普通減水劑對硬化混凝土力學(xué)性能的影響

趙志海

摘 要：減水劑具有改善混凝土和易性、減少單位用水量、改變混凝土的凝結(jié)時(shí)間等優(yōu)異性能，使其在許多工程實(shí)踐中得到了普遍的應(yīng)用，減水劑有許多種類，不同的減水劑有不同的適用范圍。本文主要討論普通減水劑對硬化混凝土力學(xué)性能的影響。

關(guān)鍵詞：減水劑；硬化混凝土；力學(xué)性能；影響

混凝土作為建筑材料，高強(qiáng)度和剛性是耐久性的基本保障。而對于摻普通減水劑混凝土，減水劑的摻入會對硬化混凝土的物理、力學(xué)性能及耐久性產(chǎn)生不同程度的影響。其中： 硬化混凝土的力學(xué)性能包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量、鋼筋一混凝土黏結(jié)強(qiáng)度、耐磨性等，這些性能之間互相關(guān)聯(lián)，相互影響，其中某一性能的變化通常會引起其他性能的相似變化，只是變化幅度不同而已。

1.強(qiáng)度

任何混凝土都是用以承受載荷或抵抗各種作用力的，所以強(qiáng)度是混凝土最重要的力學(xué)性能。此外，工程應(yīng)用中還要求混凝土具有抗?jié)B性、抗凍融性、耐腐蝕性等，而這些性質(zhì)都與強(qiáng)度密切相關(guān)。因此，強(qiáng)度是混凝土配合比設(shè)計(jì)、施工控制和質(zhì)量檢驗(yàn)評定的主要技術(shù)指標(biāo)，而各種強(qiáng)度指標(biāo)中，抗壓強(qiáng)度數(shù)值最大，也是最重要的技術(shù)指標(biāo)。

1）抗壓強(qiáng)度

按照我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB50081-2002{普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》，混凝土抗壓強(qiáng)度為邊長150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度。但是，實(shí)際工程應(yīng)用中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式很少是立方體型，大部分是棱柱體型或圓柱體型，所以混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度，亦稱棱柱體抗壓強(qiáng)度在工程中應(yīng)用相對較為廣泛。

在正常養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土強(qiáng)度隨齡期的增長而提高，而且在一定的溫度、濕度條件下，強(qiáng)度增長可持續(xù)十多年之久。最初的7～14d內(nèi)，強(qiáng)度增長較快，28d以后強(qiáng)度增長緩慢，所以28d強(qiáng)度至關(guān)重要。

水泥強(qiáng)度等級、水灰比、骨料特性、養(yǎng)護(hù)條件（溫度和濕度）、齡期等都對循凝土強(qiáng)度及強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律有影響。

a.28d抗壓強(qiáng)度

對于摻木質(zhì)素磺酸鹽或羥基羧酸類減水劑的混凝土，28d抗壓強(qiáng)度是水灰比的函數(shù)，可用混凝土強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式（又稱Abram鮑羅米公式）表示：

式中：R為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度；

A、B為與骨料種類有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；

R為水泥的實(shí)際強(qiáng)度；

C/W為灰水比，即1m3混凝土中水與水泥用量之比。

通常認(rèn)為，摻入普通減水劑可提高混凝土的28d強(qiáng)度。其原因是普通減水劑在減水、降低水灰比的同時(shí)，由于其對水泥的分散作用，提高了水泥水化程度，減小了混凝土內(nèi)部孔隙率。

摻用引氣減水劑時(shí)需特別注意，因?yàn)槠錅p水作用可提高抗壓強(qiáng)度，但其引氣功能會增加混凝土含氣量，從而有可能降低抗壓強(qiáng)度。為此，可將引入的空氣量視為等體積的水來計(jì)算相應(yīng)的隙灰比，依此來綜合評價(jià)引氣減水劑對抗壓強(qiáng)度的影響。Mielenz研究了摻入水泥干重0.266%的木質(zhì)素磺酸鈣普減水劑前后，混凝土28d抗壓強(qiáng)度與水灰比、隙灰比間的關(guān)系，得到如下關(guān)系式：

Sa=8518—183Va

Sp=8190—1992Vp

式中：Sp為參比混凝土的28d抗壓強(qiáng)度；

Sa為摻普通減水劑混凝土的28d抗壓強(qiáng)度；

Vp為參比混凝土水灰體積比；

對于水泥用量和含氣量一定的基準(zhǔn)混凝土，若摻入引氣減水劑，則減水率為5%時(shí)，28d強(qiáng)度可提高19%；若摻入非引氣型減水劑，則減水率為10%時(shí)，28d強(qiáng)度僅提高15%。

Wallace and Ore系統(tǒng)研究了普通減水劑及緩凝劑對結(jié)構(gòu)混凝土和大體積混凝土強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，若水泥用量和坍落度一定，抗壓強(qiáng)度平均可提高20%；工程應(yīng)用研究表明，若強(qiáng)度和坍落度一定，水含量相當(dāng)，可節(jié)約水泥約8%。

總之，不管是普通水泥，還是火山灰水泥，摻入普通減水劑都可以在坍落度和水泥用量一定的情況下，提高28d抗壓強(qiáng)度；或在坍落度和28d強(qiáng)度一定的情況下，減水、節(jié)約水泥，只是強(qiáng)度提高幅度及節(jié)約水泥量難以預(yù)測，因?yàn)椴煌嘣谄胀p水劑存在下的行為特性差異很大。

b.其他齡期抗壓強(qiáng)度

①1d齡期抗壓強(qiáng)度：

水灰比一定時(shí)，摻入木質(zhì)素磺酸鹽、葡萄酸或蔗糖減水劑會降低混凝土的早期（1d）抗壓強(qiáng)度，其原因是上述普通減水劑有一定的緩凝效果，延緩了水泥的早期水化進(jìn)程，而且減水劑摻量越大，對水化進(jìn)程的減緩作用越顯著。

坍落度一定時(shí)，摻促凝減水劑混凝土的1d抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土有所提高，而且提高效果與減水劑的摻量及摻入方式、水泥種類有關(guān)。

水泥用量和坍落度一定時(shí)，摻普通減水劑混凝土的1d抗壓強(qiáng)度降低相對較小，而且降低幅度與普通減水劑類型有關(guān)。

②3d、7d齡期抗壓強(qiáng)度：

摻普通減水劑混凝土的3d、7d齡期強(qiáng)度提高通常比28d齡期強(qiáng)度提高更明顯。在水灰比一定時(shí)，即使摻入緩凝減水劑，只要不超劑量摻用，抗壓強(qiáng)度通常比不摻減水劑的參比混凝土高。

③28d以上齡期抗壓強(qiáng)度：

就耐久性而言，混凝土在28d之后的若干年內(nèi)的強(qiáng)度持續(xù)發(fā)展很重要。

摻普通減水劑混凝土的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律取決于所摻用普通減水劑對凝結(jié)特性的影響，也即摻用促凝型、緩凝型或普通減水劑的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律不同。Wal-lace and Ore長達(dá)5年之久的研究結(jié)果顯示普通減水劑摻入對混凝土28d后強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律的影響與對28d強(qiáng)度的影響基本相似。

2）抗拉強(qiáng)度

混凝土在直接受拉時(shí)，很小的變形就會開裂，換句話說，混凝土的抗拉強(qiáng)度要低很多，通常只有抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20，而且混凝土的強(qiáng)度等級越高，其比值越小。因此，混凝土在工程應(yīng)用中，一般不依靠其抗拉強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度對于混凝土開裂現(xiàn)象有重要意義，尤其是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗拉強(qiáng)度是確定混凝土抗裂度的重要指標(biāo)。endprint

混凝土抗拉強(qiáng)度測定有兩種方法：一種是用棱柱體試件直接測定軸向抗拉強(qiáng)度；另一種是測定劈裂抗拉強(qiáng)度，簡稱劈拉強(qiáng)度。測定軸向抗拉強(qiáng)度時(shí)，由于載荷作用線難于對準(zhǔn)試件軸心方向，容易產(chǎn)生偏拉，且夾具處由于應(yīng)力集中常產(chǎn)生局部破壞，所以試驗(yàn)測試較困難，測試值的準(zhǔn)確度也較低。目前國內(nèi)外都采用劈拉強(qiáng)度。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB5008l-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》規(guī)定，混凝土劈拉強(qiáng)度采用邊長為150mm的立方體試件作為標(biāo)準(zhǔn)試件。

縱觀現(xiàn)有的摻普通減水劑前后混凝土抗拉強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，大體可以得到這樣的規(guī)律：摻普通減水劑混凝土的抗拉強(qiáng)度與參比混凝土相當(dāng)或稍高。

3）抗折（抗彎拉）強(qiáng)度

實(shí)際工程應(yīng)用中，經(jīng)常出現(xiàn)混凝土構(gòu)件在彎曲載荷作用下發(fā)生斷裂破壞的現(xiàn)象，因此在進(jìn)行路面或機(jī)場跑道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，抗折強(qiáng)度是主要強(qiáng)度指標(biāo)。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》及T0520—94《混凝土抗折（抗彎拉）強(qiáng)度試驗(yàn)》，混凝土抗折強(qiáng)度采用150mm×150mm×600mm（550mm）小梁作為標(biāo)準(zhǔn)試件，采用三分點(diǎn)荷載法測定。 抗彎強(qiáng)度測試值通常比抗拉強(qiáng)度測試值稍偏大。

若坍落度和水泥用量一定，摻木質(zhì)素磺酸鹽、羥基羧酸類減水劑混凝土的7d至1年齡期抗彎強(qiáng)度可提高10%左右?？箯潖?qiáng)度一定時(shí)，摻入普通減水劑可節(jié)約水泥15%。

若水灰比一定，摻木素磺酸鹽減水劑的波特蘭水泥、火山灰水泥、礦渣水泥的3d及更長齡期的抗彎強(qiáng)度都有不同程度提高。

4）抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度關(guān)系

普通減水劑摻入對混凝土抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度關(guān)系曲線的影響方面，現(xiàn)有的文獻(xiàn)非常有限。參考部分文獻(xiàn)資料大體可以得出：木質(zhì)素磺酸鹽、羥基羧酸類減水劑摻入對混凝土抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度的關(guān)系基本無影響。

5）抗剪強(qiáng)度

摻木質(zhì)素磺酸鹽、羥基羧酸減水劑混凝土的抗剪強(qiáng)度通常比不摻者高。

2.彈性模量

通常認(rèn)為彈性模量與抗壓強(qiáng)度的平方根成比例。事實(shí)上，對于混凝土而言，二者之間并無確定的定量關(guān)系，而且不同文獻(xiàn)來源的摻普通減水劑混凝土彈性模量數(shù)據(jù)的可比性不高，所以只能說普通減水劑對混凝土彈性模量影響的大體規(guī)律如下：

混凝土中摻入木素磺酸鹽減水劑，以減水、節(jié)約水泥為目的時(shí)，集灰比增大，1～5年齡期的彈性模量增加2%～8%，其原因是骨料的彈性模量比水泥高。

在工作性及28d抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)?shù)那闆r下，普通減水劑對早齡期混凝土的動彈性模量的影響較大，但經(jīng)過28～35d的養(yǎng)護(hù)，普通減水劑對動彈性模量的影響減小，甚至消失。

此外，普通減水劑對混凝土彈性模量的影響與骨料類型、水灰比等因素有關(guān)。

3.鋼筋-混凝土握裹（黏結(jié)）強(qiáng)度

一般認(rèn)為，鋼筋一混凝土握裹力源于：

①化學(xué)黏附力，即由水泥水化產(chǎn)生膠體與鋼筋表面的黏附力，數(shù)值約14～21kgf/cm2；

②摩擦力，即鋼筋與混凝土間因表面粗糙產(chǎn)牛的摩擦阻力.自鋼筋與混凝土間產(chǎn)生些微滑動開始，握裹力南混凝土與鋼筋表面摩擦作用提供；

③楔形作用，即當(dāng)鋼筋與混凝土間進(jìn)一步滑移時(shí)，混凝土與鋼筋竹節(jié)間的互鎖作用。

到目前為止仍然沒有一種適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)方法來計(jì)算混凝土的握裹強(qiáng)度。

混凝土中摻入木素磺酸鹽減水劑后，水灰比降低，握裹強(qiáng)度增加15%～20%。握裹力一定時(shí)，摻入普通減水劑可減小鋼筋與混凝土問滑移。此外，摻入普通減水劑可減少泌水和收縮，提高黏聚性，因此有利于提高握裹強(qiáng)度。

4.耐磨性

耐磨性是路面、機(jī)場跑道、橋梁混凝土的重要性能指標(biāo)之一。有文獻(xiàn)報(bào)道，耐磨性與抗壓強(qiáng)度成比例，所以摻入普通減水劑可提高耐磨性。也有文獻(xiàn)認(rèn)為，緩凝減水劑可改善混凝土抹平性能，尤其是在夏天，因此有利于提高耐磨性。

參考文獻(xiàn)

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