UEA补偿收缩混凝土的性能及应用 一、 前言 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0.2～0.7MPa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UEA—M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、 UEA补偿收缩混凝土性能 (一)混凝土硬化前性质 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、终凝时间分别为5：00和7：00，掺12％UEA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)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1.27～4.0×104，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2-4×10-4，自应力值为0.3～0.8MPa限制膨胀率试验是用10×10×30cm试件，中间放入Φ10mm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2-2 粗集料对混凝土膨胀率的影响 编号 石子 UEA (%) W/C 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 3天 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2—3是不同配筋率下混凝土的膨胀率和自应力值(C+UEA=380kg／m3)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2-3 配筋率对混凝土膨胀率和自应力值的影响 编号 配筋率 (％) 水中限制膨胀率(×104)／自应力值(MPa) l天 3天 7天 14天 28天 6月 U26 U27 U2a 0.24 1.03 1.57 3.4／O.15 1.7／0.36 1.8／0.50 5.1／0.22 2.1／0.44 2.3／0.64 5.6／0.24 2.4／0.51 2.7／0.75 6.2／0.27 2.8／0.60 2.9／0.80 6.3／0.27 2.8／0.60 3.1／0.86 6.7／0.28 3.2／0.68 3.3／0.91 (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2-4 水泥用量对混凝土膨胀率的影响 编号 水泥用量 (kg/3) 塌落度 (cm) 水中限制膨胀率(×104)／自应力值(MPa) l天 3天 7天 28天 3月 6月 U29 U30 U31 350 400 450 3.3 5.5 3.7 — 2.4／0.51 3.O／0.64 1.9／0.40 2.1／0.44 3.7／0.73 1.5／0.32 — 3.5／0.75 1.7／0.36 1.6／0.34 3.7／073 1.9／0.40 2.1／0.40 4.3／0.91 1.9／0.40 2.1／0.43 4.3／0.91 (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2—6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10～14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lO×10×10cm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，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10～30% 表2-5 自由膨胀和限制膨胀的强度值 编号 水泥+UEA (kg/m3) UEA (％) 混凝土配合比 (水泥+UEA)：水：砂：石 塌落度 (cm) 自由膨胀强度(MPa) 限制膨胀强度(MPa) 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 13 — 6.0 13.3 18.0 29.0 16.8 22.0 34.4 。