UEA补偿收缩混凝土的性能及应用

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、U E A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

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0.2～0.8M P a。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UE A掺量的增加，U EA混凝土的限制膨胀率

亦增大。U EA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

(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

(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

(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