掺新型氧化钙-硫铝酸钙膨胀熟料的水泥净浆变形性能

研究了掺加新型氧化钙-硫铝酸钙膨胀熟料水泥净浆试件的膨胀变形、自收缩和干燥收缩特性,以及水胶比及养护温度对膨胀熟料补偿效果的影响。结果表明,内掺4%膨胀熟料的净浆试件饱水养护膨胀主要发生在14 d内,14 d后膨胀趋于平缓;养护温度升高,早期膨胀增大。膨胀熟料对自收缩的补偿效率受水胶比影响较大,水胶比越大,膨胀熟料对自收缩的补偿效率越高。膨胀熟料掺量增加,对水泥净浆的早期干燥收缩具有较好的抑制作用。

碳酸化改性对CaO-C4A3S膨胀剂熟料矿物组成及水化历程的影响

采用热重-差示扫描量热(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、微量热和测长法等测试方法对经碳酸化改性的氧化钙-硫铝酸钙(CaO-C4A3S)膨胀剂熟料的矿物组成、水化历程及膨胀特性进行分析.结果表明:800℃以下的高温碳酸化改性,使得膨胀剂熟料颗粒表层中的游离氧化钙(f-CaO)转变成碳酸钙,且碳酸化率随着反应温度的升高而增大,对其他矿物组成无影响.改性膨胀剂熟料的水化历程与碳酸化率相关,低碳酸化率可显著降低膨胀剂熟料的放热速率峰值,但不改变累计放热曲线形状;高碳酸化率不仅降低膨胀剂熟料的放热速率峰值,还大幅延缓放热峰值出现时间,并改变累计放热曲线的形状,使早期放热量大幅降低.碳酸化改性对膨胀剂熟料膨胀历程的影响与对水化放热历程的影响趋势基本一致,低碳酸化率条件下,改性主要增加膨胀剂熟料5d前的膨胀量,5d后的膨胀历程与改性前基本一致;高碳酸化率条件下,改性降低膨胀剂熟料3d前的膨胀量,但3~7d间膨胀量迅速增加,7~14d仍有显著膨胀,28d限制膨胀率较改性前提升1.6倍.碳酸化改性显著提高了CaO-C4A3S膨胀剂熟料在水泥基材料硬化阶段的膨胀效能.

浅析硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂限制膨胀率的影响因素

本文研究了膨胀剂的掺量、水胶比、掺和料种类及掺量对掺有硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂砂浆的限制膨胀率的影响规律,结果表明:随着膨胀剂掺量的增大,在掺量相同增幅下,砂浆的限制膨胀率增幅存在一定差异;水胶比在0.35-0.50范围内时,随着水胶比增大,砂浆限制膨胀率降低,水胶比大于0.45时限制膨胀率降低尤为明显;粉煤灰和石粉在一定掺量下对砂浆限制膨胀率有促进作用,粉煤灰最佳掺量为20%,石粉最佳掺量为5%,矿粉对其有一定抑制作用。

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。

组合膨胀剂对风电灌浆料早期膨胀性能的影响

基于改进的竖向膨胀率(εv)测试方法,获得了高强风电灌浆料0~24 h、1~7 d的εv发展全曲线;并研究了掺合料比例及组合膨胀剂比例对灌浆料εv、流动度、力学强度的影响.结果表明:灌浆料0~24 h竖向膨胀率曲线呈“四阶段”特征;在0%~20%掺量范围内提高硅灰掺量,灌浆料流动度下降,0~24 h内εv曲线峰值先增大后减小;塑性膨胀剂(PEA)对24 h内εv发展起主导作用,复掺氧化钙-硫铝酸钙双源膨胀剂(HP-CSA)后,εv峰值减小,24 hεv下降、3 hεv增大,有利于控制24 h与3 h的εv差值;在1~7 d内,0.03%掺量的PEA即可促进HP-CSA膨胀效能的发挥,6%以上掺量的HP-CSA可较好补偿竖向自收缩变形而获得净膨胀灌浆料;PEA与HP-CSA组合,可发挥时间上接力、效果上协同的膨胀调控作用,可分阶段、按需设计,从而实现对灌浆料7 d内竖向膨胀率的精细调控;随组合膨胀剂掺量增加,灌浆料初始和30 min流动度无明显变化,28 d抗压强度先增大后减小;在本文研究范围内,0.06%PEA+6%HP-CSA是最优掺量组合.

不同类型膨胀剂在不同模拟养护条件下的砂浆限制膨胀率

掺膨胀剂的补偿收缩混凝土已经广泛应用到结构自防水、超长结构无缝施工、大体积结构混凝土裂缝控制及有抗渗、抗裂要求的混凝土结构中。但不同类型膨胀剂没有根据不同的施工环境区别使用。模拟工程实际中的不同使用环境,找寻掺入不同类型膨胀剂的砂浆的膨胀效能发挥情况,为工程实际运用不同类型膨胀剂提供参考。

双效膨胀剂在超长连续无缝混凝土施工中的应用

以福建某超长无缝地下室工程为背景,对超长连续无缝混凝土结构施工技术进行研究,从微观视角对混凝土裂缝产生机理进行阐述,摒弃单一性能的混凝土膨胀剂,通过改进混凝土施工配合比,试配补偿收缩混凝土的方法,同时结合实际工程结构特点,分析合理布置监测点对地下室底板与侧墙的温度及微应变的影响,并进行实时健康监测;探究Ⅱ型硫铝酸钙-氧化镁类双效膨胀剂在超长连续无缝混凝土施工中的作用效果。研究结果表明,混凝土抗裂性能和力学性能均满足实际工程需要,在前期设计阶段,应适当提高混凝土底板中部加强带的膨胀性能等级,以确保补偿收缩混凝土具有良好的抗裂效果。

水化环境和膨胀剂对混凝土膨胀性能的影响

以工程实测温升曲线分别建立绝湿温升、100%RH温升模拟水化环境,将硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂、硫铝酸钙类膨胀剂(CSA、AEA)配制的补偿收缩混凝土,置于标准养护及上述模拟水化环境中,研究水化环境和膨胀剂类别对补偿收缩混凝土膨胀性能的影响。结果表明,标准养护、100%RH温升模拟水化环境下,三种补偿收缩混凝土均有膨胀性,且硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂、硫铝酸钙类膨胀剂补偿收缩混凝土的膨胀性能优于CSA和AEA。绝湿温升水化环境中,只有硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂、硫铝酸钙类膨胀剂补偿收缩混凝土发生膨胀,CSA和AEA膨胀率几乎为零。因此,无法进行湿养护的工程部位,补偿收缩混凝土应以硫铝酸钙-氧化钙类混凝土膨胀剂为主。

水化环境和膨胀剂类别对补偿收缩混凝土膨胀性能的影响

以工程实测温升曲线分别建立绝湿温升、100%RH温升模拟水化环境,将硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂(HCSA)、硫铝酸钙类膨胀剂(CSA、AEA)配制的补偿收缩混凝土,置于标准养护及上述模拟水化环境中,研究水化环境和膨胀剂类别对补偿收缩混凝土膨胀性能的影响。结果表明,标准养护、100%RH温升模拟水化环境下,三种补偿收缩混凝土均有膨胀性,且HCSA补偿收缩混凝土的膨胀性能优于CSA和AEA。绝湿温升水化环境中,只有HCSA补偿收缩混凝土发生膨胀,CSA和AEA膨胀率几乎为零。因此,无法进行湿养护的工程部位,补偿收缩混凝土应以硫铝酸钙-氧化钙类混凝土膨胀剂为主。

养护温度和粉煤灰对补偿收缩混凝土膨胀效能的影响

研究了养护温度和粉煤灰掺量对补偿收缩混凝土的膨胀效能和强度的影响。结果表明:20、40℃养护时混凝土的各龄期强度均匀增长;60℃养护能极大地促进早期强度增长,后期强度增长缓慢。粉煤灰在不同养护温度下对混凝土的早期强度发展都有抑制作用;长期高温养护后,粉煤灰活性逐渐显现,显著促进混凝土的强度增长,且粉煤灰掺量越大,混凝土强度增幅越大。硫铝酸钙–氧化钙类膨胀剂的膨胀效能发挥对温度非常敏感,养护温度越高,膨胀剂的水化速度越快,膨胀作用发挥越早;适量掺加粉煤灰有利于膨胀效能的发挥,掺量越大,膨胀随温度增长的增幅越大。大掺量粉煤灰补偿收缩混凝土的强度发展和限制膨胀率的温度敏感性均很高。

论我国混凝土膨胀剂的发展新方向

为适应我国现代混凝土技术的发展,提出研制和生产氧化钙—硫铝酸钙膨胀剂,不断提高膨胀剂的质量和应用技术水平是我国混凝土膨胀剂的发展新方向。

养护温度和粉煤灰对补偿收缩混凝土膨胀效能的影响

研究了养护温度和粉煤灰掺量对补偿收缩混凝土的膨胀效能和强度的影响。结果表明:20、40℃养护时混凝土的各龄期强度均匀增长;60℃养护能极大地促进早期强度增长,后期强度增长缓慢。粉煤灰在不同养护温度下对混凝土的早期强度发展都有抑制作用;长期高温养护后,粉煤灰活性逐渐显现,显著促进混凝土的强度增长,且粉煤灰掺量越大,混凝土强度增幅越大。硫铝酸钙–氧化钙类膨胀剂的膨胀效能发挥对温度非常敏感,养护温度越高,膨胀剂的水化速度越快,膨胀作用发挥越早;适量掺加粉煤灰有利于膨胀效能的发挥,掺量越大,膨胀随温度增长的增幅越大。大掺量粉煤灰补偿收缩混凝土的强度发展和限制膨胀率的温度敏感性均很高。

水胶比和粉煤灰掺量对补偿收缩混凝土自收缩特性的影响

通过测定基准混凝土和补偿收缩混凝土的自收缩,研究添加硫铝酸钙–氧化钙类膨胀剂的补偿收缩混凝土的自收缩特性,以及水胶比和粉煤灰掺量对于膨胀剂补偿效果的影响。结果显示:在前20h内硫铝酸钙–氧化钙类膨胀剂因为没有足够的强度约束而无法对混凝土自收缩产生补偿作用,在20～168h龄期内膨胀剂开始发挥补偿作用,自收缩减小。膨胀剂对自收缩的补偿效率受水胶比和粉煤灰掺量的影响很大,水胶比越大,膨胀剂对混凝土自收缩的补偿效率越高;粉煤灰掺量越大,膨胀剂的补偿效率越高。水胶比为0.34,粉煤灰掺量为45%时,适当掺量(6%)的膨胀剂产生的膨胀可以补偿全部的自收缩,使混凝土在30h后持续保持膨胀变形。

养护温度对补偿收缩混凝土抗碳化性能的影响

本文以复掺硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂和粉煤灰的混凝土为研究对象,通过测试限制膨胀率、限制强度、碳化深度,研究不同养护温度对混凝土抗碳化性能的影响规律。研究结果表明:在20℃、40℃、60℃三种养护温度下,对于限制膨胀率均满足要求的混凝土(膨胀剂掺量5%),适当的高温养护能提高抗碳化性能,过高的温度会使孔隙率和大孔数量增多,反而不利于抗碳化,表现为40℃养护时碳化深度最小,60℃次之,20℃最大。过高的温度同样不利于后期强度发展,表现为28d强度60℃养护时低于40℃。这与压汞实验的分析结果相一致。所以,补偿收缩混凝土内部温升不宜过高,最好控制在40℃以下。