建材研究院是中国膨胀水泥、膨胀剂、膨胀砼研究的发祥地，对补偿 收缩砼、自应力砼的研究与应用已有近四十年的历史，在这一领域处国际领先 地位。采用膨胀水泥配制补偿收缩混凝土，因价格、运输和供应等因素的影响， 广泛推广应用受到一定限制。为了适应工程 的需要，我院在以往研究膨胀水 泥的基础上，研究成功了U 型混凝土膨胀剂 (简称 UEA)。申请了国家发明 专利。 1988 年，“U 型混凝土膨胀剂的研制和应用技术”通过了部级鉴定，建设 部、国家建材局把 UEA

3、 列为 1993 年全国建筑防水新材料推广项目 【(93)建 科字第 014 号】。建设部制订了 UEA 补偿收缩混凝土防水工法“(YJGF.2292)。 1994 年 UEAM 多功能高效混凝土膨胀剂、1996 年低碱 UEA 膨胀剂通过部级鉴 定，并被列为国家级新产品，2003 年新型高效硫铝酸钙混凝土膨胀剂通过省部 级鉴定。 目前，UEA 有 30 多个工厂生产，是国内产量最大、应用最广的混凝土 膨胀剂，产品主要销 往国内，少量出口国外。 1991 年，1992 年，“U 型混凝土膨胀剂的研制和应用技术 “分别获得国 家建材局、国家科委 科学技术进步二等奖。 膨胀剂是从膨胀水泥中派生出来

4、的混凝土外加剂，由于它应用方便、灵活、 用其配制的补偿收缩混凝土和其它混凝土成本低，具有广泛的应用前景。这些 优点已被全国各地千余项，及国外一些重要工程所证实，表明了它的优异性和 良好的经济与社会效益。 二、 U UE EA A 补补偿偿收收缩缩混混凝凝土土性性能能 ( (一一) )混混凝凝土土硬硬化化前前性性质质 1.塌落度及塌落度损失 图 2-l 是相同水灰比条件下混凝土中UEA 掺量与其塌落度的关系曲线。 当 UEA 的掺量在 8%以下时，塌落度基本上无变化，掺量大于 8%以后，随掺 量增加，塌落度也有一定程度的增 加，表明 UEA 有一定减水作用。 图 2-2 是 UEA 混凝土与普通

5、混凝土塌落度损失的对比曲线。掺有 UEA 膨胀剂的混凝土的 塌落度损失较普通混凝土稍大。在施工中远距离运输 时，应考虑 UEA 混凝土塌落度损失问题。 2. 含气量和泌水性 从表 2-1 结果可知，加入 UEA 后，含气量减小，泌水性降低。表 2-1 含气量和泌水性 UEA 掺量（%） 混凝土配比 水灰比 W/C 含气量(绝对值) （%） 泌水性（%） 0 10 12 1：1.85：3.13 0.51 2.15 1.60 1.85 1.03 不泌水 不泌水 3.混凝土拌合物的凝结时间 用贯入阻力法测定了 UEA 混凝土凝结曲线。 由图 2-3 可得出，未掺 UEA 的普通混凝土初、终凝时间分别

6、为 5：00 和 7：00，掺 12UEA 的混凝土为 4：25 和 6：25。混凝土的凝结时间缩短了。 但是这种提前非常有限，不会影响施工。 掺入 10%UEA 的混凝土初，终凝时间分别为 5：10 和 l 7：1 5，与未掺 UEA 的普通混凝土相似。 总的来说，掺 UEA 后，混凝上凝固前的性质与普通混凝上差不多。所不 同的是凝结时间稍短一些，塌落度损失稍快些.如果是远距离运输混凝土拌合 物。可在其中适当地加入缓凝型减水剂，以改变混凝土的流变性能，适应施工 要求。 ( (二二) )混凝土硬化后性质混凝土硬化后性质 1.限制膨胀率及影响因素 补偿收缩混凝土的限制膨胀率是这种混凝土最重要的性

7、能，它的大小及收 缩落差直接影响到工程的抗裂程度，是抗裂防渗的重要指标，合理的限制膨胀 率为 1.274.0104，亦即自应力值为 0.2 0.8MPa。保证足够大的限 制膨胀率是确保工程不裂不渗的前提。 (1)混凝土膨胀性能与 UEA 掺量的关系 图 2-4 表明，随着UEA 掺量的增加， UEA 混凝土的限制膨胀率 亦增大。 UEA 掺量 8-14%时，膨胀率为 2-410-4，自应力值为 0.30.8MPa。限制膨胀率试验是用 101030cm 试件，中间放入 10mm 钢 筋，配筋率 0.79% (2)水灰比对混凝土膨胀率的影响 水灰比是影响混凝土强度的重要因素，而强度与膨胀之间有密切

8、关系。因 此水灰比对膨胀率也一定有影响.图 2-5 中曲线表明，水灰比小，膨胀率大。 如果水灰比过大，膨胀发生在混凝 土的塑性阶段，膨胀能被消耗于填充水分 等留下的孔隙和其它方向的变形上，有效变形减少。 (3)粗集料对混凝土膨胀率的影响 表 2-2 列出了卵石和碎石对混凝上膨胀率和自应力值的影响。由于碎石的 表面粗糙，粘结面积大，与水泥之间的胶合力高，所以膨胀率比卵石混凝土小。表表 2 2- -2 2 粗集料对混凝土膨胀率的影响粗集料对混凝土膨胀率的影响 自由膨胀率(10-4) 限制膨胀率(10-4)自应力值(MPa) 水养 标准养护 水养 标准养护 编号 石子 UEA (%) W/C 3 天

9、 7 天 14 天 28 天 45 天 60 天 3 天 7 天 14 天 28 天 45 天 60 天 U30 卵石 12 0.52 3.75 5.85 6.29 7.69 8.17 8.75 1.90 /0.30 3.19 /0.50 3.20 /0.50 3.43 /0.53 3.63 /0.56 4.30 /0.67 U4： 碎石 12 0.52 2.30 4.49 4.56 5.56 5.76 6.22 1.44 /0.23 l.88 /0.30 1.66 /0.26 2.53 /0.39 2.87 /0.45 3.39 /0.53 (4)不同配筋率对混凝土膨胀率和自应力值的影响 大

10、量研究表明，在小配筋率范围内，自应力值随配筋率增加而增加。 表 23 是不同配筋率下混凝土的膨胀率和自应力值 (C+UEA=380kgm3)。从 表 2-3 可看出，当配筋率在 0.4%1.57%范围，限制膨胀率随配筋率增加而减 小，自应力值增加。 表表 2 2- -3 3 配配筋筋率率对对混混凝凝土土膨膨胀胀率率和和自自应应力力值值的的影影响响 水中限制膨胀率(104)自应力值(MPa) 编号 配筋率 () l 天 3 天 7 天 14 天 28 天 6 月 U26 U27 U2a 0.24 1.03 1.57 3.4O.15 1.70.36 1.80.50 5.10.22 2.10.44

11、2.30.64 5.60.24 2.40.51 2.70.75 6.20.27 2.80.60 2.90.80 6.30.27 2.80.60 3.10.86 6.70.28 3.20.68 3.30.91 (5)水泥用量对混凝土膨胀率的影响 表 2-4 是在三种不同水泥用量条件下，混凝上的膨胀率和自应力值的数据。 膨胀剂内掺 13%，配筋率为 1.08%。试验表明，每立方米混凝上水泥用量多，含 UEA 量相对增多，其膨胀率大，自应力值也越高。 表表 2 2- -4 4 水泥用量对混凝土膨胀率的影响水泥用量对混凝土膨胀率的影响 水中限制膨胀率(104)自应力值(MPa) 编号 水泥用量 (kg

12、/3) 塌落度 (cm) l 天 3 天 7 天 28 天 3 月 6 月 U29 U30 U31 350 400 450 3.3 5.5 3.7 2.40.51 3.O0.64 1.90.40 2.10.44 3.70.73 1.50.32 3.50.75 1.70.36 1.60.34 3.7073 1.90.40 2.10.40 4.30.91 1.90.40 2.10.43 4.30.91 (6)养护方法对膨胀性能的影响 UEA 混凝土的养护非常重要，应该引起使用单位的充分重视。图 26 是五 种不同养护制度与膨胀率之间的关系曲线。 长期在水中养护的试件可获得最大的膨胀率。因为 UEA

13、 水泥水化过程中， 生成水化硫铝酸钙需要大量的水分，为了能更好地发挥 UEA 混凝士的效能，浇 注后浇水养护 1014 天是非常必要的。 2.强度与 UEA 掺量的关系 膨胀混凝土的强度分为自由膨胀强度和限制膨胀强度两种。自由膨胀强度 通常随着膨胀值的增加而下降。而对限制膨胀强度则与上述规律不尽相同。在 限制条件下，一定的膨胀能够使混凝土结构更加密实，从而提高强度。图 2-7 为自由膨胀条件下的抗压强度。 结果表明，随着 UEA 掺量增加，混凝上强度有所下降，符合膨胀混凝土的一般 强度规律。应该指出，在实际工程中 UEA 混凝土大多处于各种不同的限制状态， 因此。其强度值将比自由膨胀强度值高。

14、表 2-5 是自由膨胀和限制膨胀的强度 值，其中限制膨胀的强度值是用 lO1010cm 的试件带模养护到龄期，再破型。 不难发现限制条件下(限制配筋是联接模板的螺栓)混凝土的强度均大于自由条 件下的值。 限制膨胀的强度高于自由膨胀强度的原因是：水泥混凝土水化硬化时。生成大 量的钙矾石晶体，这种晶体随水化的进行不断长大、连生，在结晶压力下产生 了混凝土的膨胀。由于钙矾石是一种细长的柱状或针状晶体，所以这种晶体搭成的骨架结构中留下了许多孔隙。在自由膨胀条件下钙矾石晶体生长得粗大， 孔隙率也较大，强度受到一定影响。相反，如果在限制条件下，钙矾石结晶受 到内部应力的影响，颗粒很小，结晶之间的孔隙也较少

15、，结构致密，因而强度 比自由膨胀混凝上高，另外有研究表明，限制条件下混凝土中集料与水泥石 界面结构也有改善。实验结果 表明，掺 UEA 的限制强度比自由强度高 1030%。表表 2 2- -5 5 自由膨胀和限制膨胀的强度值自由膨胀和限制膨胀的强度值 自由膨胀强度(MPa) 限制膨胀强度(MPa) 编号 水泥+UEA (kg/m3) UEA () 混凝土配合比 (水泥+UEA)：水：砂：石 塌落度 (cm) 3 天 7 天 28 天 3 天 7 天 28 天 U17 300 9 1：0.50：2.08：3.20 3.2 15.6 21.8 25.4 16.6 20.7 31.5 U18 300

16、 13 6.0 13.3 18.0 29.0 16.8 22.0 34.4 U19 350 9 1：0.52：1.73：2.66 12.3 12.2 15.O 25.0 14.5 17.4 27.0 U20 350 13 18.0 8.9 11.8 17.8 10.0 14.5 22.4 U2l 400 9 1：0.50：1.37：2.24 16.2 12.0 17.4 28.3 13.4 18.4 31.O U22 400 13 20.0 10.0 14.4 19.3 11.6 17.9 29.3 通过大量试验， UEA 掺量与膨胀和强度的关系如图 28。 由图 28 可见，一般情况下，在水泥中内掺1014%UEA 可获得良好 的膨胀性能，对强度影响不大，宜用于补偿收缩混凝土。UEA 掺量 8 10时，膨胀率偏小。强度有所提高，适用于 配制普通防水混凝土。 UEA 掺量在 14-16，膨胀率