摘要：本文針對兩種不同顆粒粒徑范圍的膨脹劑，進行膨脹性能、膨脹速率的研究。依據膨脹性能、膨脹速率與膨脹劑顆粒粒徑范圍的相關關系，確定膨脹劑的最佳顆粒粒徑區間，以指導混凝土膨脹劑在實際生產過程中的工藝。

　　關鍵詞：顆粒粒徑；膨脹劑；膨脹性能；膨脹速率

　　引言

　　由于膠凝材料的水化反應，實體結構內、外部溫度及濕度的變化等綜合因素的影響，混凝土在硬化及使用過程中會產生體積收縮。對于混凝土實體結構而言，收縮在受到基礎、內部鋼筋、強約束柱等約束限制時，產生收縮拉應力，一旦該收縮拉應力值超過了此時混凝土的極限抗裂強度，混凝土便會產生收縮開裂[1]。實際鋼筋混凝土工程中，如大體積混凝土、超長無縫施工、工程接縫填充等，在混凝土中摻入一定量的膨脹劑補償混凝土收縮，甚至形成一定的預壓應力來控制混凝土裂縫的做法已得到普遍應用[2,3]。影響膨脹劑的質量除了膨脹熟料自身性能外，膨脹劑的顆粒組成也是一個很重要的因素，國內外學者對不同膨脹源及混磨工藝配置的膨脹劑顆粒粒徑組成進行了大量的試驗及理論研究，其得出的合理顆粒粒徑組成也各不相同，但其研究對象主要集中在傳統的鋁酸鹽-硅酸鹽[4]、氧化鈣、硫鋁酸鈣型[5,6]及以鋁酸鈣熟料和硬石膏為主要成分的膨脹劑[7,8]，而對于以硫鋁酸鈣-氧化鈣雙膨脹源的高性能膨脹劑的合理顆粒粒徑組成研究較少。因此本文將對以兩種粒徑的硫鋁酸鈣-氧化鈣雙膨脹源的高性能膨脹劑進行一定的試驗研究。

　　1試驗部分

　　1.1原材料

　　水泥：混凝土試驗采用華新P·O42.5水泥；膠砂試驗采用基準水泥。

　　膨脹劑：選用武漢三源特種建材有限責任公司生產的兩種不同粒徑組成的高性能膨脹劑，采用同一種熟料粉磨出的a樣和b樣，其中a樣為未經過顆粒調配的生產樣，b樣為經過工藝調整后得到的合理顆粒粒徑組成的生產樣。

　　砂：湖北巴河生產，細度模數2.7。

　　石子：湖北烏龍泉生產，連續級配5~31.5mm。

　　減水劑：華爍HSPC－8A高性能聚羧酸系減水劑。

　　粉煤灰：湖北青山電力實業公司生產，Ⅰ級粉煤灰。水泥及膨脹劑的化學分析表見表1。

　　1.2粒徑分析試驗

　　采用激光粒度儀對a、b兩種顆粒粒徑組成的樣品進行粒度分析。

　　1.3膠砂試驗

　　依據GB23439—2009《混凝土膨脹劑》中提供的材料配比及檢測方法進行膠砂試驗，a、b兩種膨脹劑摻量均為內摻10%。

　　1.4混凝土試驗

　　采用C35混凝土進行膨脹率及強度的成型，坍落度控制（180±20）mm，養護和測試按GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行，a、b兩種膨脹劑樣品摻量均為內摻10%。空白組C35混凝土配合比見表2。

　　1.5膨脹速率試驗

　　將摻有a、b兩種顆粒組成的膨脹劑分別攪拌完成后，直接放入帶有限制膨脹桿的鋼模內，采用NEL-NES型混凝土收縮變形測定儀非接觸式探頭從混凝土塑性期開始測試其膨脹變化，由膨脹率的變化確定兩種膨脹劑的膨脹速率。

　　2試驗結果及討論

　　2.1粒度分析結果

　　a、b兩種顆粒組成的膨脹劑粒度分析如圖1所示，各區間段粒徑的占比見表3，從圖1及表3可以看出，a樣品中0～45μm顆粒占比70.8%，b樣品僅占16.73%，且其顆粒區間主要集中在45~150μm區間段內，占比77.62%，a樣該區間段占比僅為28.44%。從粒徑分析結果表明b樣顆粒組成更滿足文獻[7]、[8]中提到的“中間大、兩頭小”的結論，其膨脹性能更優。

　　2.2粒徑區間對膠砂限制膨脹率的影響

　　膠砂限制膨脹率隨齡期變化關系如圖2所示，從圖2可以看出，同種條件下，a樣膨脹劑膨脹率明顯要高于b樣膨脹劑，在水養條件下，b樣膨脹劑7天膨脹率在15以上。因此，合理的顆粒調配能夠有效地提高膨脹劑的膨脹率，通過調配膨脹劑中顆粒級配可以滿足補償收縮混凝土對不同大小膨脹率的要求。同時，在膨脹率一定的條件下，可以實現降低膨脹劑摻量，節約資源成本的效果。

　　2.3粒徑區間對混凝土性能的影響

　　2.3.1粒徑區間對混凝土施工性能的影響按照表1施工配合比，通過a、b兩種不同粒徑組成的膨脹劑，其混凝土的施工性能影響結果見表4。從表4可以看出，相同條件下，與空白組相比較，摻b樣膨脹劑混凝土的各項施工性能與空白組基本接近，摻a樣膨脹劑混凝土的擴展度及坍落度有輕微降低，同時坍落度損失也較空白組大，凝結時間提前。說明經過合理顆粒粒徑搭配的膨脹劑能夠實現對混凝土的各項施工性能無較大影響。

　　2.3.2粒徑區間對混凝土膨脹率及強度的影響混凝土限制膨脹率及強度隨齡期變化關系如圖3、圖4所示，b樣膨脹率明顯要高于a樣膨脹率，14d膨脹率在4.2×10-4左右。同時，強度均高于設計強度等級要求。其主要是由于b樣膨脹劑對45μm以下的顆粒占比降低，而提高了45～150μm有效膨脹的顆粒區間，從而能夠有效地減少膨脹劑在塑性期的損失[6]，提高膨脹劑的有效膨脹能。

　　2.4粒徑區間對膨脹速率的影響

　　兩種膨脹劑從混凝土成型至膨脹開始期間的膨脹率隨時間的變化關系如圖5所示，從圖5可以看出，a樣的膨脹速率明顯要快于b樣，且膨脹主要集中在7～30h內，而b樣膨脹速率在早期反應較慢，而后逐步加快，膨脹周期較長，從7h開始膨脹到50h內，其膨脹能逐漸釋放出來，從而能減少由于早期混凝土仍在塑性階段而損失掉部分的膨脹能，能夠有效地將膨脹劑的膨脹能用于補償混凝土的各項收縮，達到對混凝土抗裂防滲的效果。

　　結論（1）膨脹性能更好的顆粒粒徑組成應滿足“兩頭小、中間大”的特點。

　　（2）通過調整工藝生產的合理粒徑區間膨脹劑其各項性能均要優于普通的生產樣，且摻該膨脹劑的混凝土各項性能均較好。

　　（3）經工藝調整生產的合理粒徑區間的膨脹劑能有效提高膨脹劑的膨脹能，可實現低摻量，達到節約資源的目的。

　　參考文獻：

　　[1]吳中偉.補償收縮混凝土[M].北京:建筑工業出版社,1979:1-4.

　　[2]劉德春,熊小麗.新型雙膨脹源膨脹劑的研究[J].新型建筑材料,2011(6):5-8.

　　[3]李明霞,侯維紅.雙膨脹源膨脹劑在工程中的應用研究[J].膨脹劑及膨脹混凝土,2015(1):13-16+24.

　　[4]質量監督檢驗檢疫總局.混凝土膨脹劑:GB23439—2009[S].北京:標準出版社,2009.

　　[5]趙順增.氧化鈣-硫鋁酸鈣雙膨脹源膨脹劑的性能研究及應用[C].深圳:“第三屆全國特種混凝土技術及首屆全國瀝青混凝土技術”學術交流會論文集.2012.

　　[6]王棟民,龍俊余.顆粒級配對膨脹劑性能的影響[J].膨脹劑及膨脹混凝土,2008(2):33-35.

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