230 摻膨脹劑混凝土的變形性能如何？作者：馬清浩 建筑結構不斷向高層、大跨度方向發展，給主要結構材料——混凝土的使用帶來了越來越多的問題，同時也提出了更高的性能要求。現代混凝土不再片面地追求高強度，高性能已經成為混凝土技術發展的主要方向。 水泥混凝土材料的組成決定了其硬化后具有脆性、收縮變形等屬性，如處理不當，將導致混凝土開裂，耐久性下降，影響混凝土結構的正常使用。為了克服混凝土的收縮變形，通過在混凝土中摻入膨脹劑，引入膨脹源以補償混凝土的后期收縮。在我國，膨脹劑被廣泛地應用于補償收縮混凝土，對提高混凝土防滲防裂性能起到了重要作用。但隨著膨脹劑的廣泛使用，混凝土結構工程發生開裂、滲漏的事例越來越多。主要原因在于，對膨脹劑的正確使用缺乏認識，在使用過程中具有一定的盲目性。 一、實驗 （一）原材料 水泥：Ｐ·Ｏ52.5Ｒ。 粗集料：5～25ｍｍ級配碎石，重慶歌樂山。 細集料：中砂。 膨脹劑：膨脹劑。 礦渣粉：Ｓ95級。 外加劑：緩凝高效減水劑。 （二）試驗方法 參照CBJ82—85中混凝土收縮的測試方法，改變養護條件（表１），考察養護條件對摻膨脹劑及未摻膨脹劑混凝土自由收縮率的影響，試驗中采用的混凝土配合比見表２。
二、試驗結果及分析討論 （一）試驗結果分析 從試驗中發現，混凝土中摻入膨脹劑后，養護條件不一樣，試驗結果截然不同，如圖１中的曲線Ａ-１與曲線Ａ-２所示。在混凝土中摻入膨脹劑后，早期如能保證充足的水分供給，膨脹劑效能可以得到發揮，以補償混凝土的早期收縮，并產生適度膨脹，如曲線Ａ-１所示。同樣摻加了膨脹劑的曲線Ａ-２則由于混凝土無法從外界環境中獲取足夠水分而始終表現為收縮。混凝土收縮率試驗結果見表３，圖１是根據表中數據所作曲線。
從圖１中可以看出，在標準環境［溫度：（20±２）℃，相對濕度：（60±５）％］中養護，摻加膨脹劑混凝土（對應曲線Ａ－2）與未摻膨脹劑混凝土（對應曲線Ｂ－2） 均表現為收縮，在補償收縮方面，膨脹劑發揮了一定作用，但效果不明顯。從試驗結果還可以看出，在控制混凝土收縮時，與不正確使用膨脹劑相比，采取其他一些措施（如改善養護條件）卻能達到更好的效果。 （二）機理分析 摻入硫鋁酸鈣類膨脹劑的混凝土混合料加水后，膨脹劑與水泥熟料礦物以及石膏等快速溶解產生Ca2+，SO４２－，AlO２－，OH－等離子，形成鈣礬石過飽和溶液，這些離子通過濃差擴散聚集在一起，其形成過程可用下面的方程來表示。 3Ca（OH）2+3 SO４２－+3CaO·Al2O3·６H2O+26H2O →3CaO·Al2O3·3ＣaSO4·32Ｈ2Ｏ+６OH－ 鈣礬石（AFt）晶體中含有大量結晶水，固相體積增加約1.5倍。合理利用AFt的這一特性，可補償混凝土的早期收縮，這也是補償收縮混凝土的原理所在。 從上式可以看出，形成一個AFt需要結合31（或32） 個水分子。因此，養護條件的濕度對AFt的形成影響很大，當相對濕度小于80％時，鈣礬石的形成將受到明顯抑制。 這解釋了試驗Ａ-１在14ｄ中表現為膨脹，而同樣摻有膨脹劑的試驗Ａ-２卻表現為收縮的現象。 三、使用膨脹劑時應注意的一些問題 （一）水膠比變化可能帶來的問題 高強和高性能混凝土的推廣，使得混凝土的水膠比降到0.4或0.3甚至于更低，而混凝土中的自由水隨水膠比的降低而減少，當摻有膨脹劑時，膨脹劑中的CaSO4的溶出量隨自由水的減少而減少。因此當水膠比很低時，膨脹劑參與水化而產生膨脹的組分數量會受到影響，那么，早期未參與水化的膨脹劑組分，在混凝土使用期間在合適的條件下，可能生成二次鈣礬石（或稱延遲生成鈣礬石，Delayed Ettring Formation，簡稱DEF）而破壞混凝土結構。這方面的問題目前還缺少試驗數據，尚需要進行試驗研究。而且由于DEF有較長的潛伏期，對結構的破壞作用是逐漸產生的，而大體積混凝土又往往是隱蔽工程，造成的破壞是難以檢查和修復的。 同時，水膠比要影響混凝土的強度，過高的強度特別是早期強度會抑制混凝土膨脹的發展，而較低的強度特別是早期強度會導致更多的膨脹變為無效膨脹，消耗在塑性狀態的混凝土中，使得有效膨脹率減少。 （二）摻有膨脹劑混凝土的養護問題 工程上使用硫鋁酸鈣類膨脹劑的混凝土，在水化硬化初期，如果不給予充分的濕養護，將不能形成足夠的AFt來補償收縮，而在混凝土硬化后，未水化的膨脹劑繼續從空氣中吸收水分水化形成AFt，可能導致混凝土膨脹開裂。 |
