不同顆粒粒徑區(qū)間膨脹劑膨脹性能、膨脹速率的研究

　　摘要：本文針對(duì)兩種不同顆粒粒徑范圍的膨脹劑，進(jìn)行膨脹性能、膨脹速率的研究。依據(jù)膨脹性能、膨脹速率與膨脹劑顆粒粒徑范圍的相關(guān)關(guān)系，確定膨脹劑的最佳顆粒粒徑區(qū)間，以指導(dǎo)混凝土膨脹劑在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的工藝。

　　關(guān)鍵詞：顆粒粒徑；膨脹劑；膨脹性能；膨脹速率

　　引言

　　由于膠凝材料的水化反應(yīng)，實(shí)體結(jié)構(gòu)內(nèi)、外部溫度及濕度的變化等綜合因素的影響，混凝土在硬化及使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生體積收縮。對(duì)于混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)而言，收縮在受到基礎(chǔ)、內(nèi)部鋼筋、強(qiáng)約束柱等約束限制時(shí)，產(chǎn)生收縮拉應(yīng)力，一旦該收縮拉應(yīng)力值超過(guò)了此時(shí)混凝土的極限抗裂強(qiáng)度，混凝土便會(huì)產(chǎn)生收縮開(kāi)裂[1]。實(shí)際鋼筋混凝土工程中，如大體積混凝土、超長(zhǎng)無(wú)縫施工、工程接縫填充等，在混凝土中摻入一定量的膨脹劑補(bǔ)償混凝土收縮，甚至形成一定的預(yù)壓應(yīng)力來(lái)控制混凝土裂縫的做法已得到普遍應(yīng)用[2,3]。影響膨脹劑的質(zhì)量除了膨脹熟料自身性能外，膨脹劑的顆粒組成也是一個(gè)很重要的因素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同膨脹源及混磨工藝配置的膨脹劑顆粒粒徑組成進(jìn)行了大量的試驗(yàn)及理論研究，其得出的合理顆粒粒徑組成也各不相同，但其研究對(duì)象主要集中在傳統(tǒng)的鋁酸鹽-硅酸鹽[4]、氧化鈣、硫鋁酸鈣型[5,6]及以鋁酸鈣熟料和硬石膏為主要成分的膨脹劑[7,8]，而對(duì)于以硫鋁酸鈣-氧化鈣雙膨脹源的高性能膨脹劑的合理顆粒粒徑組成研究較少。因此本文將對(duì)以兩種粒徑的硫鋁酸鈣-氧化鈣雙膨脹源的高性能膨脹劑進(jìn)行一定的試驗(yàn)研究。

　　1試驗(yàn)部分

　　1.1原材料

　　水泥：混凝土試驗(yàn)采用華新P·O42.5水泥；膠砂試驗(yàn)采用基準(zhǔn)水泥。

　　膨脹劑：選用武漢三源特種建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的兩種不同粒徑組成的高性能膨脹劑，采用同一種熟料粉磨出的a樣和b樣，其中a樣為未經(jīng)過(guò)顆粒調(diào)配的生產(chǎn)樣，b樣為經(jīng)過(guò)工藝調(diào)整后得到的合理顆粒粒徑組成的生產(chǎn)樣。

　　砂：湖北巴河生產(chǎn)，細(xì)度模數(shù)2.7。

　　石子：湖北烏龍泉生產(chǎn)，連續(xù)級(jí)配5~31.5mm。

　　減水劑：華爍HSPC－8A高性能聚羧酸系減水劑。

　　粉煤灰：湖北青山電力實(shí)業(yè)公司生產(chǎn)，Ⅰ級(jí)粉煤灰。水泥及膨脹劑的化學(xué)分析表見(jiàn)表1。

　　1.2粒徑分析試驗(yàn)

　　采用激光粒度儀對(duì)a、b兩種顆粒粒徑組成的樣品進(jìn)行粒度分析。

　　1.3膠砂試驗(yàn)

　　依據(jù)GB23439—2009《混凝土膨脹劑》中提供的材料配比及檢測(cè)方法進(jìn)行膠砂試驗(yàn)，a、b兩種膨脹劑摻量均為內(nèi)摻10%。

　　1.4混凝土試驗(yàn)

　　采用C35混凝土進(jìn)行膨脹率及強(qiáng)度的成型，坍落度控制（180±20）mm，養(yǎng)護(hù)和測(cè)試按GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，a、b兩種膨脹劑樣品摻量均為內(nèi)摻10%?？瞻捉MC35混凝土配合比見(jiàn)表2。

　　1.5膨脹速率試驗(yàn)

　　將摻有a、b兩種顆粒組成的膨脹劑分別攪拌完成后，直接放入帶有限制膨脹桿的鋼模內(nèi)，采用NEL-NES型混凝土收縮變形測(cè)定儀非接觸式探頭從混凝土塑性期開(kāi)始測(cè)試其膨脹變化，由膨脹率的變化確定兩種膨脹劑的膨脹速率。

　　2試驗(yàn)結(jié)果及討論

　　2.1粒度分析結(jié)果

　　a、b兩種顆粒組成的膨脹劑粒度分析如圖1所示，各區(qū)間段粒徑的占比見(jiàn)表3，從圖1及表3可以看出，a樣品中0～45μm顆粒占比70.8%，b樣品僅占16.73%，且其顆粒區(qū)間主要集中在45~150μm區(qū)間段內(nèi)，占比77.62%，a樣該區(qū)間段占比僅為28.44%。從粒徑分析結(jié)果表明b樣顆粒組成更滿足文獻(xiàn)[7]、[8]中提到的“中間大、兩頭小”的結(jié)論，其膨脹性能更優(yōu)。

　　2.2粒徑區(qū)間對(duì)膠砂限制膨脹率的影響

　　膠砂限制膨脹率隨齡期變化關(guān)系如圖2所示，從圖2可以看出，同種條件下，a樣膨脹劑膨脹率明顯要高于b樣膨脹劑，在水養(yǎng)條件下，b樣膨脹劑7天膨脹率在15以上。因此，合理的顆粒調(diào)配能夠有效地提高膨脹劑的膨脹率，通過(guò)調(diào)配膨脹劑中顆粒級(jí)配可以滿足補(bǔ)償收縮混凝土對(duì)不同大小膨脹率的要求。同時(shí)，在膨脹率一定的條件下，可以實(shí)現(xiàn)降低膨脹劑摻量，節(jié)約資源成本的效果。

　　2.3粒徑區(qū)間對(duì)混凝土性能的影響

　　2.3.1粒徑區(qū)間對(duì)混凝土施工性能的影響按照表1施工配合比，通過(guò)a、b兩種不同粒徑組成的膨脹劑，其混凝土的施工性能影響結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以看出，相同條件下，與空白組相比較，摻b樣膨脹劑混凝土的各項(xiàng)施工性能與空白組基本接近，摻a樣膨脹劑混凝土的擴(kuò)展度及坍落度有輕微降低，同時(shí)坍落度損失也較空白組大，凝結(jié)時(shí)間提前。說(shuō)明經(jīng)過(guò)合理顆粒粒徑搭配的膨脹劑能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)混凝土的各項(xiàng)施工性能無(wú)較大影響。

　　2.3.2粒徑區(qū)間對(duì)混凝土膨脹率及強(qiáng)度的影響混凝土限制膨脹率及強(qiáng)度隨齡期變化關(guān)系如圖3、圖4所示，b樣膨脹率明顯要高于a樣膨脹率，14d膨脹率在4.2×10-4左右。同時(shí)，強(qiáng)度均高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求。其主要是由于b樣膨脹劑對(duì)45μm以下的顆粒占比降低，而提高了45～150μm有效膨脹的顆粒區(qū)間，從而能夠有效地減少膨脹劑在塑性期的損失[6]，提高膨脹劑的有效膨脹能。

　　2.4粒徑區(qū)間對(duì)膨脹速率的影響

　　兩種膨脹劑從混凝土成型至膨脹開(kāi)始期間的膨脹率隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖5所示，從圖5可以看出，a樣的膨脹速率明顯要快于b樣，且膨脹主要集中在7～30h內(nèi)，而b樣膨脹速率在早期反應(yīng)較慢，而后逐步加快，膨脹周期較長(zhǎng)，從7h開(kāi)始膨脹到50h內(nèi)，其膨脹能逐漸釋放出來(lái)，從而能減少由于早期混凝土仍在塑性階段而損失掉部分的膨脹能，能夠有效地將膨脹劑的膨脹能用于補(bǔ)償混凝土的各項(xiàng)收縮，達(dá)到對(duì)混凝土抗裂防滲的效果。

　　結(jié)論（1）膨脹性能更好的顆粒粒徑組成應(yīng)滿足“兩頭小、中間大”的特點(diǎn)。

　?。?）通過(guò)調(diào)整工藝生產(chǎn)的合理粒徑區(qū)間膨脹劑其各項(xiàng)性能均要優(yōu)于普通的生產(chǎn)樣，且摻該膨脹劑的混凝土各項(xiàng)性能均較好。

　?。?）經(jīng)工藝調(diào)整生產(chǎn)的合理粒徑區(qū)間的膨脹劑能有效提高膨脹劑的膨脹能，可實(shí)現(xiàn)低摻量，達(dá)到節(jié)約資源的目的。

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