大体积混凝土防裂抗渗剂研究与应用

2017-04-28

大体积混凝土裂缝问题是影响工程结构质量和耐久 性的关键因素之一，尤其是深层裂缝和贯穿性裂缝会影 响工程安全，缩短工程寿命。为解决大体积混凝土开裂 等问题，深圳砼科院有限公司研发了一种多元复合粉体 材料——GCS 大体积混凝土防裂抗渗剂。该防裂抗渗剂 由多种激发剂、活性材料和膨胀组分按不同活性、粒度、 水化特性组装而成，从材料的角度为大体积混凝土开裂 提供了整体解决方案。通过 GCS 大体积混凝土防裂抗渗 剂的应用，可提升大体积混凝土的防裂能力，降低工程 综合造价，减少后期维护费用，延长工程安全服役寿命， 进而产生较大的经济效益和社会效益。

一、主要组分及原理

（一）主要组分

GCS 防裂抗渗剂主要化学成分为 CaO、SiO2、 Fe2O3、Al2O3、MgO、SO3 等，可根据不同工程特点进 行组分定制和调整。

（二）产品机理 GCS 防裂抗渗剂是由激发剂、多种膨胀源和活性组 分组装而成的多元复合材料，内含多种活性组分和激发 剂，可部分替代水泥或掺合料。引入了缓释技术，通过 多膨胀源复合组装技术，针对大体积混凝土常用水泥、 掺合料在不同混凝土类别中的特性（结构特点、环境影响、 施工要求等）和发展规律，提供相应的活性激发历程和 补偿收缩历程，显著提高混凝土的体积稳定性，防止温度裂缝。该防裂抗渗剂一方面可显著降低混凝土早期水 化温升，同时通过激发水泥 - 掺合料复合胶凝体系中混 合材和掺合料的活性，提高混凝土后期强度，增加混凝 土密实性，改善耐久性。 该系列产品在防裂机理和产品设计理念上具有先进 性，尤其是通过多膨胀源复合组装技术及缓释技术，可 实现混凝土自生体积变形膨胀起始时间、膨胀结束时间 和膨胀量的“三个可控”，在大体积混凝土补偿收缩技 术上实现重大突破。

二、技术性能

1．改善混凝土拌合物的粘聚性，提高抗分离性，减 少泌水。

2．降低胶凝材料早期水化热，改善复合胶凝材料的 砂浆脆性系数；降低混凝土绝热温升值，推迟温升峰值 出现时间，简化温控措施，降低温控成本。

3．显著提高混凝土后期抗压强度、劈拉强度、轴拉 强度和极限拉伸值。

4．降低混凝土干缩值。

5．混凝土自生体积变形表现为微膨胀，项目研发的 系列防裂抗渗剂可实现膨胀起止时间、膨胀量可控，有效 补偿混凝土体积收缩，改善大体积混凝土的体积稳定性。

6．改善混凝土孔结构，增强混凝土密实度，提高混 凝土耐久性能。

7．大幅提高大体积混凝土抗裂性能。

三、工程应用

GCS 大体积混凝土防裂抗渗剂主要应用在大坝、地 铁、机场、公路、铁路、桥梁、隧道、市政、港口、码头、 水下、地下建筑等各类别各等级混凝土工程的梁、板、柱、 块等各种结构。目前已成功应用于神农架龙潭嘴水电站 大坝、厂房等工程。 神农架龙潭嘴水电站位于神农架林区，大坝为碾压 混凝土双曲拱坝，最大坝高 98 米，混凝土总浇筑量约 20 万立方米。鄂西北地区粉煤灰资源十分紧缺，但磷渣 资源丰富，经过室内试验和现场工艺性试验，项目团队 提出了全坝掺用磷渣粉作为掺合料的技术方案。通过复 掺 45% 磷渣粉和 15%GCS 防裂抗渗剂方案，解决了磷 渣粉混凝土中后期强度、干缩大和体积变形收缩大等不 利影响。现场施工情况表明，采用 GCS 防裂抗渗剂，可 显著改善碾压混凝土拌和物的粘聚性、可碾性；温度监 测结果表明，掺 GCS 可削弱混凝土温升峰值，使混凝土 水化温升曲线趋于平缓，并将峰值出现时间推迟约 172 小时；试验块应变监测结果表明，GCS 防裂抗渗剂掺入 碾压混凝土中，具有微膨胀效应。从混凝土应变膨胀量 最大值出现开始，复掺 GCS 防裂抗渗剂和磷渣粉的三级 配碾压混凝土膨胀量稳定高于单掺磷渣粉的三级配碾压混凝土膨胀量 30 ～ 70με ，显著改善大坝混凝土的体积 稳定性和抗裂性。 大坝从2011年浇筑至今，浇筑方量约18万立方米， 未发现裂缝。大坝浇筑至 70 米时进行了钻孔取芯，结果 表明，芯样表面光滑、致密，骨料分布均匀、胶结优良， 强度和耐久性良好。

四、推广应用前景

经过长期室内试验研究与实体工程验证，表明 GCS 大体积混凝土防裂抗渗剂能够提高大体积混凝土抗裂性 能，大大减少混凝土的裂缝问题。而且，可针对大体积 混凝土常用水泥、掺合料在不同混凝土类别中的不同特 性和发展规律，定制系列产品，研制不同的活性激发历 程和补偿收缩历程，以适应不同的工程原材料和混凝土 性能需要。 随着大批大型基础设施工程建设的陆续开展，目前 西部地区粉煤灰资源日益紧缺，只能利用工程周边石粉、 天然火山灰等矿物掺合料作为粉煤灰替代方案，而采用 上述掺合料配制的混凝土拌合物，力学、变形、耐久等 性能难以达到施工和设计要求，尤其是对大体积混凝土 抗裂性会带来不利影响。采用大体积混凝土防裂抗渗剂 与工业废渣或其他矿物掺合料作为复合掺合料掺入大体 积混凝土，可提高大体积混凝土抗裂性，改善混凝土耐 久性，为解决西部地区优质掺合料紧缺问题提供了新思 路，为改善或解决大体积混凝土裂缝问题提供了新途径。 目前，GCS 大体积混凝土防裂抗渗剂已列入《2016 年 度水利先进实用技术重点推广指导目录》。　　

项目完成单位简介

深圳市砼科院有限公司是一家专门从事高性能混 凝土相关产品研发、制造和技术服务的高科技企业。 公司以“金砼”牌大体积混凝土防裂抗渗剂系列产品 为核心，专注于大体积混凝土开裂问题的研究，并从 材料专业角度为大体积混凝土防裂提供整体解决方 案。深圳市砼科院有限公司下设湘乡金砼外加剂有限 公司等生产性企业，专门负责产品的生产供应。根据 工程需求，在相关地区建设有多个生产基地，年生产 能力达 100 万吨。公司全面通过 ISO9001 质量体系认 证，严格实施标准化、规范化、程序化管理。公司拥 有先进的检验、检测设备，确保了产品质量的稳定性 和技术先进性。