基于高限制膨胀率要求的高性能混凝土膨胀剂掺量分析

叶光荣, 袁文俊, 谢 东, 胥 悦, 周红林

(1.中国华西企业股份有限公司第十二建筑工程公司, 四川成都 610081;2.四川信敏绿色新建筑材料科技有限公司, 四川邛崃 610000)

混凝土在硬化过程中均会发生体积收缩，最常见的体积收缩是由于混凝土水分的散失或湿度下降引起的干缩和由于水泥水化热的散失或混凝土温度下降引起的冷缩[1]。本工程地下室区域为大体积混凝土区域，底板最大厚度达1.8 m，地下室最大埋深为-12 m。地下室混凝土耐久性尤为重要，直接决定了结构的安全性和地下室的防水效果。为此本工程地下室混凝土设计为高性能混凝土，并通过提高高性能混凝土的14天水中限制膨胀率抵消混凝土在硬化过程中产生的干缩拉应力、温差应力，防止结构产生有害裂缝。

现行GB 50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》 和JGJ/T 178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》[2]，混凝土一般要求为不小于0.015%，仅后浇带、膨胀加强、接缝填充处要求为不小于0.025%；为有效抵消混凝土在硬化过程中产生的有害裂缝，保证混凝土的抗裂性和耐久性，本工程设计要求整个地下区域混凝土水中14天限制膨胀率需要满足不小于0.025%。基于设计要求，本文重点探究如何提高高性能混凝土限制膨胀率，并最终确定最佳膨胀剂类型及掺和量。

1 工程概况

成都市新津区人民医院项目位于成都市新津区东南区域宝墩镇仙鹤村十组，工程地下室2层，负2层最大埋深-11 m，地下室面积3.5万m2，筏板最大厚度为2 m。施工场地为郊区农田，四周开阔平坦，无高大遮挡建筑物，施工红线西面外侧约10 m处有人工泄洪渠，施工红线东面外侧约30 m处有农用灌溉小溪流，周边水系发达，河渠总多、地下水极其丰富。

本文通过采用控制变量法和实验对比法，严格控制膨胀剂类型及掺和量，并定期测定试块14天限制膨胀率和限制收缩率，通过数据线性回归分析，最终确定膨胀剂最佳掺合料。通过本文的实际研究成果可有效提高高效性混凝土的抗裂性、防水性，提高了富含地下水环境下高性能混凝土的耐久和抗渗性能。

2 技术原理

采用控制变量法和实验对比法探究膨胀剂种类和掺量对混凝土14天水中限制膨胀率和28天空气限制干缩率的影响。实验分为3类、4种、4组，每种膨胀剂种类和掺量试块均为4组，混凝土试块共计48块。

控制变量法实验在高性能混凝土其他组分大体不变的情况下，选用3家优质膨胀剂生产商的膨胀剂做对比实验；每类型膨胀剂对应设置四组膨胀剂配比分别：6%、7%、8%、9%，每组膨胀剂掺量下设置4组试块，分别在水中浸泡14天后测定其限制膨胀率，和在空气放置28天后测定其限制收缩率。最后对所测得的数据进行3点数据回归分析，最终确定膨胀剂掺和量对限制膨胀率和限制干缩率的影响。

3 实验过程及数据分析

3.1 原材准备

细骨料：中砂；粗骨料：碎石；水泥:峨胜P·O 42.5 R；外加剂1∶防水剂,规格型号GK-6A；外加剂2∶混凝土膨胀剂, UEA Ⅱ型/UEA Ⅱ型/SL-C Ⅱ型；掺合料1∶粉煤灰,规格型号Ⅱ级；纤维∶聚丙烯纤维,规格型号19 mm；拌合水∶自来水。

3.2 实验配置

联合四川信敏商混公司共同实验，采用优质原材，实验前预先通过混凝专业土配比软件对本次高性能混凝土进行预配比(表1)，再通过控制变量法分别掺入不同百分含量的膨胀剂分别：6%、7%、8%、9%。将分别配置3类4种不同膨胀剂混凝土进行对比实验，并安排专业人员对试块进行规范养护，达到水中14天和空气中28天养护龄期进行各分组试块的限制膨胀率和限制干缩率的检查，做好数据记录。

3.3 限制膨胀率和干缩率检查

进行混凝土的限制膨胀率测试时，需要使用纵向限制器以及标准比长仪，在测试中选用的是 ISOBY-354 标准比长仪(图1)。

图1 ISOBY-354 标准比长仪

3.4 数据分析

实验完成后，对所测得的3类4种48块试件数据分析，结果见图2、图3。图2的横坐标为膨胀剂掺量，纵坐标为限制膨胀率，从图中3点数据分布和修订回归线分析可以明显发现，高性能混凝土14天水中限制膨胀率同膨胀剂掺量为正比函数。其中膨胀剂掺量为8%时，UEA Ⅱ型和SL-C Ⅱ型膨胀剂开始达到本次课题设计要求的不小于0.025%高限制膨胀率要求，对应28天空气限制干缩率不大于0.03%。

图2 14天水中限制膨胀率/‰

图3 28天空气中限制干缩率/‰

同时也充分的证实了8%时的膨胀剂掺量有效抵消了混凝土在硬化过程中产生的收缩，有效保证了混凝土体积的整体性、抗裂性能。

4 结论分析

(1)本文通过采用控制变量法和回归函数分析的方法，确定了混凝土水中14天限制膨胀率同膨胀剂的添加量线性几何关系增长。同时受到膨胀剂材质本身好坏的影响。

(2)掺膨胀剂的混凝土必须进行保湿养护，且养护时间不得少于14天(相关国家、行业标准规范也对此做了规定要求)，否则，混凝土的限制膨胀率将无法得到保障，可能损坏到结构实体的质量[3]。

(3)混凝土公司要严格控制膨胀剂的掺量，生产符合要求的膨胀混凝土；施工单位要加强膨胀混凝土的浇筑质量控制，尤其是养护必须符合规范要求，这样才能更好地保证混凝土的结构质量[4]。

(4)本文通过实验最终确定了选用SL-C Ⅱ型膨胀剂掺量为8%，既可以有效地达到高限制膨胀率要求(不小于0.025%)，又可以有效地节约造价。高限制提供了一种针对南方露天潮湿环境下开发、试配、生产、施工和保护高耐久。

(5)本文为同类型实验提供了有效的科学实验借鉴，为后续工程提供了可靠的数据和实际经验。同时保障工程工期以及建筑的产品合格率，有着良好的经济和社会价值。