混凝土膨脹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范條文說明
2006-11-10 00:00
膨脹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范條文說明
8.1 品種
8.1.1 膨脹劑種類較多,從國內(nèi)外應(yīng)用效果和可靠性來看,以形成鈣礬石和氫氧化鈣的膨脹劑穩(wěn)定。因此,本規(guī)范包括三種膨脹劑:硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣-氧化鈣類和氧化鈣類。
8.2 使用范圍
8.2.1 表8.2.1規(guī)定了膨脹劑的適用范圍。普通混凝土摻入膨脹劑后,混凝土產(chǎn)生適度膨脹,在鋼筋和鄰位約束下,可在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中建立一定的預(yù)壓應(yīng)力,這一預(yù)壓應(yīng)力大致可抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的干縮拉應(yīng)力,補(bǔ)償部分水化熱引起的溫差應(yīng)力,從而防止或減少結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害裂縫。應(yīng)指出,膨脹劑主要解決早期的干縮裂縫和水化熱引起的溫差收縮裂縫,對于后期天氣變化產(chǎn)生的溫差收縮是難以解決的,只能通過配筋和構(gòu)造措施加以控制。因此,膨脹劑最適用于環(huán)境溫差變化較小的地下、水工、海工、隧道等工程,可達(dá)到抗裂防滲效果。對于溫差較大的結(jié)構(gòu)(屋面、樓板等)必須采取相應(yīng)的構(gòu)造措施,才能控制有害裂縫。
8.2.2 由于水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)在80℃以上會分解,導(dǎo)致強(qiáng)度下降,故規(guī)定硫鋁酸鈣類膨脹劑和硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑,不得用于長期處于環(huán)境溫度為80℃以上的工程。
8.2.3 氧化鈣類膨脹劑水化產(chǎn)生的Ca(OH)2,其化學(xué)穩(wěn)定性和膠凝性較差,它與Cl-、SO=、Na+、Mg++等離子置換反應(yīng),形成膨脹結(jié)晶體或被溶析出來,從耐久性角度,該膨脹劑不得用于海水和有浸蝕水的工程。
8.2.4 膨脹劑主要用于配制補(bǔ)償收縮混凝土,結(jié)構(gòu)自防水和大體積混凝土工程。當(dāng)提高膨脹劑摻量時(shí),可配制大限制下的填充性膨脹混凝土和二次灌注用的膨脹砂漿,以及用于制造壓力管的自應(yīng)力混凝土。
8.2.5 膨脹劑的摻入會使混凝土的早期水化熱提高,為防止或減少混凝土溫度裂縫,其內(nèi)外溫差一般宜小于25℃。
8.3 膨脹混凝土(砂漿)的性能要求
8.3.1 補(bǔ)償收縮混凝土性能指標(biāo)的確定,一是在不影響抗壓強(qiáng)度條件下膨脹率要盡量增大;二是干縮落差要小。本規(guī)范中補(bǔ)償收縮混凝土(砂漿)的膨脹性能,以限制條件下的膨脹率和干縮率表示。因?yàn)榛炷潦湛s受到限制才會產(chǎn)生裂縫,而混凝土膨脹在限制條件下才能產(chǎn)生預(yù)壓力(σc),美國ACI223委員會規(guī)定σc=0.2~0.7Mpa,根據(jù) σc=μ·Es·ε2公式,(μ-配筋率,Es-鋼筋彈性模量,ε2-限制膨脹率),確定ε2值的大小。
本規(guī)范規(guī)定,試件尺寸為100×100×300mm,中間預(yù)埋兩端帶鋼板的Φ10mm鋼筋,配筋率μ=0.785%,鋼筋的彈性模量取Es≈2×105Mpa,則:
σc =0.785×10-2×2×105×ε2=1.57×103×ε2(MPa)
當(dāng)ε2=0.015%,σc=0.24MPa;ε2=0.03%,σc=0.47MPa
當(dāng)ε2=0.4%, σc =0.63MPa;ε2=0.05%,σc=0.78MPa
通過計(jì)算得出膨脹自應(yīng)力σc =0.2~0.7MPa時(shí),其限制膨脹率ε2的最大值為0.05%,最小值為0.015%。因此本規(guī)范規(guī)定補(bǔ)償收縮混凝土水中養(yǎng)護(hù)14天的限制膨脹率≥1.5×10-4。美國規(guī)定限制膨脹率為3×10-4,日本規(guī)范為1.5×10-4以上。根據(jù)我國大量試驗(yàn)結(jié)果,ε2=(2.5~4.0)×10-4,其補(bǔ)償收縮效果較好。
關(guān)于限制干縮率規(guī)定值,我國原規(guī)范與日本規(guī)范一樣,試件放入20±3℃,相對濕度60±5%下六個(gè)月,干縮率≤4.5×10-4,通過大量試驗(yàn)表明,摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土的干縮率比空白混凝土降低30%左右,即其收縮落差小。
鑒于測定干縮率的養(yǎng)護(hù)期太長,不利于工程應(yīng)用,因此,本規(guī)范通過大量試驗(yàn),規(guī)定試件水養(yǎng)14天后,放入干空試驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)28天(從初長開始計(jì)算為42天),其干縮率應(yīng)不大于3.0×10-4。
8.3.2 填充膨脹混凝土主要應(yīng)用于大限制下的結(jié)構(gòu)后澆縫、伸縮縫、大壩回填槽和鋼管混凝土等。該混凝土的膨脹系數(shù)應(yīng)比補(bǔ)償收縮混凝土適當(dāng)大些,它產(chǎn)生的膨脹壓力對新老混凝土粘結(jié)更有利。通過大量試驗(yàn)與工程實(shí)踐,填充性膨脹混凝土產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力值σc=0.5~1.0MPa為宜,因此,本規(guī)范規(guī)定,該混凝土在水中養(yǎng)護(hù)14天的限制膨脹率≥2.5×10-4,隨后放在干空養(yǎng)護(hù)28天,其干縮率應(yīng)不大于3.0×10-4。
8.3.3 由于填充用膨脹混凝土摻膨脹劑較大,早期膨脹較大,對強(qiáng)度影響較大,故規(guī)定試件成型帶模養(yǎng)護(hù)3天拆模,再放入水中養(yǎng)護(hù)至28天,測定其抗壓強(qiáng)度,這樣與實(shí)際工程接近。試驗(yàn)表明,該混凝土的抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于30.0MPa。
8.3.4 灌漿用膨脹砂漿用于設(shè)備或接縫二次灌注,屬于大流動度無收縮高強(qiáng)灌注料,這次對其性能指標(biāo)作了調(diào)整,與國際同類產(chǎn)品性能基本相同。灌漿用膨脹砂漿豎向膨脹率測定方法按附件C進(jìn)行。其性能要求3d膨脹率≥0.1%,7d≥0.2%,達(dá)到無收縮的要求,以保證灌注砂漿緊密地填充二次灌注的空間,硬化后不產(chǎn)生收縮。
8.3.5 摻入15~30%膨脹劑可配制成自應(yīng)力混凝土,目前,只限于制造自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管。對該混凝土性能的技術(shù)指標(biāo),應(yīng)符合“自應(yīng)力硅酸鹽水泥”建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。(JC/T218-1995)。
8.4 設(shè)計(jì)要求
8.3.1 摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土大多應(yīng)用于控制有害裂縫的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程?;炷恋呐蛎浿挥性谙拗茥l件下才能產(chǎn)生予壓應(yīng)力。所以,構(gòu)造(溫度)鋼筋的設(shè)計(jì)對該混凝土有效膨脹能的利用和分散收縮應(yīng)力集中起到重要作用,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者必須根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)部位,采取相應(yīng)的合理配筋和分縫。以往絕大多數(shù)設(shè)計(jì)圖紙只寫混凝土摻入膨脹劑,強(qiáng)度等級,抗?jié)B標(biāo)號。對混凝土的限制膨脹率沒有提出具體要求,造成膨脹劑少摻或誤摻,達(dá)不到補(bǔ)償收縮而出現(xiàn)有害裂縫,根據(jù)本規(guī)范要求,摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土水中養(yǎng)護(hù)14d的限制膨脹率≥0.015%,相當(dāng)在結(jié)構(gòu)中建立的予壓應(yīng)力大于0.2MPa。實(shí)際上,混凝土的膨脹率最好控制在0.02~0.03%,填充用膨脹混凝土的膨脹率應(yīng)在0.035~0.045%。施工單位或混凝土攪拌站應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求,確定膨脹劑的最佳摻量,在滿足混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B要求下,同時(shí)要達(dá)到補(bǔ)償收縮混凝土的限制膨脹率。只有這樣,才能獲得控制結(jié)構(gòu)有害裂縫的效果。所以,當(dāng)采用膨脹劑時(shí),請結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)圖紙上注明:“采用摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土,強(qiáng)度等級,抗?jié)B標(biāo)號,水中養(yǎng)護(hù)14d的混凝土限制膨脹率≥0.015%(或更高些)”。
8.4.2 由于墻體受施工和環(huán)境溫濕度等因素影響較大,容易出現(xiàn)縱向收縮裂縫,混凝土強(qiáng)度等級越高,開裂機(jī)率越多。工程實(shí)踐表明,墻體的水平構(gòu)造(溫度)鋼筋的配筋率宜在0.4~0.6%,水平筋的間距應(yīng)小于150mm,采取細(xì)而密的配筋原則。由于墻體受底板或樓板的約束較大,混凝土脹縮不一致,宜在墻體中部或端部設(shè)一道水平暗梁,這樣,有利于控制墻體有害裂縫的出現(xiàn)。
8.4.3 對于墻體與柱子相連的結(jié)構(gòu),由于墻與柱的配筋率相差較大,混凝土脹縮變形與限制條件有關(guān),由于應(yīng)力集中原因,在離柱子1~2m的墻體上易出現(xiàn)縱向收縮裂縫。工程實(shí)踐表明,應(yīng)在墻柱連接處設(shè)水平附加筋,附加筋的長度為1500~2000mm,插入柱子中200~300mm,插入墻體中1200~1600mm,該處配筋率提高10~15%。這樣,有利于分散墻柱間的應(yīng)力集中,避免縱向裂縫的出現(xiàn)。
8.4.4 結(jié)構(gòu)開口部和突出部位因收縮應(yīng)力集中易于開裂,與室外相連的出入口受溫差影響大也易開裂,這些部位應(yīng)適當(dāng)增加附加筋,以增強(qiáng)其抗裂能力。
8.4.5 對于樓板,為減少有害裂縫(規(guī)范規(guī)定裂縫寬度小于0.3mm),可采用補(bǔ)償收縮混凝土澆筑,但設(shè)計(jì)上要求采用細(xì)而密的雙向配筋,構(gòu)造筋間距小于150mm,配筋率在0.6%左右,對于現(xiàn)澆混凝土防水屋面,應(yīng)配雙層鋼筋網(wǎng),鋼筋間距小于150mm,配筋率在0.5%左右。樓面和屋面受大氣溫差影響較大,其后澆縫最大間距不宜超過50m。
8.4.6 由于地下室和水工構(gòu)筑物長期處于潮濕狀態(tài),溫差變化不大,最宜用補(bǔ)償收縮混凝土作結(jié)構(gòu)自防水。大量工程實(shí)踐表明,與樁基結(jié)合的底板和大體積混凝土底板,用補(bǔ)償收縮混凝土可不作外防水。但邊墻宜作附加防水層。底板和邊墻后澆縫最大間距可延長至60m,后澆縫回填時(shí)間可縮短至28d。
8.5 施工
8.5.1 摻膨脹劑混凝土對原材料的要求
膨脹劑應(yīng)符合JC476《混凝土膨脹劑》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。按供貨單位推薦摻量進(jìn)行檢測,合格者才能使用。
由于膨脹劑的品種和摻量不同,它與水泥、化學(xué)外加劑和摻合料存在適應(yīng)性問題。因此,要進(jìn)行混凝土試配。
8.5.2 摻膨脹劑的混凝土配合比設(shè)計(jì)參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55。鑒于我國混凝土大多摻入粉煤灰、礦渣粉或沸石粉等摻合料,膨脹劑可視為特殊摻合料,因此,規(guī)定膨脹混凝土(砂漿)的最低膠凝材料用量(水泥、膨脹劑和摻合料的總量)。大體積混凝土宜用粉煤灰或礦渣粉、膨脹劑和緩凝高效減水劑“三摻”的補(bǔ)償收縮混凝土,可降低溫控措施成本。水灰比改為水膠比更合理,可發(fā)揮補(bǔ)償收縮混凝土的抗裂防滲效應(yīng),其水膠比不宜大于0.5。
我國膨脹劑品種有10多個(gè),按JC476標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,膨脹劑最大摻量(替代水泥率)不宜超過12%。近年我國已研制生產(chǎn)低堿低摻量膨脹劑,對于補(bǔ)償收縮混凝土,膨脹劑推薦最低摻量不宜小于6%。對于填充用膨脹混凝土,膨脹劑推薦摻量為10~15%。
原規(guī)范膨脹劑摻量以水泥用量為基數(shù),不夠合理。新規(guī)范改為膠凝材料總量為基數(shù),在有摻合料的情況下,如果膨脹劑和摻合料都分別取代水泥用量的話,則單方水泥實(shí)際用量大為減少,混凝土強(qiáng)度必然受到影響。經(jīng)大量工程實(shí)踐證明,膨脹劑摻量應(yīng)分別取代水泥和摻合料是合理的。
必須指出,膨脹劑的摻量必須滿足表8.2.1和表8.2.2中的限制膨脹率和限制干縮率的規(guī)定值,否則就難以達(dá)到抗裂防滲的效果。這就要求混凝土攪拌站和建筑公司試驗(yàn)室添置測定膨脹劑砂漿和混凝土限制膨脹率的儀器設(shè)備,以及專門的檢驗(yàn)人員,這樣才能鑒定入庫膨脹劑是否合格,配制的補(bǔ)償混凝土是否達(dá)到本規(guī)范的膨脹率要求。
8.5.3 膨脹劑可與其他混凝土外加劑復(fù)合使用,但必須經(jīng)過試驗(yàn)確定外加劑品種和摻量,不得濫用。含氯鹽的外加劑會對鋼筋銹蝕,故膨脹劑不得與氯鹽外加劑復(fù)合使用。
8.5.4 粉狀膨脹劑應(yīng)與混凝土其他原材料有序投入攪拌機(jī)中,膨脹劑重量應(yīng)按施工配合比投料,重量誤差小于±2%,不得少摻或多摻??紤]混凝土的勻質(zhì)性,其拌制時(shí)間比普通混凝土延長30s。
8.5.5 摻膨脹劑的混凝土澆筑方法和技術(shù)要求與普通混凝土基本相同,混凝土的震搗必須密實(shí),不得漏震、欠震和過震。在混凝土終凝以前,要用人工或機(jī)械多次抹壓,防止表面沉縮裂縫的產(chǎn)生,以免影響外觀質(zhì)量。后澆縫中雜物必須清除干凈,充分予濕,然后以填充用膨脹混凝土澆筑。
8.5.6 摻膨脹劑的混凝土要特別加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),膨脹結(jié)晶體鈣礬石(C3A·3CaSO4·32H2O)形成需要水,補(bǔ)償收縮混凝土澆筑后1-7d濕養(yǎng)護(hù),才能發(fā)揮混凝土的膨脹效應(yīng)。如不養(yǎng)護(hù)或養(yǎng)護(hù)馬虎,就難以發(fā)揮膨脹劑的補(bǔ)償收縮作用。底板或樓板較易養(yǎng)護(hù),能蓄水養(yǎng)護(hù)最好,一般用麻包袋或草席復(fù)蓋,定期澆水養(yǎng)護(hù)。墻體等立面結(jié)構(gòu),受外界溫度、濕度影響較大,容易發(fā)生豎向裂縫。工程實(shí)踐表明,混凝土澆筑完3~4d內(nèi)水化熱溫升最高,而抗拉強(qiáng)度很低,如果早拆模板,墻體內(nèi)外溫差較大而易于開裂。因此,墻體模板拆除時(shí)間宜不少于3d。墻體澆筑完后,應(yīng)從頂部設(shè)水管噴淋,模板拆除后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至7d。冬季施工不能澆水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)不少于14d,并進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。
8.5.7 用于二次灌注的灌漿用膨脹砂漿,由于流動度大,一般不用機(jī)械振搗,為排除空氣,可用人工插搗。澆筑抹壓后,對暴露部分要及時(shí)復(fù)蓋。在低于5℃時(shí)應(yīng)采取保溫保濕養(yǎng)護(hù)措施。
8.6 混凝土的品質(zhì)檢查
8.6.1 摻膨脹劑的混凝土品質(zhì)檢驗(yàn)與普通混凝土的主要區(qū)別是增加一項(xiàng)混凝土限制膨脹率測量,這是確保膨脹混凝土抗裂防滲性能的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。
8.6.2 膨脹混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B等級,其抽樣檢測參照普通混凝土品質(zhì)的檢驗(yàn)方法。
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