高性能补偿收缩混凝土研究及在渠道衬砌工程中的应用

高性能膨胀混凝土（HPEC）是混凝土材料科学一个新的学科分支，是高性能混凝土（HPC）和膨胀混凝土（EC）二者的有机结合。试验表明：配制的HPEC具有施工操作性好，后期强度增长显著和抗冻抗渗抗裂性能优良等特点，并在山东省南水北调济平干渠渠道衬砌工程中应用，在钢丝网架保温板上现浇6m×6m的高性能补偿收缩混凝土衬砌板，密实、无裂缝，经工程运行检验，效果良好。

高性能补偿收缩混凝土的技术应用

自20世纪80年代推广使用补偿收缩混凝土至今,补偿收缩混凝土已广泛应用到地下室结构和超长钢筋混凝土工程无缝施工。随着补偿收缩混凝土的发展,混凝土裂缝问题得到较好解决,所以我们必须遵循补偿收缩混凝土的规律,给补偿收缩混凝土创造必要的条件,来达到我们的使用目的。现以我参与的工程实例来阐述补偿收缩混凝土的技术应用。

高性能补偿收缩混凝土的变形性能和耐久性研究

采用复掺矿物掺合料和膨胀剂制备高性能补偿收缩混凝土,对其进行变形性能和耐久性试验,并探讨了矿物掺合料、膨胀剂、养护条件等因素改善补偿收缩混凝土性能的本质,并总结了各因素对补偿收缩混凝土干燥收缩率和抗氯离子渗透能力影响的规律。

聚乙烯醇纤维对桥梁用C60高性能补偿收缩混凝土性能的影响

嵩昆路军长立交桥湿接缝处采用了聚乙烯醇纤维(PVAF)补偿收缩混凝土,为制备满足性能要求的混凝土,进行了PVAF对C60高性能补偿收缩混凝土工作性能、力学性能、限制膨胀率及耐久性等性能的影响规律研究。结果表明,PVAF的掺入会对混凝土工作性能产生不利影响;随着PVAF掺量的增加,混凝土的抗压强度和弹性模量呈下降趋势,当PVAF掺量为1.8 kg/m^3时,混凝土力学性能不能满足设计要求;混凝土限制膨胀率随着PVAF掺量的增加而呈现降低趋势,当PVAF掺量为1.8 kg/m^3时,混凝土水中14 d限制膨胀率不满足技术要求;随着PVAF掺量的增加,混凝土氯离子扩散系数和电通量呈现近似线性增加的规律;研究结果表明,PVAF掺量宜控制在1.2 kg/m^3以内。

桥梁用C60高性能补偿收缩混凝土性能研究

嵩昆路军长立交辅道桥采用C60高性能补偿收缩混凝土,由于对高强补偿收缩混凝土研究较少且缺乏指导性,为制备性能优良的高强度补偿收缩混凝土,采用室内试验方法,系统研究了配合比关键参数对C60补偿收缩混凝土工作性能、力学性能和耐久性能影响规律。研究表明,随着水胶比的增加,混凝土的力学性能和耐久性均呈现下降趋势;当砂率从39%增加到43%,混凝土抗压强度、弹性模量呈现先增后减的趋势,氯离子扩散系数和电通量呈现先减后增趋势;膨胀剂的掺入使混凝土抗压强度呈现下降趋势;膨胀剂掺量的增加,混凝土氯离子扩散系数和电通量呈现先降低后增加的趋势。

C60高性能补偿收缩混凝土配合比优化设计研究

通过不同配合比参数对C60高性能补偿收缩混凝土限制膨胀率的影响规律试验研究,对其配合比进行优化设计。试验结果可知:水胶比从0.25增加到0.27时,混凝土限制膨胀率呈现先增加后降低的趋势;砂率从39%增加到43%时,混凝土限制膨胀率出现先增加后降低的趋势;矿物掺合料掺入后,混凝土限制膨胀率得到明显提升,且随着粉煤灰掺量的增加,限制膨胀率略有上升;综合考虑力学性能和限制膨胀率两个方面因素,膨胀剂掺量优选为8%。根据设计要求推荐C60高性能补偿收缩混凝土配合比关键参数为:水胶比为0.26,砂率为41%,矿物掺合料掺量为20%,膨胀剂掺量为8%。

组合梁栓钉对高性能混凝土约束收缩效应研究

为探究高性能混凝土在栓钉约束作用下的收缩特征及开裂行为,制作了钢-混凝土组合构件,通过试验研究了不同栓钉因素对高性能混凝土约束收缩应变、约束度及开裂风险的影响规律,运用正交试验方法研究了栓钉直径、间距、高度对高性能混凝土约束收缩的影响,得到了主要敏感因素。结果表明:高性能混凝土较普通混凝土的约束收缩应变发展趋势更为平滑;各栓钉因素对约束收缩的敏感性影响的主次顺序依次为直径、间距、高度;混凝土收缩在组合梁高度方向上呈现出一定的收缩梯度,混凝土约束收缩应变随高度增加而增大,但栓钉高度在30 mm处、间距在75 mm处、直径在150 mm处对高性能混凝土约束收缩几乎没有影响;栓钉对混凝土的约束作用可定义为3个阶段,即约束增强阶段、约束下降阶段和约束稳定阶段;组合梁构件最大开裂风险发生在栓钉的根部,当栓钉间距由150 mm减少到75 mm,直径由13 mm增加到22 mm时,最大开裂风险分别增加了20.03%和36.05%,栓钉高度的改变对最大开裂风险没有影响;采用高性能混凝土以及直径小、高度高的栓钉布置方式可以有效减小混凝土的收缩及开裂风险。

超高性能混凝土收缩研究进展

收缩是超高性能混凝土(UHPC)早期开裂的主要诱因,主要综述了UHPC收缩的发展规律、测试方法、调控手段及其收缩机理。结果表明:UHPC的收缩主要由自收缩和干燥收缩组成,而自收缩通常占总收缩的78.6%~90.0%,且主要集中在早期,后期收缩基本趋于稳定;热养护和组合养护可促进水泥水化以及掺合料的火山灰反应,改善孔结构,有利于消除后期UHPC收缩应变;毛细管张力理论可以很好地从相对湿度、孔隙结构、自应力、界面结构、水合程度来解释UHPC自收缩机理;当前UHPC收缩的测试方法主要侧重于实验室内,需要开发出一种实际工程应用中UHPC的收缩变形测量技术,实现可长期监测、数据实时传输、开裂的预报预警,对于大型工程UHPC结构的实时养护和工程防裂指导十分重要。

再生细骨料对超高性能混凝土的力学与自收缩性能影响

将再生细骨料应用于超高性能混凝土(UHPC)不仅能降低成本,还可实现建筑垃圾资源化利用。采用预湿状态再生细骨料制备UHPC,探究再生细骨料的粒径(0.6~<1.18 mm和1.18~2.36 mm)和不同掺量(10%、20%、30%和40%,均为体积分数)对UHPC的工作性能、力学性能、体积稳定性、抗氯离子渗透性能的影响,利用热重分析(TG-DTG)、显微硬度、压汞仪(MIP)和扫描电子显微镜(SEM)等测试方法揭示其影响机理。结果表明,再生细骨料的粒径和掺量是影响UHPC力学性能和体积稳定性的关键因素。随着预湿再生细骨料掺量增大,UHPC的流动性和自收缩值逐渐减小,但其抗压强度表现出先增大后降低的趋势,其中掺入20%预湿再生细骨料(粒径为1.18~2.36 mm)制备的UHPC性能更优,与未掺再生细骨料UHPC相比,其28 d抗压强度提升7.0%,7 d自收缩值降低了78.8%;预湿再生细骨料内养护效应有助于降低UHPC内部自干燥进程、提高水化反应程度、优化界面过度区组成结构、减少有害孔和多害孔数量。

纤维-内养护轻集料复合增强高性能混凝土的收缩与抗裂性能研究

为缓解高性能混凝土的高收缩、易开裂等体积稳定性不足问题,基于纤维-内养护材料的复合作用,采用非接触式自收缩仪和平板法对不同轻集料内养护剂替代率(10%~20%)、纤维组合(钢纤维、聚丙烯纤维、混杂纤维)条件下的高性能混凝土自收缩性能和抗裂性能进行分析。结果表明:1)轻集料的替代率对降低早期自收缩效果显著,可将3 d、28 d自收缩率分别降低42.8%~62.6%、14.5%~32.8%,但也会增加自收缩率在28 d后的增长速率;2)纤维与轻集料的组合作用可进一步将28 d自收缩率最大降低45.8%,且可将28 d后的自收缩增长率降低60%(1.2μm/d~1.44μm/d);3)轻集料和纤维的掺入对减少裂缝面积、裂缝条数和最大裂缝宽度、长度具有显著效果,3种纤维对裂缝面积削减效果依次为钢纤维<聚丙烯纤维<混杂纤维,且混杂纤维还可进一步减少后期裂缝面积的发展速率;4)纤维与20%轻集料替代率组合作用下,产生的相对抗裂指数为94.7%~98.7%,同时可将最大裂缝长度和宽度分别削减92.7%和90%;5)纤维-内养护材料的复合作用可显著提升高性能混凝土的收缩和抗裂性能,可在工程实践中予以推广。

高性能补偿收缩混凝土用膨胀剂——HCSA的特点及其应用

本文介绍了一种膨胀能大、膨胀快、绝湿条件下膨胀大、性能稳定的新型混凝土膨胀剂(HCSA),该膨胀剂与高性能混凝土具有良好的匹配性,是配制高性能补偿收缩混凝土、解决高性能混凝土收缩开裂的理想材料。

浅析SAP对高性能混凝土收缩和耐久性的影响

高性能混凝土强度高,耐久性好,但也容易产生收缩裂缝,研究改善其性能的方法很有必要。文章在高性能混凝土中掺入高吸水性树脂(SAP),以其作为内养护剂,通过测定高性能混凝土水分蒸发率和观测不同条件下高性能混凝土内部相对湿度变化,研究SAP对高性能混凝土收缩裂缝的影响;通过盐冻试验、氯离子渗透试验分析论证不同SAP掺量对高性能混凝土剥蚀率、相对动弹性模量、抗压强度和抗折强度的影响,研究高性能混凝土中SAP的最佳掺量。结果表明:掺加SAP的高性能混凝土能很大程度减少收缩裂缝,对提高高性能混凝土耐久性具有重要意义,SAP的最佳掺量为0.1%,额外补水量为15倍时效果最好。研究成果可对高性能混凝土的推广应用提供参考。

徐州金穗大厦地下工程高性能补偿收缩混凝土应用

本文介绍了徐州金穗大厦高性能补偿收缩混凝土的研究和使用情况。工程实践表明,膨胀剂与缓凝高效流化剂、大掺量优质粉煤灰复合使用,是解决高性能大体积混凝土温度裂缝的有效手段。

减缩剂对水泥砂浆及超高性能混凝土收缩性能的影响

研究了不同掺量的减缩剂(SRA)对水泥砂浆塑性收缩开裂、水泥水化热、水泥砂浆毛细管负压的影响,以及SRA掺量(1%、3%、4%)对超高性能混凝土(UHPC)抗压强度和收缩性能的影响。结果表明:SRA可显著降低水泥砂浆的开裂面积、平均和最大裂缝宽度,当SRA掺量为4%时,缓解塑性收缩开裂的效果最佳,开裂面积、平均和最大裂缝宽度与基准组相比分别降低了52.1%、35.0%和48.4%;SRA通过延缓毛细管负压的发展,降低了水泥砂浆的塑性收缩开裂;随着SRA掺量的增加,UHPC的抗压强度提高越明显,UHPC的收缩显著降低;当减缩剂掺量为4%时,UHPC的28 d抗压强度达140.0 MPa,收缩率最低。

不同养护条件和钢纤维掺量对超高性能混凝土收缩性能的改善

为改善超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称UHPC)的收缩性能,研究了钢纤维掺量为1.5%、2.0%、2.5%的UHPC在自然养护、标准养护、热水养护3种养护条件下的收缩性能变化,通过X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)和扫描电镜(scanning electron microscopy,简称SEM)分析,进一步分析了影响其收缩性能变化的微观因素。结果表明:标准养护和热水养护条件下对UHPC的收缩抑制作用比较显著,随着钢纤维掺量的提高,UHPC的收缩性能会降低,钢纤维掺量为2.5%时UHPC的收缩性能仍满足要求,且在热水养护中混凝土的收缩率最小;此外,加入矿物掺合料可以促进水泥二次水化,形成致密的微观结构,使钢纤维与基体黏结更紧密。

SAP对含粗骨料超高性能混凝土收缩和力学性能的影响

含粗骨料超高性能混凝土(粗骨料UHPC)可兼顾超高强度和超高耐久性能,进一步降低收缩,但自收缩较大的问题仍未解决。文章主要研究了高吸水性树脂(SAP)在0.1%、0.15%和0.2%胶凝材料用量下,相对于膨胀剂对粗骨料UHPC工作性、自收缩以及力学性能的影响。

钢纤维增强补偿收缩高性能混凝土研究

针对某国防工程需要配制具有高工作性、自防水混凝土的要求,通过采用掺加粉煤灰、膨胀剂、钢纤维、高效减水剂以及缓凝剂,优化配合比设计,检测其力学性能、流动性、限制膨胀率和限制干缩率、静水压力等性能。结果表明,掺入钢纤维和复合外掺剂有效地提高了混凝土的力学性能,增加了混凝土的密实度,配制出具有高抗裂、高抗渗性能的自防水混凝土,满足工程要求的自防水要求。

寒冷地区海洋环境下高性能混凝土时变特性试验研究

依托河北唐山市内曹妃甸区纳潮河2#大桥,针对寒冷地区海洋环境下高性能混凝土(HPC)的时变特征演化规律,开展桥位同位同因素下HPC的时变性能试验研究,且把试件每个变量实际测量数值和规范标准预估值做比较,结果表明:寒冷地区海洋环境下的HPC的早期抗压强度提升速度明显高于规范预测值,抗压强度呈现早期发展迅速,后期缓慢的趋势;寒冷地区海洋环境下HPC弹性模量早期进展速度快,但初期进展相对落后于抗压强度发展趋势。采取抗压强度演算HPC的弹性模量显然小于实际测量值;寒冷地区海洋环境下HPC收缩应变同样在初期收敛速度很快,后期收敛速度趋缓,此外试件构件尺寸大小不但与收缩应变的最终数值有关,同时影响收缩应变随时间发展进程;针对寒冷地区海洋环境下HPC的收缩和徐变发展特性,基于试验结果,分别提出基于CEB-FIP—2010的收缩参数修正模型以及基于EN 1992-2—2005的徐变预测修正公式。

钢-混凝土组合梁补偿收缩高性能混凝土研究

钢和混凝土是建造桥梁的主要结构材料,这两种材料在物理和力学性能上具有不同的优势和劣势,如果只采用其中一类材料建造桥梁,其结构性能往往受到材料性能的制约而有所不足。通过某种方式将钢材与混凝土组合在一起共同工作,可以充分发挥不同材料的优势,扬长避短,从而为桥梁工程师提供了更广阔的创作空间。考虑到北方严寒地区桥梁结构处于除冰盐环境内,为保证结构安全以及耐久性,桥面板混凝土拟采用补偿收缩高性能混凝土。该补偿收缩高性能混凝土应该具有高抗压强度、抗冲击、抗冻融、耐氯盐腐蚀、防水抗裂以及和易性等要求,为此需要加入粉煤灰、矿渣粉、引气剂、减水剂、纤维、硅灰等外加剂。

补偿收缩与高性能混凝土配合比设计和质量控制

结合无锡市五里湖大桥工程实例,主要介绍桥梁下部构造钢管拉梁泵送压注混凝土的配合比设计、施工工艺要点和质量控制,使用普通水泥、地产砂石料、微膨胀剂、西卡901阻锈剂配制补偿收缩与高性能混凝土的经验。