UEA补偿收缩混凝土的性能及应用.docx

1、UEA补偿收缩混凝土的性能及应用.UEA补偿收缩混凝土的性能及应用一、 前言 普通混凝土是用途极广的建筑材料。由于它的极限延伸率较低，在干缩、徐变、温度等作用下易引起开裂，导致混凝土工程渗漏、钢筋锈蚀，影响使用功能和使用寿命。为此，国内外工程界在材料、设计和施工等方面进行了许多研究工作。在材料方面国内外学者一致认为：采用膨胀剂或膨胀水泥配制的补偿收缩混凝土，代替普通混凝土是较理想的材料。水泥石水化硬化过程中产生的体积膨胀，在钢筋等限制条件下，补偿收缩混凝土可产生0.20.7MPa预压应力(即自应力)，能抵消或部分抵消由混凝土干缩、徐变、温度等引起的拉应力，从而提高混凝土工程的抗裂性能。由于钙矾

2、石填孔作用，使水泥石中的大孔变小，总孔隙率减小，从而改善了混凝土的孔结构，提高了混凝土的抗渗性能。中国建材研究院是中国膨胀水泥、膨胀剂、膨胀砼研究的发祥地，对补偿收缩砼、自应力砼的研究与应用已有近四十年的历史，在这一领域处国际领先地位。采用膨胀水泥配制补偿收缩混凝土，因价格、运输和供应等因素的影响，广泛推广应用受到一定限制。为了适应程的需要，我院在以往研究膨胀水泥的基础上，研究成功了U型混凝土膨胀剂(简称UEA)。申请了国家发明专利。 1988年，“U型混凝土膨胀剂的研制和应用技术”通过了部级鉴定，建设部、国家建材局把UEA列为1993年全国建筑防水新材料推广项目【(93)建科字第014号】。

3、建设部制订了UEA补偿收缩混凝土防水工法(YJGF.2292)。1994年UEAM多功能高效混凝土膨胀剂、1996年低碱UEA膨胀剂通过部级鉴定，并被列为国家级新产品，2003年新型高效硫铝酸钙混凝土膨胀剂通过省部级鉴定。目前，UEA有30多个工厂生产，是国内产量最大、应用最广的混凝土膨胀剂，产品主要销往国内，1991年，1992年，“U型混凝土膨胀剂的研制和应用技术分别获得国家建材局、国家科委科学技术进步二等奖。 膨胀剂是从膨胀水泥中派生出来的混凝土外加剂，由于它应用方便、灵活、用其配制的补偿收缩混凝土和其它混凝土成本低，具有广泛的应用前景。这些优点已被全国各地千余项，及国外一些重要工程所证

4、实，表明了它的优异性和良好的经济与社会效益。 二、 UEA补偿收缩混凝土性能 (一)混凝土硬化前性质 1.塌落度及塌落度损失 图2-l是相同水灰比条件下混凝土中UEA掺量与其塌落度的关系曲线。当UEA的掺量在8%以下时，塌落度基本上无变化，掺量大于8%以后，随掺量增加，塌落度也有一定程度的增加，表明UEA有一定减水作用。 .图2-2是UEA混凝土与普通混凝土塌落度损失的对比曲线。掺有UEA膨胀剂的混凝土的塌落度损失较普通混凝土稍大。在施工中远距离运输时，应考虑UEA混凝土塌落度损失问题。 2. 含气量和泌水性 从表2-1结果可知，加入UEA后，含气量减小，泌水性降低。表2-1 含气量和泌水性

5、UEA掺量（%） 混凝土配比 水灰比W/C 含气量(绝对值) （%） 泌水性（%） 0 10 12 1：1.85：3.13 0.51 2.15 1.60 1.85 1.03 不泌水 不泌水 3.混凝土拌合物的凝结时间 用贯入阻力法测定了UEA混凝土凝结曲线。 由图2-3可得出，未掺UEA的普通混凝土初、终凝时间分别为5：00和7：00，掺12UEA的混凝土为4：25和6：25。混凝土的凝结时间缩短了。但是这种提前非常有限，不会影响施工。掺入10%UEA的混凝土初，终凝时间分别为5：10和l 7：1 5，与未掺UEA的普通混凝土相似。总的.来说，掺UEA后，混凝上凝固前的性质与普通混凝上差不多。

6、所不同的是凝结时间稍短一些，塌落度损失稍快些.如果是远距离运输混凝土拌合物。可在其中适当地加入缓凝型减水剂，以改变混凝土的流变性能，适应施工要求。 (二)混凝土硬化后性质 1.限制膨胀率及影响因素 补偿收缩混凝土的限制膨胀率是这种混凝土最重要的性能，它的大小及收缩落差直接影响到工程的抗裂程度，是抗裂防渗的重要指标，合理的限制膨胀率为1.274.0104，亦即自应力值为0.20.8MPa。保证足够大的限制膨胀率是确保工程不裂不渗的前提。 (1)混凝土膨胀性能与UEA掺量的关系 图2-4表明，随着UEA掺量的增加，UEA混凝土的限制膨胀率亦增大。UEA掺量8-14%时，膨胀率为2-410-4，自应

7、力值为0.30.8MPa。限制膨胀率试验是用101030cm试件，中间放入10mm钢筋，配筋率0.79% (2)水灰比对混凝土膨胀率的影响 水灰比是影响混凝土强度的重要因素，而强度与膨胀之间有密切关系。因此水灰比对膨胀率也一定有影响.图2-5中曲线表明，水灰比小，膨胀率大。如果水灰比过大，膨胀发生在混凝土的塑性阶段，膨胀能被消耗于填充水分等留下的孔隙和其它方向的变形上，有效变形减少。.(3)粗集料对混凝土膨胀率的影响 表2-2列出了卵石和碎石对混凝上膨胀率和自应力值的影响。由于碎石的表面粗糙，粘结面积大，与水泥之间的胶合力高，所以膨胀率比卵石混凝土小。 表2-2 粗集料对混凝土膨胀率的影响 编

8、号 石子 UEA (%) W/C 自由膨胀率(10-4) 限制膨胀率(10-4)自应力值(MPa) 水养 标准养护 水养 标准养护 3天 7天 14天 28天 45天 60天 3天 7天 14天 28天 45天 60天 U30 卵石 12 0.52 3.75 5.85 6.29 7.69 8.17 8.75 1.90 /0.30 3.19 /0.50 3.20 /0.50 3.43 /0.53 3.63 /0.56 4.30 /0.67 U4：碎石 12 0.52 2.30 4.49 4.56 5.56 5.76 6.22 1.44 /0.23 l.88 /0.30 1.66 /0.26 2.

9、53 /0.39 2.87 /0.45 3.39 /0.53 (4)不同配筋率对混凝土膨胀率和自应力值的影响 大量研究表明，在小配筋率范围内，自应力值随配筋率增加而增加。表23是不同配筋率下混凝土的膨胀率和自应力值(C+UEA=380kgm3)。从表2-3可看出，当配筋率在0.4%1.57%范围，限制膨胀率随配筋率增加而减小，自应力值增加表2-3 配筋率对混凝土膨胀率和自应力值的影响 编号 配筋率 () 水中限制膨胀率(104)自应力值(MPa) l天 3天 7天 14天 28天 6月 U26 U27 U2a 0.24 1.03 1.57 3.4O.15 1.70.36 1.80.50 5.1

10、0.22 2.10.44 2.30.64 5.60.24 2.40.51 2.70.75 6.20.27 2.80.60 2.90.80 6.30.27 2.80.60 3.10.86 6.70.28 3.20.68 3.30.91 (5)水泥用量对混凝土膨胀率的影响 表2-4是在三种不同水泥用量条件下，混凝上的膨胀率和自应力值的数据。膨胀剂内掺13%，配筋率为1.08%。试验表明，每立方米混凝上水泥用量多，含UEA量相对增多，其膨胀率大，自应力值也越高。 表2-4 水泥用量对混凝土膨胀率的影响 编号 水泥用量 (kg/3) 塌落度 (cm) 水中限制膨胀率(104)自应力值(MPa) l天

11、3天 7天 28天 3月 6月 U29 U30 U31 350 400 450 3.3 5.5 3.7 2.40.51 3.O0.64 1.90.40 2.10.44 3.70.73 1.50.32 3.50.75 1.70.36 1.60.34 3.7073 1.90.40 2.10.40 4.30.91 1.90.40 2.10.43 4.30.91 (6)养护方法对膨胀性能的影响 . UEA混凝土的养护非常重要，应该引起使用单位的充分重视。图26是五种不同养护制度与膨胀率之间的关系曲线。 长期在水中养护的试件可获得最大的膨胀率。因为UEA水泥水化过程中，生成水化硫铝酸钙需要大量的水分，为

12、了能更好地发挥UEA混凝士的效能，浇注后浇水养护1014天是非常必要的。 2.强度与UEA掺量的关系 膨胀混凝土的强度分为自由膨胀强度和限制膨胀强度两种。自由膨胀强度通常随着膨胀值的增加而下降。而对限制膨胀强度则与上述规律不尽相同。在限制条件下，一定的膨胀能够使混凝土结构更加密实，从而提高强度。图2-7为自由膨胀条件下的抗压强度。 结果表明，随着UEA掺量增加，混凝上强度有所下降，符合膨胀混凝土的一般强度规律。应该指出，在实际工程中UEA混凝土大多处于各种不同的限制状态，因此。其强度值将比自由膨胀强度值高。表2-5是自由膨胀和限制膨胀的强度值，其中限制膨胀的强度值是用lO1010cm的试件带模

13、养护到龄期，再破型。不难发现限制条件下(限制配筋是联接模板的螺栓)混凝土的强度均大于自由条件下的值。 限制膨胀的强度高于自由膨胀强度的原因是：水泥混凝土水化硬化时。生成大量的钙矾石晶体，这种晶体随水化的进行不断长大、连生，在结晶压力下产生了混凝土的膨胀。由于钙矾石是一种细长的柱状或针状晶体，所以这种晶体搭成的骨架结构中留下了许多孔隙。在自由膨胀条件下钙矾石晶体生长得粗大，孔隙率也较大，强度受到一定影响。相反，如果在限制条件下，钙矾石结晶受到内部应力的影响，颗粒很小，结晶之间的孔隙也较少，结构致密，因而强度比自由膨胀混凝上高，另外有研究表明，限制条件下混凝土中集料与水泥石界面结构也有改善。实验结

14、果表明，掺UEA的限制强度比自由强度高1030%。 表2-5 自由膨胀和限制膨胀的强度值 编号 水泥+UEA (kg/m3) UEA () 混凝土配合比 (水泥+UEA)：水：砂：石 塌落度 (cm) 自由膨胀强度(MPa) 限制膨胀强度(MPa) 3天 7天 28天 3天 7天 28天 U17 300 9 1：0.50：2.08：3.20 3.2 15.6 21.8 25.4 16.6 20.7 31.5 U18 300 13 6.0 13.3 18.0 29.0 16.8 22.0 34.4 U19 350 9 1：0.52：1.73：2.66 12.3 12.2 15.O 25.0 14

15、.5 17.4 27.0 U20 350 13 18.0 8.9 11.8 17.8 10.0 14.5 22.4 U2l 400 9 1：0.50：1.37：2.24 16.2 12.0 17.4 28.3 13.4 18.4 31.O U22 400 13 20.0 10.0 14.4 19.3 11.6 17.9 29.3 通过大量试验，UEA掺量与膨胀和强度的关系如图28。 由图28可见，一般情况下，在水泥中内掺1014%UEA可获得良好的膨胀性能，对强度影响不大，宜用于补偿收缩混凝土。UEA掺量810时，膨胀率偏小。强度有所提高，适用.于配制普通防水混凝土。UEA掺量在14-16，膨

16、胀率提高，而自由强度有所下降，适用于大限制或绝对限制的填充混凝土，在这种场合下，混凝土实际强度不但不会下降反而会由于限制条件的加大而提高。掺12UEA混凝土的抗拉强度：3天1.9MPa，7天2.9MPa，28天3.4MPa，1年4.6MPa。这说明UEA混凝上的强度发展是稳定可靠的。 .(三)UEA混凝土其他性能 1.静弹模和泊桑比 掺12UEA混凝土的静弹模为3.6162104MPa。泊桑比为0.215，与普通混凝土大致相同。 2.混凝土与钢筋粘结力 按照港工混凝土有关标准，在混凝土中预埋18200mm钢筋，在雾室中养护到龄期在压力机上拔出，计算得粘结力见表2-6。 表2-6 混凝土与钢筋粘

17、结力 序号 UEA掺量() 28天自由膨胀粘结强度（MPa) 28天限制膨胀粘结强度(MPa) l 2 3 O 8 12 5.10/100 5.31/104 5.61/110 5.10/100 6.53/128 6.84/134 表2-6表明，无论是自由膨胀还是限制膨胀状态下，掺入UEA后的混凝土的粘结强度均高于普通混凝土，在限制膨胀条件下，更为明显。 3.抗冻性 按照混凝土冻融试验方法，掺有12UEA的混凝上完全达到了抗冻标准，抗冻标号达M150。 4.抗渗性 .抗渗试验的结果见表2-7。UEA为内掺。 表2-7 抗渗性 编号 水泥+UEA (kgm3) UEA () 恒压时问(小时) 渗透

18、高度（cm） 1.5 MPa 2.0 MPa 2.5 MPa 3.0 MPa U61 U62 U63 380 400 380 0 10 12 8 8 8 O 13 8 0 11 8 0 11 8 810 1.52.5 68 注：抗渗试体是自由试体。 掺入UEA后，抗渗能力明显增加，比普通混凝土提高1-2倍，这正是UEA混凝土的特点之一。所以它可以作为抗裂防渗的结构材料。 5.钢筋锈蚀试验 将1650mm的光而钢筋预埋入UEA膨胀混凝土内，养护至28天，60天和1年分别破型观察，钢筋无丝毫锈斑。分析表明，UEA水泥浆体的PH值12.5，不会锈蚀钢筋。 6.耐酸碱侵蚀试验 耐酸碱侵蚀试验是参照了日

19、本有关标准，将养护28天后的混凝土试件分别放人0.02N硫酸水溶液和0.05N氢氧化钠水溶液中，定期测定其强度，与同龄期水中试件相对照。结果见表2-8。 表2-8 耐酸碱侵蚀试验 编号 W/C 骨料最大粒径 (mm) UEA () 溶液 抗压强度(MPa) 28天 2月 3月 4月 1年 2年 U61 U62 U63 0.52 0.52 0.52 10 10 10 12 12 12 水 硫酸 碱 54 54 54 62 66 63 60 62 67 6l 62 67 7l 65 73 75 67 74 酸碱溶液中的试件强度不但没有下降，而且都有增加。这是由于UEA混凝土致密不透水，Na+、SO

20、42-离子难以渗入内部，故可用于海工工程，以提高它的耐久性。 7.碳化试验 表29是28天碳化试验结果，从表中实验数据可以看出，随着限制膨胀率的提高，碳化速度减小，掺加UEA的补偿收缩混凝土均比空白混凝土抗碳化能力强。表明UEA补偿收缩混凝土的耐久性优于普通混凝土。另外，掺加粉煤灰，碳化速度有所加快，但同样遵循限制膨胀率与碳化速度之间的规律。.表2-9 碳化试验 编号 UEA 粉煤灰 (kgm3) 限制膨胀率(10-4) 碳化深度 (mm) 碳化速 度系数 1d 3d 5d 7d S-1 O 0 0.2333 0.3000 0.3333 0.3670 6.55 1.29 S-3 12 0 0.

21、4667 1.5333 1.6667 1.7333 5.14 0.97 S-5 12 0 0.9000 2.1333 2.3000 2.4000 2.21 0.42 S-6 12 56 0.5667 1.6000 1.9667 2.1000 4.92 0.93 8.UEA水泥的水化热 按BG2022-80测定水泥水化热结果见表2-10。由表可见，在水泥中掺入UEA后。水泥用量减少，其水化热比空白水泥降低79卡克，这对减少大体积混凝土温差效应是有利的。 表2-10 UEA水泥的水化热 编号 水泥品种 水泥组成 水化热(卡克) PC UEA 3天 7天 Q1 Q2 Q3 Q4 邯郸525 普硅水泥

22、 琉璃河425 矿渣水泥 100 88 100 88 O 12 0 12 7l 66 40 42 77 70 59 50 9.UEA对水泥和外加剂的适应性 (1)对水泥的适应性 原则上讲，UEA可掺入五大水泥中使用，从工程质量出发，更宜加入到32.5MPa以上的普通硅酸盐水泥和矿渣水泥中使用。另外，经过这几年工程实践，证明UEA对某些牌号的水泥有不适应性，因此使用UEA前，应做试配。表211和表212列出的数据是几种不同产地的硅酸盐水泥和矿渣水泥掺入UEA后的强度值和膨胀率。 表2-11 对水泥的适应性 编号 水泥品种 UEA () 水泥+UEA (kgm3) 抗压强度(MPa) 3天 7天

23、14天 28天 1年 U2 U4 U14 U15 U16 邯郸525#普硅 琉璃河425#矿渣 广州425#普硅 巢湖425#普硅 江南525#纯硅 12 12 12 12 12 380 380 300 300 300 23 17.4 8.7 11.7 20.2 27.7 27.1 11.6 17.1 26.9 34.7 32.1 / / / 41.5 39.7 17.4 27.5 36.5 57.0 40.8 27.4 38.1 43.6 .表2-12对水泥的适应性 编 号 水泥品种 UEA （%） 配筋 率 () 自由膨胀率(10-4) 限制膨胀率(10-4)/自应力值(MPa) 水中 雾

24、室 水中 雾室 3天 7天 14天 28天 6O天 1年 3天 7天 28天 28天 45天 60天 1年 U4l 邯郸普硅525# 12 0.79 3.75 5.86 6.29 7.69 8.75 9.51 1.90 /0.30 3.19 /0.50 3.20 /0.50 3.43 /0.53 3.63 /0.56 4.30 /0.67 4.98 /0.65 U42 琉璃河矿渣425# 12 0.79 1.72 4.17 3.93 4.68 5.60 4.02 1.44 /0.22 1.88 /0.29 1.66 /0.26 2.53 /0.39 2.87 /0.45 3.267 0.51

25、3.37 /0.52 U43 广州普硅425# 13 0.56 2.65 4.28 6.35 8.21 9.30 9.41 2.1 0.24 3.6 0.39 3.9 0.43 3.6 0.39 3.8 0.42 3.9 0.42 4.0 0.45 U45 江南纯硅525# 13 0.56 2.05 3.27 5.21 6.20 7.05 7.15 2.4 0.27 4.7 0.52 5.6 0.62 5.4 0.60 5.4 0.60 5.3 0.59 5.3 0.59 试验说明：掺UEA混凝上7-14天的膨胀量占总膨胀量的80，在60天时基本发挥完。在14-60天期间有微小膨胀，能够补偿混

26、凝土的干缩和一定程度的冷缩。而强度稳定上升，无倒退现象。 分析两表中数据发现，UEA加入不同产地、不同品种的水泥中，其规律是：标号高的水泥强度高，限制膨胀率大，反之则小些；对于自由膨胀。水泥标号越低，一般膨胀越大。原因是这样的，UEA水泥由强度组分和膨胀组分两部分组成，分别起着强度和膨胀的作用。在自由膨胀条件下，水泥的膨胀不受任何阻力，完全靠强度组分与膨胀组分的协调发展来实现。如果水泥标号较低，强度组分起的作用或发展速度相应较少，这样会造成水泥过量膨胀，混凝土的强度较低。 (2)对外加剂的适应性 目前工程中已广泛使用混凝上外加剂，各种类型的缓凝减水剂、早强剂、防冻剂的使用更为普遍。前面曾提到。在水泥中掺人UEA后凝结时间缩短，塌落度损失有些增加，因此在对凝结时间和塌落度损失有特殊要求的工程中，可将UEA与缓凝型减水剂联合使用，以满足工程要求。 在此我们选用了几种较常用的外加剂进行了适应性试验。结果见图2-9和表2-13。 表213 对外加剂的适应性 编号 外加剂掺量 () UEA () WC 自山膨胀(104) 限制膨胀率(104)自应