減縮劑對(duì)混凝土收縮性能影響的試驗(yàn)研究

常 瑤

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 渭南 714099）

減縮劑對(duì)混凝土收縮性能影響的試驗(yàn)研究

常 瑤

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 渭南 714099）

針對(duì)摻高效減水劑導(dǎo)致早期混凝土自收縮增大，收縮時(shí)間提前等問(wèn)題，提出一種摻加減縮劑的方式。采用立桿式收縮測(cè)量方法，對(duì)兩種不同減縮劑進(jìn)行干縮試驗(yàn)，從而得到效果比較明顯、混凝土力學(xué)性能得到明顯改善的一種復(fù)合外加劑材料。通過(guò)試驗(yàn)研究表明，減縮劑B-SAR較減縮劑D-SAR對(duì)混凝土在抗壓、抗折、收縮率方面要明顯具有優(yōu)勢(shì)，并確定縮減劑B的最佳摻加量。

高效減水劑；混凝土；縮減劑B；立桿測(cè)量；試驗(yàn)

傳統(tǒng)混凝土與高性能的混凝土典型的區(qū)別在于是否加入了高性能的減水劑，從而具備高流動(dòng)性與高耐久性等特點(diǎn)。但通過(guò)實(shí)踐工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，高效減水劑雖然在一定程度上改善了混凝土自身的結(jié)構(gòu)，并使得其具備更高的性能，但是其在抗收縮方面性能卻大大的下降，特別是在混凝土早期的收縮方面的影響很大。因早期過(guò)度收縮，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫，并且在工程實(shí)踐中這些裂縫通過(guò)肉眼不能看到[1,2]，從而給工程埋下巨大的隱患。因此，如何提高混凝土收縮性能、抗壓強(qiáng)度等成為研究的重點(diǎn)。本文則通過(guò)干縮與強(qiáng)度試驗(yàn)，篩選出一種效果最好，強(qiáng)度影響最小的減縮劑，并對(duì)其摻量進(jìn)行確定。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

混凝土制備主要的材料包括自來(lái)水、水泥、高效減水劑、石子、砂子等，其中高效減水劑包括聚羧酸減水劑（PCA）、萘系減水劑（FDN）、脂肪族減水劑(SAF)，在本文試驗(yàn)中取 PCA減水劑，減水率在20%～30%，常用摻量在0.5%～1%之間；水泥選擇由聯(lián)合水泥生產(chǎn)的P.I42.5基準(zhǔn)水泥，細(xì)度為1.7，標(biāo)準(zhǔn)用水量為24%，初凝時(shí)間（t）為169 min；各種集料則全部取自四川甘孜混凝土制備有限公司；減縮劑則兩種減縮劑,其中縮減劑B則為白色透明液體，縮減劑D則為呈現(xiàn)為藍(lán)色液體，推薦摻量在1%～3%。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 干燥收縮試驗(yàn)

針對(duì)干縮試驗(yàn)的方法，各個(gè)國(guó)家其基本的思路都是對(duì)定期對(duì)放置在特定溫度的試件長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)定[3]，但不同是在試件的長(zhǎng)度、干燥條件以及測(cè)量的時(shí)間。我國(guó)針對(duì)砂漿和混凝土干縮的測(cè)定則主要包括 JC/T603-2004、JGJ70-2009、GB/T50082-2009三個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)[4]。在本文的研究中，則直接采用JC/T603-2004，將試件尺寸定為25 mm×25 mm× 280 mm, 水泥：砂子=1：2，具體的用水量則當(dāng)膠砂流動(dòng)性在130～140的時(shí)候進(jìn)行確定。在試件成模后加水，養(yǎng)護(hù)24 h進(jìn)行脫模，并將其放置在（20± 2）oC的溫度，相對(duì)濕度在（60±5）%的條件下，在試件成型之后（一般為3 d）取出放入恒溫室，測(cè)定其初始長(zhǎng)度L，然后放入恒溫室后，在1、2、3、7、14、21、28 d時(shí)取出對(duì)其長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量混凝土收縮率的變化。其中，混凝土收縮率計(jì)算公式為：

式中：ε —在試驗(yàn)期t內(nèi)的干燥收縮率，%；

L —初始試件長(zhǎng)度，mm;

Lt—試驗(yàn)期t的長(zhǎng)度，mm。

1.2.2 混凝土抗強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，將試件的標(biāo)準(zhǔn)定為100 mm×100 mm×100 mm,其具體方法為采用 WAW-1000液壓式壓力機(jī)連續(xù)均勻的加荷，其加荷速度為 0.3 MPa/s，直到該試件最終損壞，則終止。其抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式為：

式中：fcu—抗壓強(qiáng)度；

P —壓強(qiáng)，N；

A —承壓的面積，mm2，并以3次連續(xù)試驗(yàn)作為基本。

1.2.3 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，將試件長(zhǎng)度設(shè)定為100 mm×100 mm×300 mm，加荷速度為0.03 MPa/s，測(cè)試結(jié)果根據(jù)如下公式處理：

式中：Ff—混凝土的抗折強(qiáng)度；

l —支座間的跨度；

F —表示破壞負(fù)荷大小；

b —試件自身的寬度；

h —試件的高度，同樣以3個(gè)試件測(cè)試的平均值為準(zhǔn)。

2 D/B縮減劑試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

為更好的得到試驗(yàn)結(jié)果和工程應(yīng)用的方便，將水灰比量定為0.5，水泥用量定為360 kg/m3,高效減水劑摻量設(shè)定為0.65%，砂率設(shè)定為44%，此時(shí)該配合比設(shè)計(jì)后其減水率在30%。

表1 單摻單位體積材料用量及坍落度Table 1 Mixing unit volume material dosage and slump

對(duì)此，根據(jù)GB8076-2009《混凝土外加劑》對(duì)摻外加劑混凝土配合比的要求，本研究將混凝土水泥用量定為 360 kg/m3,用水量則需要滿足坍落度在(210± 10)mm區(qū)間即可。

同時(shí)對(duì)試驗(yàn)采用單摻和復(fù)摻兩種方式，其具體如表1和表2所示。

表2 復(fù)摻單位體積材料用量及坍落度Table2 Mixing unit volume of material consumption and slump

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 干燥收縮率試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)干燥收縮試驗(yàn)，可得到如圖1所示的干燥收縮試驗(yàn)結(jié)果。

圖1 單摻和復(fù)摻對(duì)干燥收縮率影響Fig.1 Single or complex influence on the dry shrinkage rate

3.2 D與B減縮劑對(duì)混凝土的力學(xué)性能測(cè)試

通過(guò)采用抗折和抗強(qiáng)度試驗(yàn)，可得到如圖2所示的試驗(yàn)結(jié)果。

3.3 結(jié)果分析

在對(duì)圖1的分析中可以看出，試驗(yàn)中無(wú)論是采用單摻的方法，還是采用復(fù)合摻量的方法，D與B都大幅降低了混凝土的干燥收縮率。其中，對(duì)減縮劑D來(lái)講，與基準(zhǔn)的摻量相比，混凝土在28 d的時(shí)候，其減縮率為31.0%、19.7%、24.5%；與此同時(shí)，采用復(fù)合外加劑的混凝土收縮率則為 40.4%、26.9%、37.5%。另外，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如采用單摻減水劑的方式，在28 d的時(shí)候其減縮率的大小為6.7%，降低的幅度是比較小的，說(shuō)明采用單摻減水劑的方式對(duì)混凝土整體的收縮率的影響不大。

同時(shí)通過(guò)對(duì)不同摻量下的混凝土收縮率的比較中，可以發(fā)現(xiàn)在復(fù)合摻量下，減縮劑D對(duì)混凝土影響不同，在早期D摻量為2%的時(shí)候，其收縮效率最好，但在28 d后，則以1%的摻量效果最好，但從整體來(lái)講，28 d后在摻量為1%的條件下，單摻減縮率（31%）要小于復(fù)合減縮率（40%）。而減縮劑B在摻量為1%的情況下，其減縮效果比較好，在摻量為 1.5%、2%的情況下則效果不明顯。由此可以得出在減縮率方面，減縮劑B要好于減縮劑D。

從圖2的力學(xué)結(jié)果來(lái)看，采用單摻方式混凝土自身的強(qiáng)度要低于基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度。采用復(fù)合添加外加劑的情況下，其抗壓的強(qiáng)度則要普遍高于基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度。同時(shí)由圖中復(fù)合圖形的分析，減縮劑的加入會(huì)在一定程度抵消減水劑引起的混凝土抗壓強(qiáng)度的提高，但是對(duì)單摻和復(fù)合的比較發(fā)現(xiàn)，采用復(fù)合的方式，在摻量為 2%的條件下，其抗壓的強(qiáng)度要高于單摻減水劑下的強(qiáng)度19.2%。

圖2 摻外加劑混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試Fig.2 The compressive strength test of concrete admixture

表2 混凝土試件抗折強(qiáng)度比較Table 2 Flexural strength of concrete specimens

另外在抗折強(qiáng)度方面，在復(fù)合情況下B縮減劑抗折強(qiáng)度提高比例要高于縮減劑D，同時(shí)當(dāng)摻量在1%的時(shí)候抗折強(qiáng)度提高最高，分別為 97.1%、91.2%、70.6%(表2)。

由此，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析可知，當(dāng)摻量在1%的時(shí)候，縮減劑B與減水劑C復(fù)合時(shí)其抗壓強(qiáng)度影響最小，并且此時(shí)的抗折強(qiáng)度提高最高，為最佳摻量。

4 復(fù)合外加劑縮減機(jī)理

通過(guò)化學(xué)分析可以得到，高效減水劑中包含著大量的羧基、經(jīng)基等，屬于陰離子表面活性劑[5-7]，從而在水泥進(jìn)行水化的過(guò)程中釋放出大量的帶正電的鈣離子，從而提高水泥自身的吸附作用，增強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能，并對(duì)混凝土的收縮產(chǎn)生影響。而在加入了減縮劑之后，在兩者的共同作用之下，減縮劑則溶解到了溶液當(dāng)中，在一定的程度上減低了其內(nèi)部溶液的張力，但是其不會(huì)和減水劑產(chǎn)生反應(yīng)，從而影響水泥的水化過(guò)程，因此，對(duì)混凝土整體的力學(xué)影響不大。由此在兩者不同化學(xué)物質(zhì)的協(xié)同下，即降低了干燥收縮，也使得其產(chǎn)生良好的減少效果，大大提高了混凝土的使用壽命，防止開(kāi)裂等問(wèn)題的產(chǎn)生。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)采用兩種不同減縮劑進(jìn)行試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

（1）單摻與復(fù)合都可有效的降低混凝土的收縮率，但減縮劑B效果要好于減縮劑D；

（2）在復(fù)合情況下，以28 d作為效果評(píng)價(jià)點(diǎn)，縮減劑B和D的減縮效果呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)，但整體來(lái)看減縮劑B減縮效果好；

（3）通過(guò)抗折和抗壓試驗(yàn)，減縮劑 B對(duì)混凝土的抗壓效果影響最小，同時(shí)抗折強(qiáng)度最高。

（4）綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知道，減縮劑 B與高效減水劑復(fù)合效果最好。

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Experimental Research on Effect of Shrinkage Reducing Agent on the Shrinkage Performance of Concrete

CHANG Yao
（Shaanxi Railway Institute, Shaanxi Weinan 714099，China）

Aiming at the problems of early concrete self shrinkage and shrinking in advance, a new method of adding shrinkage-reducing agent was put forward. The vertical rod type shrinkage measurement method was used to carry out the shrinkage test of two different shrinkage reducing agents, so as to get a composite additive material which can obviously improve the mechanical properties of concrete. The results show that the shrinkage reducing agent B-SAR is better than shrinkage reducing agent D-SAR in the compressive strength, flexural strength and shrinkage ratio of concrete,and the best adding amount of the shrinkage reducing agent B has been determined.

High performance water reducer; Concrete; Shrinkage reducing agent B; Vertical bar measurement; Experiment

TQ 178

A

1671-0460（2015）08-1785-03

2015-07-16

常瑤（1986-），女，河北唐山人，助教，碩士研究生，畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)，研究方向：土木工程施工、工程管理、物流工程與管理。E-mail：changyao12@126.com。