混凝土膨脹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范條文說(shuō)明
2006-11-10 00:00
膨脹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范條文說(shuō)明
8.1 品種
8.1.1 膨脹劑種類較多，從國(guó)內(nèi)外應(yīng)用效果和可靠性來(lái)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(guò)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(duì)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(guò)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(duì)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(huì)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(zhǎng)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(lái)，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(huì)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(huì)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(guó)ACI223委員會(huì)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(guò)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(guó)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(guó)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(guó)原規(guī)范與日本規(guī)范一樣，試件放入20±3℃，相對(duì)濕度60±5％下六個(gè)月，干縮率≤4.5×10-4，通過(guò)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(cè)定干縮率的養(yǎng)護(hù)期太長(zhǎng)，不利于工程應(yīng)用，因此，本規(guī)范通過(guò)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(zhǎng)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(duì)新老混凝土粘結(jié)更有利。通過(guò)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(duì)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(cè)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(dòng)度無(wú)收縮高強(qiáng)灌注料，這次對(duì)其性能指標(biāo)作了調(diào)整，與國(guó)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(cè)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(wú)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(duì)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。混凝土的膨脹只有在限制條件下才能產(chǎn)生予壓應(yīng)力。所以，構(gòu)造（溫度）鋼筋的設(shè)計(jì)對(duì)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(jí)，抗?jié)B標(biāo)號(hào)。對(duì)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(qǐng)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(jí)，抗?jié)B標(biāo)號(hào)，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(jí)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(guò)50m。
8.4.6 由于地下室和水工構(gòu)筑物長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(cè)，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(wèn)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(guó)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(guó)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(guò)12％。近年我國(guó)已研制生產(chǎn)低堿低摻量膨脹劑，對(duì)于補(bǔ)償收縮混凝土，膨脹劑推薦最低摻量不宜小于6％。對(duì)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(cè)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(kù)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(guò)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(huì)對(duì)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(zhǎng)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(guò)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(dòng)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(duì)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(cè)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(jí)，其抽樣檢測(cè)參照普通混凝土品質(zhì)的檢驗(yàn)方法。
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