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膨胀剂研究与分析
庐江县矾山镇是全国最大的混凝土膨胀剂生产与研发中心;如何控制和防止有害裂缝的产生是混凝土耐久性研究中一个最棘手的问题。造成混凝土开裂的原因很多,采取的措施也各不相同。大量的研究和应用实践表明,掺加膨胀剂以形成补偿收缩是抑制早期收缩裂缝最方便、最经济和最有效的措施[ 1 ] 。本文从膨胀剂的选择、施工、掺量和限制膨胀率等方面,对混凝土膨胀剂在使用中应注意的问题进行了研究与探讨。
1 混凝土结构开裂的原因分析
  水泥在水化过程中,由于化学反应和热力学反应所引起的体积收缩,将会导致混凝土结构产生收缩开裂,这是混凝土材料的致命缺点。特别是在防水工程如地下、水工、海工、地铁、隧道、水电、超长钢筋混凝土结构工程以及二次灌注工程中产生结构开裂,将会造成严重的质量缺陷。导致混凝土结构开裂的主要原因有以下两种[ 2 ] :
  (1)水泥加水后变成水泥硬化体,其绝对体积减小。研究表明,每100 g水泥中掺加33 ml水,水化后的化学减缩值为7~9 ml;如混凝土的水泥用量为300 kg/m3 ,则形成孔缝体积约21~27 L /m3 ,这是混凝土抗拉强度低和极限拉伸变形值小的根本原因。在干燥条件下,混凝土孔缝中的水分将会逸出而产生毛细管压力,导致干燥收缩。
  (2)水泥加水反应产生热量,其水化热为165~250 J /g,随着混凝土中水泥用量的增加,其绝热温升可达50~80 ℃。研究表明,当混凝土的内、外温差ΔT = 10 ℃时,产生的冷缩值为0. 01 %;当ΔT =20~30 ℃时,冷缩值为0. 02 % ~0. 03 %。当冷缩值大于混凝土的极限拉伸值时,会引起混凝土结构开裂。
  由以上原因可知,水泥在水化、硬化过程中的化学反应、物理反应和热力学反应所引起的体积变化,是混凝土早期产生收缩开裂的根本原因。
2 混凝土的防裂、抗裂措施
  混凝土的防裂、抗裂措施有很多,从建筑材料的角度出发,主要有以下5种:
  (1)在混凝土中掺入细磨粉煤灰或矿渣粉。粉煤灰或矿渣粉对降低水化热十分有利,可减少温差收缩,且降低成本,该方法已成为大体积混凝土和商品混凝土传统的抗裂措施,但不能完全解决混凝土的收缩开裂,只能减轻开裂程度[ 3 ] 。
  (2)在混凝土中掺入聚丙烯纤维。聚丙烯纤维细小且杂乱无章,可分散应力集中,对减少混凝土的塑性裂缝和阻止裂缝的发展有较好的作用。但由于增加成本较多,且只能减轻开裂程度,因而在工程中应用较少,多用于减免自流平混凝土或砂浆裂缝等方面。
  (3)在混凝土中掺入钢纤维[ 4 ] 。钢纤维的弹性模量比混凝土的弹性模量大1个数量级,可提高混凝土的抗拉强度和韧性,增强混凝土自身的抗裂缝能力。此外,细小的钢纤维可分散收缩应力,使裂缝细化。但此方法施工过程繁琐,且大幅度增加成本,很难进行推广,仅用于对抗裂要求较高的构件和路面等。
  (4)在混凝土中掺入减缩剂。减缩剂能有效地降低混凝土失水时的毛细管压力,可使混凝土的干缩率减小约20 %~30 %,但由于成本较高,一般只适用于难以养护的混凝土结构。
  (5) 在混凝土中掺入膨胀剂。将膨胀剂以8 %~12 %的比例掺入水泥中,可对混凝土的收缩进行等量补偿,并具有填充、堵塞毛细孔缝的作用,极大地提高了混凝土的防渗抗裂能力,且增加成本较少。
  对比以上5种措施可以看出,膨胀剂是目前较好的混凝土防裂、抗裂材料,当膨胀剂与细磨掺和料复合使用时效果最优,应用也最广泛。
  [11] 游宝坤. 混凝土膨胀剂应用技术[J]. 中国建材科技,2004, (6) : 8 - 15.
  [12] 张保兴. 工程中使用混凝土膨胀剂应注意的问题[J].建筑技术开发, 2005, (10) : 75 - 77.
  [13] 云斯宁,詹美洲. 混凝土膨胀剂的现状及其发展趋势[J].西北建筑与建材, 2002, 5 (7) : 30 - 32.
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