桥梁拼接部位微膨胀混凝土内养护技术研究.pdf

2 0 1 1 年 第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 1 N0 4 Ap r i l 桥梁拼接部位微膨胀混凝土 内养护技术研究 于春江 ， 叶见曙 ， 高美蓉 ， 王 进 ， 秦鸿根 ( 1 安徽省交通投资集团公司 ， 合肥 2 3 0 0 8 8 ； 2 东南大学江苏省土木工程材料重点实验室 ， 南京 2 1 0 0 1 8 ) 摘要 ： 基 于“ 补偿收缩一内养护一纤维限缩阻裂技 术” 配制 了桥 梁拼接部 位 C 5 0微膨胀混凝 土和微膨胀 纤维混 凝 土。 探讨 了掺 不同纤维和 内养护剂对混凝土工作性能 、 力学性能、 变形性 能和耐久性的影响规律 。 关键词 ： 微膨胀 混凝土 ； 内养护 剂； 纤维 ； 力学性能 ； 耐 久性 Ab s t r a c t： Ba s e d o n t h e ” S hrin ka g e c o mp e n s a t i n g- I nt e r na l c urin g- Fi b e r l i mi t a nt i c r a c k i n g Te c hn i que ” ，C50 mi c r o e x p a n s i o n c o n c r e t e a n d mi c r o - e x p a n s i o n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e u s e d f o r t h e c o n j u n c t i o n o f b ri d g e s a r e p r e p a r e d T h e i n flu e n c e l a ws o f a d d i n g d i f f e r e n t f i b e r s a n d i n t e r n a l c u rin g a g e n t s o n w o r k a b i l i t y ，me c h a n i c a l p e r f o r ma n c e ，d e f o r ma t i o n r e s i s t a n c e a n d d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e a r e d i s c u s s e d Ke y wo r d s ： Mi c r o e x p a n s i o n c o n c r e t e ；I n t e rna l c u r i n g a g e n t ； F i b e r ； M e c h a n i c a l p r o p e r t y ； Du r a b i l i t y 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 0 4 6 9 一 O 5 0前 言 高性 能混凝 土的出现在很大程度 上推动 了现 代混凝土理论和技术的发展 ， 由于其具有优异 的力 学性 能及 耐久 性 ， 因而 在大 跨 度 桥 梁 和 高层 建 筑 中 得到 了广 泛应 用【 l 1 。但 高 性 能混 凝 土 早期 自收缩 明 显 ， 易 引起 早期 开 裂 。使用 微 膨 胀 混凝 土 能 够 避 免 或 大 大减 轻 此 问题 带 来 的影 响 为解 决 混 凝 土 开 裂 问题提供 了一条有效的途径2 1 。桥梁混凝土拼接部 位为微膨胀混凝土提供了 良好 的限制条件 ， 而采用 微膨胀混凝土减少 了桥梁拼接部位 的收缩 ， 使之较 普通混凝土更为密实。 桥 梁 混 凝 土 拼 接 部 位 工 程 质 量 问题 主 要 由原 材料和配合 比设计 、施工 以及质量控 制等 因素 引 起 。 因此 。 优选 膨 胀 剂 和养 护 方 案 对 于解 决 上 述 问 题具有重要 的意义【 3 J ， 尤其是对于高性能混凝 土 ， 其 较 低 的水 胶 比和 致 密 的结 构 使 得 水 分 相 对 较 难 进 人 内部 ， 因此 ， 需要 引入 内养护技术作为其养护方 案 【4 。 同时 ， 采 用 掺加 不 同种 类纤 维 的方 法来 提 高 混 凝 土 的抗 裂 性 。 1 原材 料 与试 验方 法 1 1 原 材料 水 泥 ： P 4 2 5级 硅 酸盐水 泥 。 粉煤灰 ： I级粉煤灰。 膨胀 剂 ： U型膨 胀 剂 J M一 ( E1 )和 C a O Mg O 类膨 胀剂 J M S A( E 2 ) 。 内 养 护 剂 ： 超 吸 水 树 脂 ( S A P ) ， 最 可 几 粒 径 为 11 2tx m 。 纤维 ： 聚丙烯纤维 ( P P F ) 、 高强高模 聚乙烯醇纤 维 ( P V A F ) 、 超 细钢 纤 维 ( S F ) ， 纤 维性 能 见表 l 。 细骨 料 ： 细度模 数 为 3 0的河 砂 。 表 1 三种纤维的几何参数与性能 粗 骨料 ： 级配 为 5 - 2 5 mm 的石灰 岩 碎石 。 # l J J n 剂 ： 萘 系高效 减水 剂 J MB。 1 2 试 验方 法 依据 G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 普通 混 凝 土拌 合 物性 能 试验 方法标准测试 混凝土 的工 作性 ，依据 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 测试混凝土 的力学性能 ， 依据 J C 4 7 4 2 0 0 1 混凝土 膨胀剂 测试 混凝 土的变形性能 ， 通过 电通量法和 冻融循环试验测试混凝土耐久性 能等 ， 通过试验研 究膨 胀 剂 、 内养护 剂 S A P和不 同纤 维 对微 膨 胀 混凝 一 6 9 2 0 1 1年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 0期 土性能的影响规律。 1 3 配合 比 混凝土配合 比设计依据 J G J 5 5 2 0 0 0 普通混凝 土配合 比设计规程 、 G B 5 0 1 1 9 2 0 0 3 ( 混凝土外加剂 应用技术规范 进行 ， 坍落度 2 0 0 2 0 mm， 满足 自密 实施工要求 ；配制强度满足 C 5 0混凝 土的设计要 求 ， 具有微膨胀和低收缩的特点。要求水 中 1 4 d限 制膨胀率大于 2 5 x 1 0 ；空气中 2 8 d限制干缩率小 于 3 0 x 1 0 。 ； 混凝 土具有 较好 的耐 久性 能 。为 了提 高 微 膨胀 混 凝 土 的抗拉 强度 和 抗开 裂 性 能 掺加 了一 定量的纤维 并研究了不同种类纤维对膨胀混凝土 性能的影响。 保持相同水胶比( 0 3 6 ) ， 膨胀剂 E 1 、 E 2 掺量 均 为 1 0 ， S A P掺量 为 O 一 0 2 ， J MB掺 量 为 0 9 ( 掺 S A P组 为 1 1 ) 。 分别 掺加 三种 不 同品种 的 纤维 ， 钢纤维( S F ) 为掺量 0 2 ( 体积 比) ， 聚丙烯纤维 ( P P F ) 和聚 乙烯 醇纤 维 ( P V A F ) 掺 量为 0 1 ( 体积 比) ， 试验 配合 比见表 2 。 2试 验 结果与 讨论 2 1 内养 护剂 对混 凝土工 作性 能 的影 响 将混凝土坍落度控制在 2 0 0 m m+ 2 0 m m， 满足 自 密 实 施 工 要 求 ， 泌 水 率 小 ， 保 水 性 好 ， 工 作 性 能 良 好 ， 试验结果见表 3 。 表 2 掺加不 同膨胀剂和纤维的混凝土 配合 比 表 3不 同 配合 比 的微 膨 胀 混 凝 土 工 作 性 能 由表 3可见 掺 内养 护 剂及 纤 维对 混 凝 土凝 结 时间影响不大 。由于 S A P的吸水作用 ， 对混凝土流 动性 有 影 响 可 采 用 适 当增 加 减 水 剂 的方 法 来 解 决。本试验掺加 0 2 S A P的同时， 需要增加萘系减 水剂 0 2 才能使混凝土坍落度保持不变。 在纤维掺 量较小时 。 纤维对混凝土坍落度的影响较小。其 中， 掺加 0 2 的钢纤维对坍落度几乎没有影响。 而有机 纤维在拌合过程 中形成网络 ， 使混凝 土的流动性降 低。 其中由于 P V A F表面亲水 ， 降低混凝 土坍落度 的 效果更为明显 。除了掺加 S F外 ， 不管是掺加内养护 剂还是掺有机纤维 ， 对混凝土拌和物表观密度 的影 响均较 小 。 2 2 内养 护剂对 混凝 土力 学性 能 的影 响 一 7 0一 内养护剂对混凝土力学性能影响见图 1 、 图 2 。 试验结果表明， 在标准养护条件下 ， 掺 内养护剂 对混凝土抗压强度的影响不大 ， 但可使抗折强度和 善 嘿 星 骥 越 骥 辖 E1 E1 S E2 E 2S S F PVA PP F 图 1 不 同配合 比混凝土抗压强度 E1 El S E2 E2 S SF P VA P PF 图 2 不同配合 比混凝土抗折强度和劈拉强度 加 如 加 m 0 O 8 6 4 2 0 量 磊 簪 蓑 构 ， 提高了混凝土界面粘结力 ， 敏便 ， ， 蔫 譬 警 雯 薹 乐 小 s水 2 3 车 鬈 混 凝 土 的 限 蔷 置 薹 n 誓 妻 骞 于或大于“ 背向变形” 时则裂缝小 。 毫 褂 淞 器 醛 龄期 d 萼 E 也1 粪 帐 蝴 鬻 2 6 6 7 ： E 2 S组 2 8 d限 制 膨 胀 值 较 也 z 1 8 6 芭 。 是 嚣 磊 差 警 凳 姜 的 ； x 剂 混 凝 考 荔 1 O 。 4 ， 而 E 2 S组 为 1 6 1 0 。 4 ， 均明亚 剂 的 言 胀 一 收 缩 落 差 值 为 1 2 10 ，而 一 x - 膨胀一 收缩落差值 比E 2 S组藏少 。 组 和 P P F ， ， o 田 埝 内养护剂和纤维可 以有效 地提高 嘭 ： 军 ， P VAF 一 性能， 其中掺 组的改普，烈示里 2 _ 3 2 0 m 瑚 1 0 0 m m 4 0 0 m m的试件 ， 成型 一 兰 ， 量 粪 l d 惹 耄 同 惹 凳 示 。 龄期混凝 土的干燥变形率 ， 试粒绡术 “ 凹 图 41 、 胀 田 两种不同 E 勰 詈 2 8 ： 率 且在混凝土后期( 7 d ) 膨胀瑁 区 疋 一 瓣 渣 器 盛 篙 J v J 后篱 曩 磊 置在 千空中 ，不同配合 比混璇土 H 致 ： 昆凝 土干燥 收 的影 向I El 一 慧 组 在 Id 时 的 膨 胀 率 为 l _0 l ，从 且 伍 2 0 1 1年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 0期 值不断降低 ， 并在 6 d左右 出现收缩现象 ， 此后收缩 率不断增加， 在 3 5 4 2 d的收缩率为 1 8 8 x 1 0 ： E 2组 在 1 d的膨胀率大约为 1 7 x 1 0 ， 放置在干空后膨胀 值不断降低 ，并在 2 4 d左右出现收缩现象 ，在 3 5 4 2 d的收缩率比 E 1组收缩率减少了 7 8 7 。因此 ， E 2膨胀 剂对 减少混 凝 土的干 缩效果 较 E1 膨胀 剂 明 显 。 ( 2 ) 掺 加 内养 护 剂对 微 膨胀 混 凝 土干 燥 收缩 的 影响 ： E1 S组在 1 d时的膨胀值大约为 1 6 x 1 0 ， 放置 在干空后膨胀值不断降低 ， 在 1 3 d左右才出现收缩 现象 ， 收缩不断增加 ， 在 3 5 4 2 d的收缩值 为 1 0 8 x l 0 4 ， 比 E l 组减少了 4 4 ； E 2 S组在 l d时的膨胀值 大 约为 2 1 x l 0 ，放 置 在 干空后 膨 胀值 没 有立 刻 降 低 ， 反而有少量地增加 ， 3 d之后膨胀率才开始下降， 直在 3 5 d左 右 才 出现 收缩 现 象 在 3 5 d 4 2 d的收 缩 值为 0 0 5 x 1 0 ， 比E 2组减少 了 8 8 。 这说明掺加 内 养护剂可 以提高混凝土膨胀率 ， 降低 收缩值 ， 尤其 是对于掺加 E 2膨胀剂的混凝土。 掺加内养护剂可 以降低孔 隙率 且 S A P吸收混 凝 土 中一 部分 水 分 。 当混 凝土 内部湿 度 降低 时才缓 慢 释 放 ， 这 可 以有 效 地 减少 水 分 的蒸 发 。 有 利 于膨 胀 剂 的水化 和钙矾 石 的生 成 ， 降低 了混凝 土 的干燥 收缩 率 。 ( 3 ) 纤 维 对 微 膨 胀 混凝 土 干燥 收缩 的影 响 ： 由 于纤维在微膨胀混凝 土中的早期阻裂和限缩作用 ， 减少 了混凝土的干燥 收缩 。 即使在 4 2 d后都没有 出 现收缩 ， 相 比于 E 2 S组 ， 纤维的加入提高 了混凝土 抗 干燥收 缩 的能 力 。掺 三种纤 维对 混凝 土抗 干燥收 缩能力的影响相差不大 ， 以体积掺量为 0 2 的钢纤 维最为明显。对于混凝土结构本身来说 ， 纤维在混 凝土 内部构成均匀的乱向支撑体系 ， 优化混凝土的 孔 隙结构 ， 减 少毛细孔个数及 内部孔 隙率 ， 使材料 更加密实 ， 减少了水分的散失 ， 从而有效抑制收缩 ； 同时由于纤维弹性模量大 ， 对毛细孔压力有抵消作 用 从 而减 少 了毛 细孑 L 总 压力 ， 所 以 ， 纤 维混 凝 土 的 收缩远小于素混凝土的收缩6 2 - 3 - 3 抗 裂性 一 ： i j 掺与不掺内养护剂 S A P及掺不 同纤维对砂浆 早 期塑性 收缩 开裂 影响 的试验 结果 见表 4 。 未掺 内养 护 剂 的膨 胀 混 凝土 都 出 现 较 严 重 的 开裂 现 象 且 E 1组 开 裂现 象 更 为严 重 ， 比 E 2组 开 裂 面积增 加 1 2 7 。 表 4 砂浆塑性收缩开裂试验数据 掺人内养护剂 S A P的 E 1 S组、 E 2 S组较未掺加 内养护 剂 E 1 、 E 2组 开裂 现 象 明显改 善 。E 1组 在成 型后 1 h出现第 l条裂缝 ， 2 4 h后 E 1组 的裂缝开裂 面积为 1 9 1 9 m m ： 而 E 1 S组在成型 1 5 h后 出现第 1 条微裂缝 2 4 h后总裂缝开裂面积为 5 5 4 m m 。 E 2组 在成型 1 5 h后也出现 了第 1 条裂缝 2 4 h总开裂面 积 为 1 6 7 4 m m ： 而 E 2 S组 只 出现 1条 微 裂 纹 ， 总 的 裂缝 开裂 面积为 3 1 0 mm 。 掺 0 1 P V A F和 P P F时 ， 直到成型 2 4 h砂浆都 没有 出现 开 裂现 象 ：掺 加 S F组试 件 成 型 2 4 h后 裂 缝总开裂面积比 E 2 S组减少了 3 2 mm 。掺 0 2 的 钢纤 维 由于 掺 量 太 少对 混 凝 土 的早 期 塑 性 开 裂 没 有大 的改善 。 2 4 内养 护剂对 混凝 土耐 久性 的影 响 一 7 2 2 4 1 抗 氯离子 渗透 能力 本 文 通 过 电通 量 法来 评 价 混凝 土 抗 氯 离 子 渗 透 的能力 。 试验 结果 如图 6所示 。 试验 结 果表 明 各组 C 5 0微 膨胀 混 凝 土所 测 电 通 量 均 小 于 1 5 0 0 C 。相 对 比较 E 2组 电量 高 于 E 1 组 是由于 E 2组为 C a O Mg O类膨胀剂 ， 掺量偏高 ， 膨 胀 率 过 大 ，且 此 类 膨 胀 剂 生 成 定 向 排 列 晶 体较 多 二者 对混凝 土界 面结 构有 负 面影 响 。对 比 E 1 S 组和 E 1 组 以及 E 2 S组和 E 2组可 以看 出 ， 掺加 内 养护剂可以提高混凝土 的抗氯掺离子渗透能力 ， 混 凝土 的电通量有所降低 这主要是 由于加 内养护剂 改善 了混凝土的孑 L 结构 ，提高了混凝土的致密度 ， 而纤维 的掺人对微膨胀混凝土 抗氯离子渗透无改 善作 用 蔓 _ 于春 江 ， 叶见 曙 ， 高美 蓉 ， 等 桥梁 拼接 部位 膨胀 混 凝土 内养 护技 术研 究 冒 E1 E1 S E2 E2 S P P F P VA S F 图 6微 膨 胀 混 凝 土 的 电通 量 表 5混凝土冻融后 的质量损 失率 和相对动弹性模量保持率 2 4 2抗冻 性 本 试验 仅 对 E 2和掺 内养护 剂 E 2 S组 进 行 了冻 融 循 环试 验 。试 件 标 准养 护 2 6 d后 放 置水 中养 护 ， 饱水 2 d后进行冻融试验 采用快冻法 不 同冻融循 环次数后 的质量损失率 和相对 弹性模 量保持率见 表 5 。 其 中 ( 1) 表示 质 量损 失 ， E r 表 示相 对 动 弹性模 量 。 由表 5可 以看 出 ， 掺加 S A P可 以提 高 混凝 土 的 抗 冻 性 能 。在 冻融 循 环 5 0次 以前 ， E 2组 和 E 2 S组 都保持较好的状态 。 二者差别不明显 。但是在冻融 循 环 1 0 0次 后 。两者 出现 明显 差别 ， E 2组 质量 损 失 1 7 8 ， 相对动弹性模量保持率较低 ， 仅为 8 5 7 ； 而 掺 内养护剂 的 E 2 S 组质量损失仅为 0 6 9 ，且仍具 有 9 3 1 的相对 动 弹性 模量 保 持率 。 3结 论 ( 1 ) 内养 护 剂 S A P的掺 人 对 混凝 土 的凝结 时 间 影响不 大 ， 但会 降低混凝 土的流动性 ， 需适当增加 减水 剂 的掺量 。 ( 2 ) 内养 护剂 S AP的掺 人 对混 凝 土 抗压 强 度 的 影响不大 ，但能使抗折和劈裂抗拉强度有所提高 ， 体 积 比 0 1 的 P P F和 P V A F及 0 2 的钢纤 维 掺 人 对混凝土抗压强度 、 抗折 和劈裂抗拉强度均有所改 善 ， 其 中 P V A F较 为 明显 。 ( 3 ) 同掺量的两种膨胀剂 的限制膨胀率 、 限制 收缩率 、自由干燥 收缩率性能 ， C a O Mg O类复合膨 胀 剂 E 2组 高于 U型膨 胀 剂 E1 组 。 ( 4 ) 掺 入 内养 护 剂 ， 明显 减 少 了混 凝 土 膨胀 一 收 缩 落 差 值 ，显 著 改 善 了微 膨 胀 混 凝 土 的 限 制 膨 胀 率 、 限制收缩率和 自由干燥 收缩率 ， 提高 了混凝 土 的抗 裂性 、 抗 氯离 子 渗透 性 和抗 冻性 。 ( 5 ) 体积掺量为 0 1 的 P V A F和 P P F ， 以及体 积掺量为 0 2 的钢纤维的掺 入改善 了微膨胀混凝 土 的力 学 性能 、 变形 性 能和 抗裂 性 能 。 参 考 文 献 ： 1 s We b e r ， HW R e i n h a r d t A N e w G e n e r a t i o n o f H i g h P e r f o r m a n c e C o n c r e t e ：C o n c r e t e w i t h A u t o g e n o u s C u ri n g J Ad v a n c e d C e me n t Ba s e d Ma t e r i a l s ，Vo l u me 6 ，I s s u e 2 ，Au g u s t 1 99 7，Pa g e s 59 68 【 2 】 周俊龙 膨胀 剂对混凝土性能 的影 响【 D 重庆 大学 ， 2 0 0 4 3 游 宝 坤 如 何 正 确 使 用 混 凝 土 膨 胀 剂 J 】 建 筑 科 学 ， 2 0 0 0， 5( 3 ) ： 8 1 8 5 4 J e n s e n O M， L u r a P Ma t e r i a l s ? a n d S t r u c t u r e s M V o l u m e 3 9 ， Nu mb e r 9： 8 1 7 8 2 5 【 5 】 何 真， 陈衍， 梁文泉 ， 等 内养护对混凝 士收缩开裂性能 的 影 响l J 1 新 型建筑材料， 2 0 0 8 ( 8 ) ： 6 1 0 6 吴中伟 膨胀混凝 - k M 北京 ： 中 国铁道出版社 ， 1 9 9 0 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 0 1 1 5 作者简 介 ： 于春江 ( 1 9 6 8 一 ) ， 男 ， 工程 师。 通 讯地址 ： 南京 江宁 区 ， 东南大学 土木工 程材 料重点实 验 室 ( 秦 鸿 根 ) 联 系电话 ： 1 3 5 0 5 1 8 5 0 5 2 E- ma i l ： q i n h o n g g e n 1 2 6 c o m 一 73一 O 4 2 O 8 6 4 2 删