膨胀剂掺量对混凝土限制膨胀率的影响研究

引言微膨胀混凝土越来越多的被应用在工程实际中，结构实体的施工质量倍受关注，所以掺入其中的主要原材料膨胀剂的正确使用显得非常重要，尤其是怎么依据设计的限制膨胀率确定膨胀剂的掺量[1]。现行标准JGJ/T178—2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》中规定，补偿收缩混凝土的限制膨胀率板梁结构≥0.015%，墙体结构≥0.020%，膨胀剂的用量为30～50kg/m3；后浇带、膨胀加强带等部位≥0.025%，膨胀剂的用量为40～60kg/m3。该标准仅推荐了一个掺量范围，使用者必须根据设计要求的限制膨胀率确定一个最佳掺量。因此如何依据设计要求的限制膨胀率来确定膨胀剂的掺量是本次试验研究主要解决的问题。本文不仅研究了限制膨胀率和掺量的线性关系，而且强调规范的施工养护对膨胀混凝土限制膨胀率的重要性。膨胀混凝土浇筑后的前14d的保湿养护很重要，因为膨胀结晶体钙矾石（C3A·3CaSO432H2O）的生成过程，需要大量的水份。在钙矾石的生成过程中，如果缺乏足够的水份，那么其生成数量将大幅度降低，从而影响膨胀混凝土的限制膨胀率，最终可能造成结构质量缺陷或问题[2]。在水中养护14d后，分别测定6%、8%、10%、12%、14%膨胀剂掺量胶砂试件的限制膨胀率，并通过3次重复性试验后，发现两者之间存在较好的相关性，二者之间建立的线性函数可以用来确定膨胀剂掺量（计算掺量）。并将研究成果用于实际生产膨胀混凝土过程中，取得了较好的结构质量控制结果。

1、试验部分

1.1原材料水泥：云南宜良红狮P·O42.5水泥；矿粉：安宁昆钢嘉华S75矿粉；膨胀剂：昆明特亚实业有限公司膨胀剂HEA，其性能指标见表1；混合砂：富明恒瑞精机制砂和普通机制砂，按6∶4混合；减水剂：江苏苏博特聚羧酸高效减水剂；拌合水：自来水。表1膨胀剂的各项性能指标1.2配合比及试验结果分析试验用砂浆配合比及胶砂试件在水中养护14d的限制膨胀率见表2。试验用14d限制膨胀率数据进行回归分析，以膨胀剂掺量为自变量x，砂浆限制膨胀率为因变量y，进行相关性的函数回归，回归趋势线和函数如图1所示。线性函数y=0.0023x+0.0034即为膨胀剂限制膨胀率与掺量之间的函数关系，相关性系数R2=0.9710，说明二者相关性较好，可按设计要求的限制膨胀率或规范要求的不同结构体设计限制膨胀率值，通过该函数计算出膨胀剂的计算掺量。表2

不同膨胀剂掺量砂浆配合比及限制膨胀率试验结果图1砂浆限制膨胀率与膨胀剂掺量的线性关系2、膨胀剂掺量及膨胀混凝土配合比的确定

2.1膨胀剂掺量按图1确定的限制膨胀率和膨胀剂掺量函数关系，根据JGJ/T178—2009规定的限制膨胀率，可计算得到膨胀剂的计算掺量，详见表3。表3规范要求的限制膨胀率对应膨胀剂计算掺量但是，由于混凝土和砂浆的膨胀收缩存在一定的差异及膨胀剂的质量波动等原因致使实际掺量与计算掺量有可能有出入[3]。所以在确定实际掺量时，需要用混凝土进行试拌验证，再采取合理的修正，最终得到微膨胀混凝土的膨胀剂掺量，从而确定施工使用配合比。简单的将计算掺量等同于实际掺量，必将造成不合理的掺量，最终可能出现结构质量事故[4]。因此，重新进行了2次试验。某膨胀加强带混凝土设计限制膨胀率为0.025%，按膨胀率和掺量的线性函数关系式y=0.0023x+0.0034，可以计算出膨胀剂计算掺量为9.4%。依此掺量进行膨胀混凝土试拌试验（选用2个不同厂家的膨胀剂，分别为样品1和样品2），按GB/T23439—2017《混凝土膨胀剂》要求测试其限制膨胀率，得出样品1、样品2的实际限制膨胀率分别为0.023%、0.028%。样品1未达到设计要求的限制膨胀率≥0.025，样品2超过了，原因是混凝土和砂浆膨胀收缩的差异以及膨胀剂的质量波动所致。这种情况下，引入限制膨胀率的修正值，计算见式（1）、（2）。只要使用的膨胀剂是合格产品，在一定范围内相同膨胀剂的掺量，限制膨胀率的增加值是不变的[5]。当限制膨胀率实测值为0.023%、0.028%时，膨胀剂的掺量按照式（1）、（2）计算，应分别调整为10.3%、8.6%。2.2膨胀混凝土配合比某工程地下室剪力墙原混凝土强度等级设计为泵送C45混凝土，为减少剪力墙开裂几率，经相关参建单位研究后确定将原来设计的普通C45混凝土改为C45微膨胀混凝土，配合比计算按普通混凝土C45配合比通过内掺膨胀剂方法计算，膨胀剂选用样品2，膨胀剂的掺量按上述计算确定为8.6%，具体配合比见表4。2.3养护条件对限制膨胀率的影响自然养护及水中养护这2种养护条件下，对C45微膨胀混凝土的限制膨胀率进行测定，见表5。由表5可知，水中养护试件的7d限制膨胀率为0.012%，14d为0.028%；自然养护的限制膨胀率7d仅为0.001%，14d为-0.027%，14d出现了养护试件收缩情况，而且收缩值较大。由此可见养护条件对膨胀剂限制膨胀率的发展尤为重要，且养护的时间不得少于14d，否则膨胀率将无法保证[6]。表5不同养护条件对混凝土限制膨胀率的影响结论

（1）限制膨胀率和掺量存在一定的线性关系为y=0.0023x+0.0034，可以用来确定微膨胀混凝土膨胀剂的计算掺量。（2）按回归函数确定的计算掺量应做混凝土限制膨胀率的验证，根据实测限制膨胀率值对计算掺量进行修正，得到膨胀剂的实际掺量，最终确定微膨胀混凝土的施工配合比。（3）掺膨胀剂的混凝土必须进行保湿养护，且养护时间不得少于14d（相关国家、行业标准规范也对此做了规定要求