公路工程混凝土膨脹劑應(yīng)用技術(shù)

摘　要: 主要介紹了2006 年交通部新頒布的《公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南》中膨脹劑的品種、適用范圍、性能等及其在公路水泥混凝土路面工程中的應(yīng)用技術(shù)。目的是用好膨脹劑, 并防止使用中出現(xiàn)不應(yīng)有的質(zhì)量問題。

關(guān)鍵詞: 公路工程; 水泥混凝土; 膨脹劑; 應(yīng)用技術(shù)

　　膨脹劑是一種在公路水泥混凝土結(jié)構(gòu)工程中使用較多的一種無機(jī)礦物摻合料, 同時(shí)也是出現(xiàn)工程事故較多的摻合料。一般公路的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁絕大多數(shù)是先簡支后連續(xù)的多跨連續(xù)剛構(gòu), 此時(shí)一定會有橋梁后澆帶及后張區(qū), 為了防止后澆帶水泥混凝土開裂, 確保后澆帶的連續(xù)性和工程質(zhì)量,必須使用膨脹劑, 將后澆帶混凝土做成膨脹混凝土。

　　另外, 公路水泥混凝土工程中有相當(dāng)多的薄壁結(jié)構(gòu),為了控制這些薄壁結(jié)構(gòu)不開裂或少開裂, 一種行之有效的方法是摻膨脹劑將薄壁結(jié)構(gòu)用的混凝土制成補(bǔ)償收縮混凝土。公路特大型橋梁的超大基礎(chǔ)或斜拉橋、懸索橋大體積錨墩, 可以使用補(bǔ)償收縮或微膨脹混凝土控制這些超大、超長混凝土結(jié)構(gòu)不預(yù)留結(jié)構(gòu)伸縮縫或達(dá)到抗裂目的。其次, 膨脹劑可以制成化學(xué)自應(yīng)力的鋼筋混凝土涵管。盡管在公路水泥混凝土工程中膨脹混凝土和補(bǔ)償收縮混凝土有較多的使用, 但是, 一方面, 我們需要普及膨脹劑的利用技術(shù)知識; 另一方面, 需要解決好膨脹劑應(yīng)用中出現(xiàn)的各種問題。

　　膨脹劑在水泥混凝土結(jié)構(gòu)工程中有3 大用途:(1) 補(bǔ)償收縮的抗裂混凝土; (2) 后澆帶等處使用的膨脹混凝土; (3) 鋼筋混凝土構(gòu)件使用的自應(yīng)力混凝土。當(dāng)然它們也可以對應(yīng)三類膨脹砂漿。補(bǔ)償收縮、膨脹、自應(yīng)力等3 種混凝土對應(yīng)其膨脹量由低到高,膨脹劑摻量由小到大, 一般硅酸鹽水泥類摻硫鋁酸鹽膨脹劑: 補(bǔ)償收縮混凝土摻量為6%～ 10%; 膨脹混凝土為8%～ 15%; 自應(yīng)力混凝土為10%～ 20% ,最高可達(dá)25%。首先, 膨脹劑到底屬于化學(xué)外加劑還是礦物摻合料, 多年以來, 不少技術(shù)人員爭論不休, 本指南經(jīng)過專家反復(fù)論證, 將膨脹劑歸在摻合料中。一是其具有礦質(zhì)材料和火山灰活性特征, 且摻量大于外加劑規(guī)定摻量; 二是使用時(shí)不可使用溶液, 必須按水泥和摻合料一樣, 使用粉末; 三是由于膨脹劑實(shí)質(zhì)上是硫鋁酸鹽水泥, 所以, 摻入混凝土中時(shí), 必須使用等量取代水泥法, 絕不可使用其他摻合料的外加法或超量取代法。

　　其次, 摻膨脹劑混凝土的膨脹, 一是必須受鋼筋限制或邊界約束, 否則, 在自由膨脹的條件下不可能建立起膨脹壓應(yīng)力, 因此, 也就無法限制混凝土結(jié)構(gòu)的開裂; 二是膨脹劑在混凝土中的膨脹量, 只發(fā)生在混凝土硬化10～ 14 d, 是硬化初期的混凝土, 如果膨脹劑引發(fā)的膨脹是在混凝土完成水化硬化(28 d) 以后產(chǎn)生的, 那末它就是我們稱之為高硫型水化硫鋁酸鈣的“水泥桿菌”, 會造成混凝土結(jié)構(gòu)完全粉碎化破壞。限制膨脹率的試驗(yàn)表明: 最大膨脹量最晚出現(xiàn)在14 d 以內(nèi), 此時(shí), 混凝土確實(shí)有膨脹, 但是硬化完成后的28 d 膨脹混凝土, 不會再產(chǎn)生膨脹了, 此時(shí)的膨脹混凝土與普通混凝土的變形開裂特征并無二致, 完全相同, 該怎么裂就怎么裂。了解這些特征很重要, 用好膨脹劑是有條件的, 不是有些人想象的那樣簡單, 只要用上膨脹劑, 水泥混凝土結(jié)構(gòu)的開裂問題就一勞永逸地解決了。結(jié)果是使用膨脹劑引起了不少的返工和工程事故, 本文的目的就是要普及膨脹劑使用的科學(xué)技術(shù), 在公路水泥混凝土結(jié)構(gòu)中杜絕此類事故的頻繁發(fā)生, 降低使用膨脹劑出現(xiàn)工程事故的機(jī)率。

　　本文不僅介紹了膨脹劑的主要品種、性能指標(biāo)、適用范圍、施工技術(shù)與質(zhì)量檢驗(yàn), 由于膨脹劑的使用并不僅局限在水泥混凝土中, 公路工程上有不少場合是將膨脹劑摻入砂漿, 制成膨脹砂漿來使用, 所以本文同時(shí)介紹了膨脹砂漿的技術(shù)性能和使用要求。

1　主要的膨脹劑品種

　　(1) 硫鋁酸鈣類: 明礬石膨脹劑、硫鋁酸鈣膨脹劑、硫酸鈣(石膏) 膨脹劑及鋁酸鈣膨脹劑, 其與水泥和水拌和, 經(jīng)水化反應(yīng)生成鈣礬石膨脹組分。

　　(2) 氧化鈣類: 氧化鈣、氧化鎂膨脹劑, 其與水泥和水拌和, 經(jīng)水化反應(yīng)生成氫氧化鈣、氫氧化鎂膨脹組分。

　　(3) 硫鋁酸鈣- 氧化鈣復(fù)合膨脹劑。

2　膨脹劑的性能指標(biāo)

　　(1) 膨脹劑的性能: 膨脹劑及其混凝土性能指標(biāo)應(yīng)符合表1 的規(guī)定。氧化鎂、含水率、總堿量的試驗(yàn)方法應(yīng)按《水泥化學(xué)分析方法》(GB／T 176 -1996) 進(jìn)行; 氯離子含量檢測方法應(yīng)按《水泥原材料中氯的化學(xué)分析方法》(JC／T 420- 91) 進(jìn)行。細(xì)度及混凝土凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法應(yīng)按《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ 053- 94)進(jìn)行。

　　(2) 補(bǔ)償收縮混凝土的性能應(yīng)符合表2 的規(guī)定。

　　(3) 填充膨脹混凝土的性能應(yīng)符合表3 規(guī)定。

　　(4) 膨脹砂漿的性能應(yīng)符合表4 的規(guī)定, 灌漿用膨脹砂漿的抗壓強(qiáng)度采用無振動成型, 拆模、養(yǎng)護(hù)和強(qiáng)度檢驗(yàn)應(yīng)按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(RSO 法) 》(GB／T 17671- 1999) 進(jìn)行。

3　膨脹劑適用范圍

　　(1) 膨脹劑的適用范圍參見表5。

　　(2) 氧化鈣類膨脹劑不得用于海水和有硫酸鹽侵蝕性環(huán)境的水泥混凝土結(jié)構(gòu)。

　　(3) 摻膨脹劑的混凝土適用于結(jié)構(gòu)邊界約束、鋼筋約束條件下的水泥混凝土結(jié)構(gòu)和填充性水泥混凝土結(jié)構(gòu), 不適用于可自由伸縮的水泥混凝土結(jié)構(gòu)。

4　摻膨脹劑的水泥混凝土施工

4．1　水泥和膨脹劑的要求

　　注: 細(xì)度用比表面積和1．25 mm 篩篩余或0．08 mm 篩篩余和1．25 mm篩篩余表示, 仲裁檢驗(yàn)采用比表面積和1．25 mm 篩篩余。

　　(1) 水泥: 不得使用硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥和高鋁水泥。

　　(2) 膨脹劑: 膨脹劑運(yùn)至工地或攪拌站后, 應(yīng)進(jìn)行限制膨脹率檢驗(yàn), 合格后方可入庫、使用。由各類膨脹劑帶入每m 3 混凝土的含堿量, 可參照表6 給出的膨脹劑含堿量(% ) 乘以其膨脹劑摻量(kg／m 3) 計(jì)算確定。

4．2　摻膨脹劑水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)

　　(1) 應(yīng)符合《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55- 2000) 的相關(guān)規(guī)定及表2、表3 中限制膨脹率和限制干縮率的規(guī)定。

　　(2) 水泥強(qiáng)度等級不應(yīng)低于32．5 級, 最小水泥用量和常用摻量應(yīng)符合表7 的規(guī)定。

　　(3) 水膠比不宜大于0．50。

　　(4) 膨脹劑摻量的確定方法: 膨脹劑應(yīng)等量取代水泥, 并按等量取代法計(jì)算摻量。膨脹劑的實(shí)用摻量通過試驗(yàn)優(yōu)選確定。膨脹劑摻量除滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級、抗?jié)B等級外, 還應(yīng)符合表2 和表3 中限制膨脹率和干縮率的規(guī)定。

　　注: (1) 膨脹劑常用摻量范圍與膨脹劑品種有關(guān), 本摻量僅指硫鋁酸鈣類膨脹劑, 氧化鈣類膨脹劑摻量一般僅為3%～ 5%。

　　(2) 用于抗?jié)B的補(bǔ)償收縮混凝土及摻入粉煤灰時(shí)的混凝土最小水泥用量不宜小于280 kg／m 3。

　　(5) 摻膨脹劑的泵送混凝土和高性能混凝土, 宜摻入其他摻合料。摻合料用量的確定方法: 水泥、膨脹劑和摻合料作為膠凝材料總量, 以此總量按等量取代法或超量取代法計(jì)算其他摻合料摻量。膨脹混凝土中摻合料摻量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

　　(6) 與外加劑復(fù)配使用方法: 膨脹劑可與外加劑復(fù)合使用, 但必須具備良好的適應(yīng)性, 并不得使用氯鹽類外加劑。膨脹劑與防凍劑復(fù)合使用宜慎用。膨脹混凝土使用的外加劑品種和摻量應(yīng)通過試驗(yàn)優(yōu)選確定。

4．3　膨脹混凝土拌和

　　(1) 攪拌機(jī)械必須為強(qiáng)制式攪拌機(jī)(樓) , 膨脹劑應(yīng)以粉狀拌和使用, 拌和時(shí)間比普通混凝土應(yīng)延長20～ 30 s。

　　(2) 摻膨脹劑的混凝土坍落度損失略快, 必要時(shí)可采用適應(yīng)的緩凝劑或緩凝減水劑進(jìn)行調(diào)整。

4．4　膨脹混凝土澆筑

　　(1) 在計(jì)劃澆筑段內(nèi)應(yīng)連續(xù)澆筑, 不得中斷。

　　(2) 澆筑應(yīng)階梯式推進(jìn), 澆筑間隔時(shí)間不得超過混凝土的初凝時(shí)間。振搗應(yīng)密實(shí), 不得漏振、欠振和過振。

　　(3) 為防止沉縮裂縫和新老混凝土結(jié)合開裂, 終凝前, 應(yīng)采用機(jī)械或人工多次抹壓表面。

4．5　膨脹混凝土的養(yǎng)生

　　(1) 對于大體積混凝土和大面積混凝土, 宜采用有效的保濕措施, 養(yǎng)生時(shí)間不應(yīng)少于14 d。

　　(2) 對于擋土墻、薄壁橋墩、箱梁、T 梁等不易保濕養(yǎng)生的結(jié)構(gòu), 宜噴灑養(yǎng)生劑或安裝水管噴淋, 拆模時(shí)間不應(yīng)早于10 d, 拆模后宜噴灑養(yǎng)生劑或包裹保濕膜或塑料薄膜, 養(yǎng)生天數(shù)應(yīng)根據(jù)膨脹混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80% 確定。

　　(3) 低溫施工, 應(yīng)采用塑料薄膜和保溫材料覆蓋保溫保濕養(yǎng)生, 養(yǎng)生期最短不應(yīng)少于14 d。對于擋土墻、薄壁橋墩、橋臺等帶模養(yǎng)生期最短不應(yīng)少于21 d。

4．6　填充膨脹砂漿施工

　　(1) 填充膨脹砂漿的水料比一般宜為0．14～0．16, 拌和時(shí)間不宜少于3 m in。

　　(2) 填充膨脹砂漿可使用人工或機(jī)械填充方式,澆筑時(shí)可用竹條或鋼筋往復(fù)拉動疏導(dǎo), 不得使用機(jī)械振搗, 必須從一側(cè)灌漿, 另一側(cè)留排氣孔。

　　(3) 膨脹砂漿宜使用覆蓋灑水養(yǎng)生, 養(yǎng)生期不應(yīng)少于7 d。養(yǎng)生期間, 當(dāng)最低氣溫低于5℃時(shí), 應(yīng)采取保濕及保溫覆蓋養(yǎng)生措施。

5　膨脹混凝土質(zhì)量檢驗(yàn)

　　(1) 摻膨脹劑的水泥混凝土應(yīng)以實(shí)測抗壓強(qiáng)度、限制膨脹率和限制干縮率為質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)。有抗?jié)B性和抗凍性要求時(shí), 還應(yīng)做抗?jié)B性和抗凍性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)批量按滿足膨脹混凝土質(zhì)量控制要求確定。

　　(2) 限制膨脹率和限制干縮率試驗(yàn)方法應(yīng)按本指南附錄R 11 進(jìn)行, 抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性試驗(yàn)方法應(yīng)按《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ 053- 94) 的規(guī)定進(jìn)行。

　　(3) 膨脹劑的稱量允許誤差為±1%。

6　結(jié)語

　　本文介紹了2006 年交通部新頒布的《公路工程混凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南》中編寫的膨脹劑在公路水泥混凝土工程中的應(yīng)用技術(shù), 以加深公路工程技術(shù)人員對膨脹劑的認(rèn)識, 保證實(shí)現(xiàn)公路水泥混凝土工程使用膨脹劑的三大技術(shù)目的: 補(bǔ)償收縮抗裂混凝土; 膨脹混凝土; 自應(yīng)力混凝土, 防止頻發(fā)的膨脹劑引起的工程事故和返工, 確保公路膨脹混凝土工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用耐久性。

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