混凝土膨脹劑應用技術規(guī)范條文說明
2006-11-10 00:00
膨脹劑應用技術規(guī)范條文說明
8.1 品種
8.1.1 膨脹劑種類較多，從國內外應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，混凝土產生適度膨脹，在鋼筋和鄰位約束下，可在鋼筋混凝土結構中建立一定的預壓應力，這一預壓應力大致可抵消混凝土在硬化過程中產生的干縮拉應力，補償部分水化熱引起的溫差應力，從而防止或減少結構產生有害裂縫。應指出，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生的溫差收縮是難以解決的，只能通過配筋和構造措施加以控制。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，可達到抗裂防滲效果。對于溫差較大的結構（屋面、樓板等）必須采取相應的構造措施，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，導致強度下降，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生的Ca(OH)2，其化學穩(wěn)定性和膠凝性較差，它與Cl-、SO=、Na+、Ｍg++等離子置換反應，形成膨脹結晶體或被溶析出來，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償收縮混凝土，結構自防水和大體積混凝土工程。當提高膨脹劑摻量時，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 補償收縮混凝土性能指標的確定，一是在不影響抗壓強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。因為混凝土收縮受到限制才會產生裂縫，而混凝土膨脹在限制條件下才能產生預壓力（σc），美國ACI223委員會規(guī)定σc＝0.2～0.7Mpa，根據 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ε2=0.015%，σc=0.24MPa；ε2=0.03%，σc=0.47MPa
當ε2=0.4%， σc =0.63MPa；ε2=0.05%，σc=0.78MPa
通過計算得出膨脹自應力σc =0.2～0.7MPa時，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)定補償收縮混凝土水中養(yǎng)護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。根據我國大量試驗結果，ε2=(2.5～4.0)×10-4，其補償收縮效果較好。
關于限制干縮率規(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％下六個月，干縮率≤4.5×10-4，通過大量試驗表明，摻膨脹劑的補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)護期太長，不利于工程應用，因此，本規(guī)范通過大量試驗，規(guī)定試件水養(yǎng)14天后，放入干空試驗室養(yǎng)護28天（從初長開始計算為42天），其干縮率應不大于3.0×10-4。
8.3.2 填充膨脹混凝土主要應用于大限制下的結構后澆縫、伸縮縫、大壩回填槽和鋼管混凝土等。該混凝土的膨脹系數應比補償收縮混凝土適當大些，它產生的膨脹壓力對新老混凝土粘結更有利。通過大量試驗與工程實踐，填充性膨脹混凝土產生的預壓應力值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14天的限制膨脹率≥2.5×10-4，隨后放在干空養(yǎng)護28天，其干縮率應不大于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，對強度影響較大，故規(guī)定試件成型帶模養(yǎng)護3天拆模，再放入水中養(yǎng)護至28天，測定其抗壓強度，這樣與實際工程接近。試驗表明，該混凝土的抗壓強度應大于30.0MPa。
8.3.4 灌漿用膨脹砂漿用于設備或接縫二次灌注，屬于大流動度無收縮高強灌注料，這次對其性能指標作了調整，與國際同類產品性能基本相同。灌漿用膨脹砂漿豎向膨脹率測定方法按附件C進行。其性能要求3d膨脹率≥０.1%，７d≥0.2%，達到無收縮的要求，以保證灌注砂漿緊密地填充二次灌注的空間，硬化后不產生收縮。
8.3.5 摻入15～30％膨脹劑可配制成自應力混凝土，目前，只限于制造自應力鋼筋混凝土壓力管。對該混凝土性能的技術指標，應符合“自應力硅酸鹽水泥”建材行業(yè)標準。(JC/T218-1995)。
8.4 設計要求
8.3.1 摻膨脹劑的補償收縮混凝土大多應用于控制有害裂縫的鋼筋混凝土結構工程?；炷恋呐蛎浿挥性谙拗茥l件下才能產生予壓應力。所以，構造（溫度）鋼筋的設計對該混凝土有效膨脹能的利用和分散收縮應力集中起到重要作用，結構設計者必須根據不同的結構部位，采取相應的合理配筋和分縫。以往絕大多數設計圖紙只寫混凝土摻入膨脹劑，強度等級，抗?jié)B標號。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，達不到補償收縮而出現(xiàn)有害裂縫，根據本規(guī)范要求，摻膨脹劑的補償收縮混凝土水中養(yǎng)護14d的限制膨脹率≥0.015%，相當在結構中建立的予壓應力大于0.2MPa。實際上，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在0.035～0.045%。施工單位或混凝土攪拌站應根據設計的要求，確定膨脹劑的最佳摻量，在滿足混凝土強度和抗?jié)B要求下，同時要達到補償收縮混凝土的限制膨脹率。只有這樣，才能獲得控制結構有害裂縫的效果。所以，當采用膨脹劑時，請結構設計者在設計圖紙上注明：“采用摻膨脹劑的補償收縮混凝土，強度等級，抗?jié)B標號，水中養(yǎng)護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，混凝土強度等級越高，開裂機率越多。工程實踐表明，墻體的水平構造（溫度）鋼筋的配筋率宜在0.4～0.6%，水平筋的間距應小于150mm，采取細而密的配筋原則。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構，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，由于應力集中原因，在離柱子1～2m的墻體上易出現(xiàn)縱向收縮裂縫。工程實踐表明，應在墻柱連接處設水平附加筋，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力集中，避免縱向裂縫的出現(xiàn)。
8.4.4 結構開口部和突出部位因收縮應力集中易于開裂，與室外相連的出入口受溫差影響大也易開裂，這些部位應適當增加附加筋，以增強其抗裂能力。
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），可采用補償收縮混凝土澆筑，但設計上要求采用細而密的雙向配筋，構造筋間距小于150mm，配筋率在0.6％左右，對于現(xiàn)澆混凝土防水屋面，應配雙層鋼筋網，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筑物長期處于潮濕狀態(tài)，溫差變化不大，最宜用補償收縮混凝土作結構自防水。大量工程實踐表明，與樁基結合的底板和大體積混凝土底板，用補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
膨脹劑應符合JC476《混凝土膨脹劑》標準的規(guī)定。按供貨單位推薦摻量進行檢測，合格者才能使用。
由于膨脹劑的品種和摻量不同，它與水泥、化學外加劑和摻合料存在適應性問題。因此，要進行混凝土試配。
8.5.2 摻膨脹劑的混凝土配合比設計參照《普通混凝土配合比設計規(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)揮補償收縮混凝土的抗裂防滲效應，其水膠比不宜大于0.5。
我國膨脹劑品種有10多個，按JC476標準規(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低堿低摻量膨脹劑，對于補償收縮混凝土，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，不夠合理。新規(guī)范改為膠凝材料總量為基數，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，則單方水泥實際用量大為減少，混凝土強度必然受到影響。經大量工程實踐證明，膨脹劑摻量應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室添置測定膨脹劑砂漿和混凝土限制膨脹率的儀器設備，以及專門的檢驗人員，這樣才能鑒定入庫膨脹劑是否合格，配制的補償混凝土是否達到本規(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合使用，但必須經過試驗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合使用。
8.5.4 粉狀膨脹劑應與混凝土其他原材料有序投入攪拌機中，膨脹劑重量應按施工配合比投料，重量誤差小于±2%，不得少摻或多摻。考慮混凝土的勻質性，其拌制時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要求與普通混凝土基本相同，混凝土的震搗必須密實，不得漏震、欠震和過震。在混凝土終凝以前，要用人工或機械多次抹壓，防止表面沉縮裂縫的產生，以免影響外觀質量。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養(yǎng)護，膨脹結晶體鈣礬石(C3A·3CaSO4·32H2O)形成需要水，補償收縮混凝土澆筑后1－7d濕養(yǎng)護，才能發(fā)揮混凝土的膨脹效應。如不養(yǎng)護或養(yǎng)護馬虎，就難以發(fā)揮膨脹劑的補償收縮作用。底板或樓板較易養(yǎng)護，能蓄水養(yǎng)護最好，一般用麻包袋或草席復蓋，定期澆水養(yǎng)護。墻體等立面結構，受外界溫度、濕度影響較大，容易發(fā)生豎向裂縫。工程實踐表明，混凝土澆筑完3～4d內水化熱溫升最高，而抗拉強度很低，如果早拆模板，墻體內外溫差較大而易于開裂。因此，墻體模板拆除時間宜不少于3d。墻體澆筑完后，應從頂部設水管噴淋，模板拆除后繼續(xù)養(yǎng)護至7d。冬季施工不能澆水養(yǎng)護，養(yǎng)護不少于14d，并進行保溫養(yǎng)護。
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，對暴露部分要及時復蓋。在低于5℃時應采取保溫保濕養(yǎng)護措施。
8.6 混凝土的品質檢查
8.6.1 摻膨脹劑的混凝土品質檢驗與普通混凝土的主要區(qū)別是增加一項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重要技術指標。
8.6.2 膨脹混凝土的抗壓強度和抗?jié)B等級，其抽樣檢測參照普通混凝土品質的檢驗方法。
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