基于温控型氧化镁膨胀剂的混凝土抗裂性能研究

研究了温控型氧化镁膨胀剂(TME)对混凝土和易性、凝结时间、抗压强度、胶砂限制膨胀率、水化热降低率和工程结构抗裂性的影响。结果表明,外掺TME提高了混凝土的粘聚性,延长了凝结时间,对抗压强度的影响集中在7 d内,对28 d强度无影响;TME对40℃水养胶砂限制膨胀率的影响集中在28 d内,随TME掺量增加而增大;TME能明显降低水泥水化放热率和水泥胶砂温升;掺6%TME显著降低了混凝土裂缝数量,与空白段相比,结构温升降低了5.0℃,14 d膨胀历程终值133.9με,降低开裂温度14.4℃,提高抗裂安全系数62%,对于施工不连续引起的早期裂缝也有显著效果。

水化热抑制剂与管冷对混凝土温控的影响

以尺寸1.6 m的C40混凝土正方体为试验对象,通过单用或联用水化热抑制剂、管冷两种温控措施,对混凝土温度实时监测;根据水化热测试、现场资料收集得到各项计算参数,采用MIDAS软件计算混凝土温度,对比实测值与计算值。结果表明:单用水化热抑制剂降低混凝土中心温度12.9℃,峰时延迟45 h;单用管冷可降低管周边温度,对降低混凝土中心温度不明显;联用水化热抑制剂、管冷降低混凝土中心温度18.3℃,峰时延迟44 h;混凝土中心温度实测值与MIDAS计算值吻合较好。说明混凝土温控关键是调控胶凝材料水化放热速率,管冷在较低放热速率下,进一步降低中心温度,且不影响温峰时间。

夏热季节地铁车站侧墙混凝土裂缝控制技术

通过对氧化镁膨胀剂、水化热调节剂作用机理的研究,补偿收缩混凝土配合比的设计,现场数据的采集与监测,适宜的施工和养护措施,实现了夏热季节苏州地铁7号线车站混凝土侧墙验证段无有害裂缝的目标。结果表明,采用水化热调节剂复掺氧化镁膨胀剂,兼具延缓混凝土早期水化进程、补偿收缩的双重效果,降低了夏热季节因混凝土水化温升快引起的侧墙上下层扰动裂缝的风险。相较于空白混凝土,验证段中心部温度修正后28 d应变减少了127.5με,温峰降低约7℃,温峰时间延迟约9 h。

不同季节地铁车站侧墙大体积混凝土抗裂防渗性能研究

温控型氧化镁膨胀剂具有调控混凝土水化放热历程和补偿收缩的双重功能,在不同季节下用其配制的补偿收缩混凝土大幅度提高了苏州明挖地铁车站侧墙大体积混凝土的抗裂防渗效果。实体结构监测数据表明,混凝土入模温度越高则温升越高,在夏季浇筑成型的侧墙大体积混凝土实体结构内部微应变最低,相对应的收缩开裂风险也最高;温控型氧化镁膨胀剂使侧墙大体积混凝土实体结构内部温峰降低了3.4~6.5℃,温峰出现时间延迟了8~10 h,温度修正后微应变最大值增长了30με~58με,30 d内最小值增长了77με~92με。

温控材料对MgO膨胀剂性能影响及其作用机理分析

研究了不同温控材料(WK)掺量(0、0.3%、0.4%、0.5%)对掺MgO膨胀剂的水泥净浆水化热特性、砂浆限制膨胀率及抗压强度的影响,并分析了材料的温度敏感性及WK对MgO膨胀剂的影响机理。结果表明:掺WK后,相较于单掺MgO膨胀剂,水泥净浆水化放热得到抑制,但随着MgO膨胀剂掺量的增加,这种抑制作用受到一定程度的削弱;当入模温度为20℃和30℃时,M-MgO复掺0.4%的WK对水泥净浆水化热温度的抑温率分别为35.6%和48.1%;在20℃和60℃养护条件下,M-MgO复掺0.4%的WK,相较于单掺M-MgO,砂浆的120 d限制膨胀率分别增长了0.014%和0.028%;WK的掺入会降低砂浆的早期强度,且随掺量的增大,强度损失越明显,但对后期强度无不利影响;WK对MgO膨胀剂水化有一定的激发效果,通过改变MgO膨胀剂的水化历程,影响水化产物的生成速率,进而改变了结构的密实度。

免蒸养超高性能混凝土自收缩影响因素研究

研究了高钛重矿渣砂预湿时间和物化参数、钢纤维掺量、膨胀剂种类和掺量对超高性能混凝土自收缩特性的影响;试验结果表明:延长高钛重矿渣砂预湿时间有助于缓解混凝土内部相对湿度的降低和减小自收缩变形。位于II区且细度模数2.8~3.0的高钛重矿渣砂能明显降低超高性能混凝土自收缩;少量渣粉对超高性能混凝土的自收缩影响较小,当渣粉含量超过一定值后,自收缩变形显著增加。掺入钢纤维能抑制超高性能混凝土自收缩,当纤维掺量超过2.5%时,纤维的限缩效果不明显。FQY型膨胀剂具有较高的膨胀能和十分优异的补偿收缩能力,掺量超过6%时会与基体产生明显的争水效应而导致膨胀效能大幅减弱。

锌离子掺杂的反应速率可调控型膨胀熟料

以氧化钙-硫铝酸钙类膨胀熟料为基准,引入氧化锌调控膨胀熟料的反应速率。结果表明:氧化锌的引入及掺量增加,可使氧化钙-硫铝酸钙类膨胀熟料的膨胀收敛期在20、40、60℃下被不同程度地延后,且膨胀熟料的水化放热速率及放热峰值降低,出现时间也延后;引入氧化锌前后的砂浆抗压强度无明显变化;引入氧化锌的膨胀熟料中生成了新矿物相Ca3Al4ZnO10;1 d龄期时,随着氧化锌的引入,钙矾石生成明显减少。在不影响膨胀率的前提下,锌离子掺杂可调控氧化钙-硫铝酸钙类膨胀熟料在不同养护温度下的膨胀收敛期,有望进一步改善混凝土构筑物的收缩开裂问题。

水化热抑制剂对水泥水化的调控作用

采用水化热、混凝土绝热温升、混凝土抗压强度、TG-DSC、XRD,分析了水化热抑制剂对水泥水化的调控作用,并采用水泥净浆温升对比了常用缓凝剂与水化热抑制剂的差别。结果表明:水泥净浆温升中,常用缓凝剂仅推迟了温峰时间3~12 h,未明显降低温升,水化热抑制剂推迟温峰时间6 h,降低温升20.5℃;掺入水化热抑制剂,水泥的水化放热速率峰值从0.00259 W/g降至0.00178 W/g,峰时延迟5.7 h;基准、水工混凝土的绝热温升曲线分别在0~1.5 d、0~5 d时间段明显降低,对应的抗压强度分别在0~2 d,0~7 d有不同程度降低,但中后期强度增长均略高于空白试样;TG-DSC、XRD分析表明,水化热抑制剂延缓了水泥0~3 d的水化,对3 d后水化有一定促进作用。

苏州地铁车站侧墙大体积混凝土抗裂防渗关键技术

通过氧化镁补偿收缩混凝土配合比优化设计、合理的施工浇筑方案、良好的保温保湿养护措施等做法,提高了苏州地铁车站侧墙大体积混凝土的抗裂防渗效果。实验段侧墙混凝土中心温度修正后微应变在14 d内达到最大值40με~70με,30 d后降至-50με~40με,到达温峰值后降温速率在2~4℃/d,最大里表温差6~8℃。表明氧化镁膨胀剂在大体积混凝土结构中具有良好的补偿收缩效果,采用“1层吸水树脂养护膜+1层土工布”养护措施具有较好的保温保湿效果。

水化热调控剂与氧化镁复掺对混凝土抗裂行为的影响

为了研究氧化镁膨胀剂与水化热调控剂复掺对混凝土抗裂性能的影响,探讨水化热调控剂的作用机理,开展了单掺氧化镁及水化热调控剂与氧化镁复掺对混凝土水化热、绝热温升、限制膨胀率、体积变形、自收缩、弹性模量及微观结构的影响研究。结果表明:水化热调控剂可显著改变水泥水化放热历程,净浆抑温率可达31.2%,随入模温度升高,抑温效果增强;水化热调控剂可激发氧化镁的水化,促进膨胀能的释放,随养护温度提升,作用效果更显著;水化热调控剂可改变混凝土温升历程,特别是降低混凝土早期水化热释放速率;水化热调控剂与氧化镁复掺可降低混凝土自收缩,当水化热调控剂掺量为0.2%和0.4%(质量分数)时,混凝土收缩值分别减少了84με和54με;水化热调控剂会导致混凝土早龄期弹性模量降低,但对长龄期弹性模量影响不大;水化热调控剂对水泥水化历程、水化产物生成及微观结构密实程度的改变是提高混凝土抗裂性能的根本原因。

某医院直线加速器区大体积混凝土裂缝控制关键技术

通过配合比设计优化调整、配套的浇筑施工和养护工艺,使混凝土材料自身与施工技术得到了有效结合,实现了医院直线加速器区大体积混凝土结构无有害裂缝的目标。在大幅延长木模板带模时间(≥20 d)的基础上增加覆盖棉被或土工布层数的做法,是侧墙等竖向大体积混凝土结构裂缝控制的重点,能有效控制其内部的降温速率(≤4℃/d)和里表温差(≤25℃)。实体结构内部温度修正后应变最大值高达132με,30 d后最小值仅为-80με,说明在混凝土温降阶段氧化镁膨胀剂补偿了部分收缩,大幅提高了大体积混凝土的抗裂性能。

离子掺杂对钙质膨胀剂熟料性能的影响

研究了MgO、Al_(2)O_(3)和CuO三种金属离子氧化物对氧化钙类膨胀剂熟料性能的影响,与未外掺金属离子氧化物相比,分别外掺3%金属离子氧化物后,CuO抑制了膨胀剂熟料反应速率,MgO对膨胀剂熟料反应速率基本无影响,Al_(2)O_(3)加速了膨胀剂熟料的反应速率。采用化学分析、XRD、微量热法对膨胀剂熟料的f-CaO含量、矿物组成及水化历程进行了分析,结果表明,外掺CuO会抑制生料中CaCO_(3)分解为f-CaO,导致膨胀剂熟料反应速率较低;外掺MgO、Al_(2)O_(3)主要在膨胀剂熟料体系中发生离子置换反应,因Al^(3+)与Ca^(2+)价位不同使体系内部产生缺陷,提高了其膨胀反应速率。

苏州轨道交通工程超长梁板结构裂缝控制关键技术

高性能膨胀剂具有早期膨胀能大、水化反应需水量小的特点,用其配制的补偿收缩混凝土在合理的浇筑施工和养护措施下,能够大幅度提高轨道交通工程超长梁板结构的裂缝控制效果。试验结果表明,在苏州轨道交通工程胥口车辆段上盖二层梁板混凝土内温度修正后微应变在3 d内达到最大值(+50~+100με),在30 d后降至-100~-20με,膨胀组分在早期产生的膨胀量逐步被混凝土的自收缩和干燥收缩所消耗,起到了补偿早期部分收缩量的作用;二层板内温度修正后微应变在30 d后较二层梁内减小约50με,薄板结构在各项约束条件下收缩更大,更易产生收缩裂缝。

水化热抑制型镁质高性能混凝土抗裂剂对混凝土性能的影响

本文介绍了一种水化热抑制型镁质高性能混凝土抗裂剂(MAC-RR),研究了其对混凝土限制膨胀率、抗压强度、坍落度变化和拆模时间的影响。此外,将水化热抑制型镁质高性能混凝土抗裂剂应用于某大体积混凝土工程,测试其对大体积混凝土内部温度历程变化、开裂情况的影响。结果表明:掺入水化热抑制型镁质高性能混凝土抗裂剂的混凝土对比空白混凝土,,7 d^180 d的抗压强度略有提高。混凝土膨胀持续期长,膨胀速率可控。混凝土工作性能良好,混凝土试验试块拆模延迟约5 h^6 h。在大体积混凝土工程应用中,掺入水化抑制型镁质高性能混凝土抗裂剂的混凝土对比空白混凝土,温峰降低9.7℃,温峰时间延迟24.5 h。因此有效降低了大体积混凝土内外温差,降低温升、冷缩过程开裂的风险,有利于提高混凝土的抗裂性能。

混凝土楼板结构自防水工程应用研究

本文通过对混凝土常见裂缝产生的原因分析及研究,提出了高温季节施工时,以降低水化热、补偿收缩及加强养护的施工方案。在混凝土配合比设计、试配及其他相关技术措施的共同实施下,实现了整层楼板结构自防水混凝土无裂缝、无渗水的防水效果。现场监测结果表明:掺入膨胀剂,补偿收缩混凝土限制膨胀率设计值(侧墙、顶板)≥3.0×10^(-4),混凝土在浇筑后7天体积收缩得到了持续补偿,混凝土内部应变相比空白降低了约70με;此外,掺入水化热抑制剂,内部温升较空白降低5.8℃,降低混凝土温度裂缝产生的风险,并需要结合其他现场混凝土施工技术措施,有效地提高了混凝土楼板结构的抗裂性能。

缓凝剂对混凝土膨胀剂效能的影响

本文研究了多糖类、有机酸及其盐类、磷酸盐3类常用缓凝剂对混凝土膨胀剂的限制膨胀率、抗压强度的影响,并研究了其对混凝土坍落度变化和拆模时间的影响。结果表明:3类缓凝剂对胶砂28d抗压强度均略有提高,多糖类缓凝剂对混凝土膨胀剂的胶砂限制膨胀率有明显降低,强度达10%~25%;有机酸类中葡萄糖酸钠、磷酸盐类缓凝剂对混凝土限制膨胀率、抗压强度均略有提高;掺0.07%葡萄糖酸钠混凝土14d限制膨胀率提高了10.7%,抗压强度提高了9.2%,对混凝土1h坍落度损失降低20mm,拆模时间影响不大,是与膨胀剂复合使用较理想的缓凝剂。

混凝土用膨胀剂粒径分布对膨胀性能的影响

本文主要研究了混凝土用膨胀剂粒径的组成变化对其膨胀性能的影响,研究对象为硫铝酸钙-氧化钙(3CaO·3Al_2O_3·CaSO_4)复合型膨胀剂。通过掺入不同粒径段膨胀剂,测试其砂浆试件各龄期限制膨胀率,以质量、表面积2种方式定义不同粒径段膨胀剂对膨胀剂整体膨胀性能的贡献率,进行了数值拟合研究。结果表明:相同掺量下,膨胀剂粒径越大,砂浆试件的限制膨胀率越大;膨胀剂砂浆限制膨胀率,是不同粒径段膨胀剂颗粒的膨胀率的总和,各粒径段膨胀剂贡献率与其质量占比相关,以期能对不同粒径分布的混凝土用膨胀剂的砂浆限制膨胀率进行准确预测。

隧洞衬砌混凝土工程温控应用研究

本文通过对隧洞衬砌混凝土裂缝产生的原因分析及研究,提出了在高温季节,以降低水化温升及加强养护的施工方案。在混凝土配合比设计、试配、水化热抑制剂HHC-S的掺入、现场数据监测及其他相关技术措施的共同实施下,混凝土最高温升较空白混凝土降低10.4~11.5℃,温峰出现时间延迟了2.4~7.2h,降低了混凝土表里温差、温升速率。此外,混凝土的抗压强度发展、施工性能与空白混凝土近似,现场混凝土施工进度正常,有效地提高了隧洞衬砌混凝土结构的抗裂性能。

水化热抑制剂对膨胀砂浆早期性能的影响

本文将一种自制水化热抑制剂与膨胀剂复合使用于砂浆体系,研究了该水化热抑制剂对膨胀砂浆早期强度发展、膨胀速率和3d水化放热曲线的影响,同时选取五种市售样进行了对比试验。结果表明,这六种水化热抑制剂均能有效延缓膨胀砂浆早期水化进程,胶凝材料水化放热峰出现时间延迟,3d总放热量降低13.7%;但大部分市售水化热抑制剂降低了膨胀砂浆3d抗压强度和限制膨胀率,自制水化热抑制剂对膨胀砂浆3d抗压强度无明显影响,7d限制膨胀率提高了16.3%,这说明自制的水化热抑制剂产品能有效调控膨胀砂浆强度和限制膨胀率的协调发展。

FQY高性能膨胀剂(温控型)的性能研究

本文研究了一种抑制水泥水化热的混凝土膨胀剂——FQY高性能膨胀剂(温控型)的性能,并研究该膨胀剂对水泥及混凝土性能的影响。结果表明,该膨胀剂性能符合现行标准要求,此外具有抑制水泥早期水化放热的作用。在不影响强度中、后期发展条件下,将补偿收缩与水化热抑制结合起来,从而为混凝土结构散热赢得时间,降低混凝土温升,调控膨胀剂的膨胀反应速率,建立更加有效的膨胀反应历程,有利于对后期干燥收缩、温降收缩的补偿,预防混凝土结构物产生裂缝。