混凝土膨脹劑限制膨脹率試驗(yàn)方法在應(yīng)用中值得注意的幾個(gè)問題

鄭 偉 張 偉（深圳市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，廣東 深圳518040）

混凝土膨脹劑產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《混凝土膨脹劑》GB23439-2009已 于2010年3月1日 起 實(shí) 施，替代原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土膨脹劑》JC476-2001，新標(biāo)準(zhǔn)中將限制膨脹率作為唯一強(qiáng)制性檢測(cè)項(xiàng)目。限制膨脹率是采用千分表，對(duì)水中養(yǎng)護(hù)7天及空氣中養(yǎng)護(hù)21天的試件長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算不同養(yǎng)護(hù)條件下的變形率。由于影響因素比較多，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性均比較差。筆者根據(jù)長(zhǎng)期從事膨脹劑檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，就其中幾個(gè)關(guān)鍵性因素做了分析，包括：環(huán)境相對(duì)濕度、試件表面風(fēng)速、試件的溫度線膨脹系數(shù)以及怎樣保證長(zhǎng)度測(cè)量值的穩(wěn)定性。

1 試驗(yàn)及說明

1.1 恒溫恒濕環(huán)境中的相對(duì)濕度及試件表面風(fēng)速

限制膨脹率試件在水中養(yǎng)護(hù)7天后需放置在（20±2）℃、（60±5）%RH恒溫恒濕 環(huán)境中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)21天，在此環(huán)境條件下，試件將發(fā)生干縮變形，干縮變形量與試件的失水多少密切相關(guān)，而環(huán)境濕度和試件表面風(fēng)速是試件失水多少的外部決定因素。

1.1.1 環(huán)境相對(duì)濕度。

首先要準(zhǔn)確的測(cè)量環(huán)境的相對(duì)濕度；其次要能夠保證試件在養(yǎng)護(hù)期間，環(huán)境相對(duì)濕度穩(wěn)定。

目前，多數(shù)用于測(cè)量濕度的儀器是干濕球溫度計(jì)（包括水銀干濕球溫度計(jì)及電子干濕球溫度計(jì)），養(yǎng)護(hù)環(huán)境濕度的準(zhǔn)確測(cè)定取決于干濕球溫度計(jì)的正確使用及選擇合適的校準(zhǔn)方式。要正確的使用干濕球溫度計(jì)，首先要了解其測(cè)濕原理：用兩只相同的溫度計(jì)，其中一只球部纏有濕潤(rùn)的紗布稱為濕球溫度計(jì)，另一只用來測(cè)量空氣溫度稱為干球溫度計(jì)，由于濕球紗布上的水分不斷蒸發(fā)吸熱使?jié)袂驕囟认陆担Y(jié)果干、濕球溫度示值就出現(xiàn)了一個(gè)差值。這個(gè)差值的大小，取決于水分蒸發(fā)的快慢程度，而蒸發(fā)的快慢又取決于空氣的濕度大小和當(dāng)時(shí)的風(fēng)速。由測(cè)試原理可知，測(cè)定空氣濕度的準(zhǔn)確度除與干球、濕球溫度計(jì)精度有關(guān)外，與濕球溫度示值是否準(zhǔn)確也有很大關(guān)系，而影響濕球表面良好蒸發(fā)的因素都將影響濕球示值，這些影響因素包括濕球的表面形狀、紗布的吸水能力（應(yīng)采用棉紗布，并保持紗布清潔）和紗布的包扎（單層紗布，重疊部分不應(yīng)大于球部周長(zhǎng)的三分之一）、潤(rùn)濕紗布的水質(zhì)（應(yīng)用蒸餾水）、現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速。另一影響濕度準(zhǔn)確測(cè)定的因素是干濕球溫度計(jì)的校準(zhǔn)。干濕球濕度計(jì)的校準(zhǔn)不應(yīng)單是對(duì)干球和濕球兩只溫度計(jì)的精度校準(zhǔn)，還應(yīng)對(duì)濕度示值進(jìn)行校準(zhǔn)，即在給定的標(biāo)準(zhǔn)濕度下，濕度計(jì)的實(shí)測(cè)示值是多少。校準(zhǔn)點(diǎn)宜在所使用的溫、濕度范圍內(nèi)選?。ㄈ?8～20℃，55%～65%RH），校準(zhǔn)報(bào)告應(yīng)報(bào)出相對(duì)濕度標(biāo)準(zhǔn)值和相對(duì)濕度示值（或被校濕度計(jì)的干、濕球溫度），以及校準(zhǔn)時(shí)的風(fēng)速。使用時(shí)，應(yīng)考慮到校準(zhǔn)時(shí)的風(fēng)速與使用時(shí)風(fēng)速的差異及校準(zhǔn)產(chǎn)生的修正因子。

保證恒溫恒濕室溫、濕度的均勻性。當(dāng)采用恒溫恒濕室來養(yǎng)護(hù)試件時(shí)，一般需配置空調(diào)、抽濕機(jī)、加濕器等設(shè)施保證室內(nèi)環(huán)境條件。由于空調(diào)在制冷的同時(shí)有較強(qiáng)抽濕作用，抽濕機(jī)的工作是抽濕和除霜交替進(jìn)行的（在抽濕狀態(tài)時(shí)輸出的是干熱空氣，在除霜狀態(tài)時(shí)出來的是冷空氣），所以整個(gè)室內(nèi)的空氣是流動(dòng)的，不斷進(jìn)行著冷、熱及干、濕交換，通過用數(shù)字溫濕度計(jì)對(duì)室內(nèi)不同區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域的溫、濕度變化差異非常大，要保證整個(gè)空間內(nèi)的溫、濕度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求幾乎不可能，只能采取措施保證樣品區(qū)域的環(huán)境條件達(dá)到要求。經(jīng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，合理的布置樣品區(qū)位置、對(duì)樣品區(qū)進(jìn)行有效的遮擋，可以大大降低該區(qū)域的溫、濕度波動(dòng)，此外，選用變頻空調(diào)對(duì)降低溫度的波動(dòng)能起到明顯的效果。

如圖1所示，該恒溫恒濕室面積6m2，四周墻體和頂棚均做了隔熱處理，溫度控制采用變頻冷暖空調(diào)，濕度控制采用抽濕機(jī)，樣品區(qū)的設(shè)置避開空調(diào)及抽濕機(jī)出風(fēng)方向，樣品區(qū)上端（空調(diào)的下方）放置一塊木板，避免冷空氣下沉對(duì)樣品區(qū)直接影響，樣品區(qū)正面用單層棉紗作為門簾，即可透氣，又起到減緩循環(huán)空氣流速的作用。保持空調(diào)和抽濕機(jī)控制參數(shù)不變，對(duì)比用木板和門簾遮擋前后樣品區(qū)溫、濕度變化，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見圖2、圖3。從監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)結(jié)果上看，遮擋前后溫度控制均比較理想，而濕度波動(dòng)差異比較大。即使空調(diào)和抽濕機(jī)出風(fēng)口沒有朝向樣品區(qū)域，由于循環(huán)氣流的作用，樣品區(qū)的濕度變化范圍仍比較大，濕度在52.6%～71.6%RH，波動(dòng)范圍19.0%RH，已超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10%RH范圍。而通過用木板和棉紗對(duì)樣品區(qū)簡(jiǎn)單的遮擋，能大大降低該區(qū)域的濕度波動(dòng)范圍，濕度在58.5%～65.8%RH，波動(dòng)范圍7.3%RH，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 恒溫恒濕室示意圖

圖2 未采用木板和紗布遮擋時(shí)恒溫恒濕室溫、濕度變化

圖3 采用木板和紗布遮擋后恒溫恒濕室溫、濕度變化

1.1.2 試件表面風(fēng)速。

采用恒溫恒濕箱養(yǎng)護(hù)試件時(shí)，由于恒溫恒濕箱在設(shè)計(jì)時(shí)為保證箱體內(nèi)部溫、濕度的均勻，通常采用大功率的鼓風(fēng)（標(biāo)準(zhǔn)《標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕箱檢定規(guī)程》GJB/J3827-99中，未對(duì)風(fēng)速提出要求，計(jì)量部門在檢定時(shí)一般不會(huì)對(duì)風(fēng)速進(jìn)行校準(zhǔn)）。對(duì)于試件表面風(fēng)速，標(biāo)準(zhǔn)中并未作規(guī)定，而根據(jù)目前對(duì)多家膨脹劑產(chǎn)品（產(chǎn)地包括深圳、武漢、安徽）的檢測(cè)情況，其21天空氣中限制膨脹率測(cè)量結(jié)束后，試件仍表現(xiàn)出繼續(xù)收縮特征，可見變形仍未穩(wěn)定，由此，養(yǎng)護(hù)期間的風(fēng)速可能對(duì)21天齡期的干縮值產(chǎn)生較大的影響，建議在以后標(biāo)準(zhǔn)修訂中給出風(fēng)速的上限值或延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)齡期。在購(gòu)買恒溫恒濕箱時(shí)，應(yīng)向設(shè)備生產(chǎn)廠家提出風(fēng)速的要求，對(duì)于已購(gòu)設(shè)備，若風(fēng)速過大，可通過在箱體內(nèi)加裝帶孔襯板的方式進(jìn)行改造，襯板開孔的大小、位置、數(shù)量應(yīng)結(jié)合箱體內(nèi)部構(gòu)造根據(jù)試驗(yàn)確定，在保證溫、濕度指標(biāo)符合《標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕箱檢定規(guī)程》GJB/J3827要求的基礎(chǔ)上，使風(fēng)速降到規(guī)定的范圍。

1.2 試件的溫度線膨脹系數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

用于檢測(cè)限制膨脹率的試件為砂漿試件，砂漿中間埋有鋼制縱向限制器具。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試件養(yǎng)護(hù)溫度為（20±2）℃，溫差4℃，砂漿的線膨脹系數(shù)與鋼材接近，約為1.2×10-5/℃，由4℃溫差帶來試件的溫度變形率為0.0048%（4℃×1.2×10-5/℃）。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中的I型產(chǎn)品，這一變形率已達(dá)到了其7天水中限制膨脹率指標(biāo)值（0.025%）的19.2%、21天空氣中限制膨脹率指標(biāo)值（0.020%）的24.0%。這說明即使在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，由于試件溫差變形，將可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果合格性判定帶來相當(dāng)大的影響。試驗(yàn)人員在測(cè)量前應(yīng)注意觀察試件所處的養(yǎng)護(hù)環(huán)境及測(cè)量環(huán)境的實(shí)際溫度，保證各齡期測(cè)量溫度較為一致。保證恒溫恒濕室溫度穩(wěn)定的有效措施是采用變頻空調(diào)控制溫度及做好墻體和屋面的保溫隔熱處理，有條件時(shí)可將恒溫恒濕室設(shè)置在地下室或采取房中房的結(jié)構(gòu)。

鋼制的標(biāo)準(zhǔn)桿也同樣存在這種溫差變形，但由于標(biāo)準(zhǔn)桿與鋼制測(cè)試架在同一溫度條件下放置，兩者在工作時(shí)的溫度變形可認(rèn)為相互抵消，對(duì)測(cè)量結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生影響。

1.3 保證長(zhǎng)度測(cè)量值穩(wěn)定應(yīng)注意的幾個(gè)方面

在長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)，通常采用一組試件重復(fù)測(cè)量的方式，以檢驗(yàn)測(cè)量的穩(wěn)定性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，正常情況，同一試件重復(fù)測(cè)量時(shí)千分表示值變化應(yīng)在0.003mm內(nèi)。但經(jīng)常遇到測(cè)量值重現(xiàn)性差，出現(xiàn)這一問題可檢查以下幾方面：1、千分表端部測(cè)頭連接松動(dòng)。千分表的端部測(cè)頭與連桿為螺紋連接，長(zhǎng)久使用可能出現(xiàn)連接松動(dòng)；2、縱向限制器具測(cè)頭不夠光圓或中間鋼絲變形。觀察測(cè)頭表面狀態(tài)和手指觸摸基本可檢查出測(cè)頭是否光圓，對(duì)于中間桿變形檢查可用卡尺測(cè)量縱向限制器兩端鋼板間的距離，當(dāng)兩端鋼板四角間的4個(gè)測(cè)量值不一致，有可能為鋼絲變形或兩端鋼板不平行；3、長(zhǎng)度測(cè)量過程中試件的保濕。對(duì)于剛脫模的試件及水中取出的試件應(yīng)立即用濕毛巾包裹，除測(cè)量讀數(shù)外，均應(yīng)有效包裹，測(cè)試區(qū)應(yīng)避免正對(duì)空調(diào)出風(fēng)口；4、檢測(cè)人員應(yīng)在一定測(cè)試經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上保持相同的測(cè)試手法。

2 結(jié)語

（1）養(yǎng)護(hù)環(huán)境濕度的準(zhǔn)確測(cè)定取決于干濕球溫度計(jì)的正確使用及選擇合適的濕度計(jì)校準(zhǔn)方式。用于包裹濕球的紗布，應(yīng)有良好的的吸水性并保持清潔，紗布的包扎采用單層，其重疊部分不應(yīng)大于球部周長(zhǎng)的三分之一，潤(rùn)濕紗布要用蒸餾水。對(duì)于干濕球濕度計(jì)的校準(zhǔn)，不應(yīng)僅是對(duì)干球、濕球溫度精度的校準(zhǔn)，更應(yīng)對(duì)濕度示值進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后的濕度計(jì)在使用時(shí)，應(yīng)注意使用時(shí)風(fēng)速與校準(zhǔn)時(shí)風(fēng)速的差異，并需運(yùn)用濕度校準(zhǔn)因子修正測(cè)量值；

（2）對(duì)于恒溫恒濕室，在空調(diào)、抽濕機(jī)等設(shè)施的共同作用下，室內(nèi)空氣是流動(dòng)的，不斷進(jìn)行干、濕及冷、熱交換，應(yīng)采取措施確保樣品區(qū)域的溫、濕度穩(wěn)定，試驗(yàn)表明，在采用變頻空調(diào)時(shí)，溫度可得到理想的控制，通過對(duì)樣品區(qū)域簡(jiǎn)單的遮擋和紗布圍護(hù)，可明顯的降低該區(qū)域濕度的波動(dòng)；

（3）注意恒溫恒濕箱箱體內(nèi)的風(fēng)速對(duì)試件限制膨脹率值的影響，建議標(biāo)準(zhǔn)《混凝土膨脹劑》GB23439-2009在以后修訂中給出試件表面風(fēng)速的上限值。

（4）即使在標(biāo)準(zhǔn)《混凝土膨脹劑》GB23439-2009規(guī)定的養(yǎng)護(hù)溫度范圍（20±2）℃，根據(jù)限制膨脹率試件本身的溫度線膨脹系數(shù)（約1.2×10-5/℃），4℃的溫差所引起的溫度變形率已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中I型樣品水中7天及空氣中21天指標(biāo)值的19.2%、24.0%，對(duì)檢測(cè)結(jié)果合格性的判定影響很大，檢測(cè)期間，應(yīng)盡可能使各齡期測(cè)量溫度一致；

（5）在測(cè)量試件長(zhǎng)度時(shí)，對(duì)于重復(fù)測(cè)量時(shí)示值不穩(wěn)定現(xiàn)象，應(yīng)注意檢查幾方面：千分表端部測(cè)頭連接松動(dòng)、縱向限制器具測(cè)頭不夠光圓或中間鋼絲變形、初始長(zhǎng)度及水中7天長(zhǎng)度測(cè)量過程中試件的保濕。

[1]《混凝土膨脹劑》GB23439-2009。

[2]《濕度測(cè)量方法》GB/T11605-2005