抗裂硅质防水剂在轨道交通混凝土结构工程中的应用研究.pdf
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1、中国科技核心期刊 新 癯 建蟓 抗裂硅质盼 剂在轫道交通混凝土结构 工程I l 】 硇应用研究 徐秀华 ( 福建省建筑科学研究院, 福建 福州3 5 0 0 2 5 ) 摘要: 研究了不同掺量抗裂硅质防水剂对混凝土工作性能、 力学性能、 抗渗性能以及体积稳定性能的影响。 结果表明: 掺入适量的 抗裂硅质防水剂有利于改善混凝土性能; 随抗裂硅质防水剂掺量的增加, 混凝土的和易性、 力学性能、 体积稳定性呈先增强后降低; 当 掺量为胶凝材料的5 时, 混凝土的和易性、 力学性能和体积稳定性较佳; 掺量为胶凝材料的5 7 时, 混凝土抗渗性能较佳。 关键词: 抗裂硅质防水剂; 轨道交通: 混凝土结构
2、 中图分类号: T U 5 7 * 2 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 0 7 0 0 7 2 0 4 Ap p l i c a t i o n r e s e a r c h o f c r a c k r e s i s t a n c e s i l i c o n wa t e r p r o o fi n g a g e n t i n t h e r a i l t r a n s i t c o n c r e t e s t r u c t u r e p r o j e c t U Xi u h u a ( F u j i
3、a n Ac a d e m y o f B u i l d i n g Re s e a r c h , F u z h o u 3 5 0 0 2 5 , F i a n , C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e i n fl u e n c e o f d i f f e r e n t c o n t e n t c r a c k r e s i s t a n c e s i l i c o n w a t e r p r o o fi n g o n w o r k i n g p rop e r t i e s , me c h a n i c
4、a l p r o p e r t i e s , a n t i - p e n e t r a b i l i t y p e r f o r ma n c e a n d v o l u me s t a b i l i t y o f c o n c r e t e wa s s t u d i e d T he r e s u l t s o b t a i n e d i n d i c a t e t h a t t h e c o n c r e t e p e rfo r ma n c e C an b e i mp r o v e d b y a d d i n g c r
5、 a c k r e s i s t a n c e s i l i c o n wa t e rpr o o fi n g Wi t h t h e i n c r e a s e o f c r a c k r e s i s t a n c e s i l i c o n wa t e rpr o o f i n g c o n t e n t , t h e wo r k a b i l i t y , me c h a n i c a l p r o pe r t i e s , v o l u me s t a b i l i t y o f c o n c r e t e c a
6、 n be i n c r e a s e d fi r s t , a n d t h e n d e c r e a s e dWh e n t h e c o n t e n t o f wa t e rpr o o f i n g i s 5 o f t h e b i n d i n g ma t e r i a l t h e c o n c r e t e h a s a b e t t e r wo r k a b i l i t y , me c h a n i c a l p r o p e r t i e s and v o l u m e s t a b i l i t
7、 y Wh e n t h e c o n t e n t o f wa t e r p r o o fi n g i s 5 - 7 o f t h e b i n d i n g ma t e ri al, t h e c o n c r e t e h a s a b e t t e r a n t i - p e n e t r a b i l i t y p e r f o rm a n c e Ke y wo r d s : c r a c k r e s i s t anc e s i l i c o n w a t e rpr o o f i n g a g e n t ; r
8、 a i l t r a n s i t ; c o n c r e t e s t r u c t u r e 0 前言 目 前在实际工程应用中, 混凝土的 微裂缝、 渗水现象是普 遍存在的问题, 不仅直接影响了混凝土的耐久性能, 还间接影 响混 凝土工程质量的安全。尤 其是轨道交通工 程的 混凝土结 构绝 大部分属于地下隧道 工程, 多 年以 来隧道的开裂、 渗水现 象一直存 在,同 时轨道交 通的 线路 基本都位于城 市车 流较大 的地段, 这进一步加剧了地铁隧道开裂、 渗水的机率。混凝土 中 水泥水化放热、 配合比 设计不当、 过多的用水量等, 都易引 起局部混凝土产生缺陷、 裂缝等1
9、】, 这些 缺陷将会因 地下碱集 料反应、 硫酸盐、 氯盐环境的影响而导致裂缝的 扩展, 甚至出 现渗水现象, 从而影响混 凝土主体结构的 工程质量。因 此, 对 于轨道交通工 程, 混凝土结 构的 收缩、 裂 缝以 及防水的控制显 收稿日期: 2 0 1 4 0 4 0 8 作者简介: 徐秀华, 男, 1 9 8 4年生, 福建福州人, 硕士, 主要从事高性 能混凝土、 建筑材料研究。地址: 福建省福州市仓山区金塘路 5 2号, E - ma i h 3 5 3 0 8 3 51 q q c o m。 7 2 新型建筑材料 2 0 1 4 7 得尤为重要。 抗裂硅质防水剂是一种以混凝土结构自
10、 防水为主的刚性 防水材料, 它主要是利用沸石粉等活性矿物质经一定的改性、 表面活化等工艺处理而成,根据其掺量选择内掺法或外掺法 计 算配合比。 抗裂硅质防水剂因 其具 有良 好的 改善混凝土耐 久性能、 施工便捷、 成本较低等 特点, 被广泛应用于轨道交通 工程混凝土主体结构、 项板、 侧墙以 及盾构管片制作等, 而关 于刚性防水材料在轨道交通工程中的 应用, 早在世界上第1 条地铁 伦 敦地铁建设中 就出 现了 阁 。 为了 提高轨 道交 通工程混凝土结构的自 防 水性能, 本文 主要研究了 按外掺 法计算配合比, 考察不同掺 量的 抗裂硅质 防 水剂对混凝土工作性能、 力学性能、 抗渗性
11、能以 及体积 稳定 性能的影响, 从而总结出相应的变化趋势及建议使用掺量, 为 该 材料在轨道交通工程中的 应用提供理论依据。 1 试验 1 1 原材料 水泥, 福建 炼石水泥有限 公司生产的炼 石牌P 0 4 2 5 水 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐秀华: 抗裂硅质防水剂在轨道交通混凝土结构工程中的应用研究 泥, 比表面积3 4 6 m g , 密度3 : 1 2 g c m ; 细集料, 闽江河砂, 细度模数2 7 , 区连续级配中 砂, 无碱活性; 粗集料, 福州闽 侯砂石场, 5 2 5 m m连续级配, 无碱活性; 外加剂, 福建建工建 材科技开
12、发有限公司生产的T W- J S 型缓凝高效减水剂, 减水 率2 0 ; 粉煤灰, 福州华能实业有限公司生产, 级灰, 细度 2 0 6 ; 防水剂, 抗裂硅质类型的粉剂防水剂, 其主要性能见 表 1 ; 拌和用水为自来水。 表 1 抗裂硅质防水剂的性能 1 2 混凝土配合 比和试验方案 为了研究外掺抗裂硅质防水剂对轨道交通混凝土结构工 程质量的影响。 采用不同掺量的抗裂硅质防水剂, 研究其对混 凝土工作性能、 力学性能和耐久性能的影响, 基准混凝土配合 比如 P 1 所示, 以K 2 、 K 3 、 K 4 、 K 5 、 K 6 分别代表掺入( 外掺, 下 同) l 、 3 、 5 、 7
13、 、 9 抗裂硅质防水剂的混凝土, 混凝土配 比见表2 。 表 2 混凝土配合比 k e C m 1 3 试验方法 混凝土工作性能测试按G B 5 0 0 8 0 2 0 0 2 普通混凝土拌 合物性能试验方法标准 进行; 混凝土抗压强度测试按G B 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 (通混凝土 力学 性能 试验方法标准 进行, 试件 尺寸为1 0 0 m m 1 0 0 m m x l 0 0 m i l l ; 混凝土抗水渗透性能、 抗氯 离子渗透性能、 早期抗裂性能、 收缩性能按 G B 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 进行测试。 2
14、结果与分析 2 1 混凝土拌合物的工作性能 抗裂硅质防 水剂掺量对新拌混 凝土 拌合物坍落度及和易 性的影响分别见图1 、 表3 a 从图 1 、 表3 可以看出, 抗裂硅质防水剂掺量在0 9 内, 随防水剂掺量的 增加混凝土拌合物的坍落度逐渐增大; 当 抗 图 1 抗裂硅质防水剂掺量对混凝土坍落度的影响 表 3 抗裂硅质防水剂掺量对混凝土和易性的影响 编号 P 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 黏聚性 良好 良好 良好 良好 良好 一般 保水性 良好 良好 良 好 良好 一般 一般 是否泌水 否 否 否 否 泌水 泌水 裂防水剂掺量超过一定值时, 混凝土的黏聚性和保水性开始 变差,
15、 甚至出现泌水现象。 这主要是由于抗裂防水剂的掺入使 新拌混凝土含气量增加,抗裂硅质防水剂中的磨细硅粉是一 种玻璃态的矿物质, 也在一定 程度上改 善了 混凝土的流动性, 同 时该抗裂硅质防水 剂含有一定的减水成 分, 在拌合用水量 一 定的条件下,掺入适量的抗裂硅质防水剂可改善混凝土的 流动性。 2 2 混凝土的力学性能 抗裂硅质防水剂掺量对混凝土抗压强度的影响见图2 。 0 1 0 2 0 3 0 4 O 5 O 6 0 龄期 d 图 2 抗裂硅质防水 剂掺量对混凝土抗压 强度 的影响 由 图2 可 见, 掺抗裂硅质防 水剂混凝土早期抗压强 度增 长较快, 后期强度增长较为缓慢。 混凝土的
16、3 , 7 、 2 8 及5 6 d 抗 压强度随抗裂硅质防 水剂外掺掺量的增加先增大后降 低; 抗 裂硅 质防 水剂的 掺量在5 时, 混凝土抗压强度 最高。 当 抗裂 硅质防 水剂外掺量在5 以内, 混凝土3 、 7 、 2 8 及5 6 d 抗压强 度均高于 基准混凝土( P 1 ) 强度。 其主要原因在于抗 裂硅质防 水剂中 含有大量的 活性氧化 硅和活性氧化铝成分,能 够参与 胶凝 材料的 水化过程, 抗裂硅质防水剂在 适宜 掺量下, 混凝土 中的水分能够满足水泥水化产物 C a ( O H ) 反应形成水化硅 酸钙和水化铝酸钙的需 要, 从而促进 水泥水化的 进行, 混凝土 N E
17、 W B U I L DI N G MAT E R I AL S 7 3 弱 暑 ; 日 曼 隈幽 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐秀华: 抗裂硅质防水剂在轨道交通混凝土结构工程中的应用研究 后期强度逐渐提高2 1 。 当抗裂硅质防水剂的掺量超过5 时,随防水剂掺量的 增加, 混凝土抗压强度开始呈逐渐下降的趋势, 甚至掺量达到 9 时, 混凝土的2 8 d 、 5 6 d 抗压强度低于不掺防水剂的混凝 土。 结合表3 抗裂硅质防水剂掺量对混凝土和易性能的影响 可知, 防水剂掺量超过5 时, 混凝土的黏聚性、 保水性逐渐 变差。防水剂掺量达到7 、 9 时, 混
18、凝土拌合物开始出现泌 水现象, 混凝土硬化和水泥水化过程中, 混凝土中的自由水易 蒸发损失, 易受环境因素影响, 到后期会因缺少水分导致膨胀 性钙矾石晶体在未水化颗粒表面生成致密的产物, 从而限制 了 水分的 迁移, 水 泥水化 程度 较低, 混凝 土后期强 度发展较慢, 甚至出现低于不掺抗裂硅质防水剂混凝土抗压强度的现象3 】 。 这说明该外掺抗裂硅质防水剂的掺量与混凝土力学性能之间 存在一个最佳掺量。 2 3 混凝土抗渗性能 表4为抗裂硅质防水剂掺量对混凝土抗水渗透性能的影 响测试结果。 表 4 抗裂硅质防水剂掺量对混凝土抗水渗透性能的影响 试样 P 1 K 2 K 4 K 4 K 5 K
19、 6 最大抗渗压力 MP a 1 4 1 6 1 8 2 1 2 0 1 3 由 表4 可知, 随 着抗 裂硅质防 水剂掺量的 增加, 混凝 土抗 水渗透性能先增强后降低。当防水剂外掺量为5 时, 混凝土 最大抗渗压力为2 1 M P a ; 当外加剂掺量从5 增加至7 , 混 凝土最大抗 渗压力变化 不大; 当 外加剂掺 量从7 增 加至9 , 混凝土的最大抗渗压力明显下降。 由此说明掺入适量的抗裂 硅质防水剂可有效改善混凝土的抗水渗透性能。 掺入抗裂硅质防 水剂 可提高混凝土抗 水渗透性能, 其主 要原因在于混凝土的微裂纹、 细小通气孔的存在对混凝土抗水 渗透性均有较大影响。在高水压条件下
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