抗裂劑對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土性能影響的試驗(yàn)研究

饒志剛，溫金保，祝燁然，夏強(qiáng)，唐修生，杜志芹，劉興榮

（1.常州市港航事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 常州 213000；2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029；3.南京瑞迪高新技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210024；4.水利部水工新材料工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210024）

0 引言

隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的快速發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)物的服役壽命越來(lái)越受到重視，而結(jié)構(gòu)物的服役年限不僅與混凝土的力學(xué)性能相關(guān)，同時(shí)與混凝土的工作性、體積穩(wěn)定性、耐久性等諸多因素有著密切的相關(guān)性。其中新拌混凝土優(yōu)異的工作性不僅為混凝土的澆筑提供了保障，而且改善了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻分散性，使硬化混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，顯著提高了混凝土的抗化學(xué)侵蝕性能，從而保證了混凝土的長(zhǎng)期耐久性能。由此可見(jiàn)，新拌混凝土沒(méi)有良好的工作性就不可能有良好的耐久性[1]。自密實(shí)混凝土（SCC）是一種高流態(tài)、高粘聚且免振搗的新型混凝土，混凝土拌合物具有高流動(dòng)性與高抗離析性以及施工速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，自密實(shí)混凝土因其性能優(yōu)異已成為國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家廣泛關(guān)注和深入研究的焦點(diǎn)[2-3]，并在相關(guān)領(lǐng)域得到了應(yīng)用[4-5]。相對(duì)于普通混凝土，自密實(shí)混凝土材料組成比例不同，通常為膠凝材料用量高、砂率高、砂漿體積量富裕、減水劑摻量高[6]?？梢?jiàn)，自密實(shí)混凝土將表現(xiàn)出不同的收縮變形性能[7-8]。有研究表明，混凝土80%的裂縫與化學(xué)收縮、溫降收縮、干燥收縮、徐變等因素有關(guān)[9-10]。而摻用抗裂材料[11-12]是控制混凝土裂縫的常用方法。本文就低膠材自密實(shí)混凝土摻入抗裂劑后的性能影響進(jìn)行了試驗(yàn)探討，為低膠材自密實(shí)混凝土的應(yīng)用與推廣提供一定的參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：池州海螺P·O42.5水泥，密度3.06 g/cm3，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量26.0%，初凝、終凝時(shí)間分別為125、185 min，28 d抗壓強(qiáng)度43.8 MPa；粉煤灰：常州利電Ⅰ級(jí)灰，密度2.25 g/cm3，細(xì)度7.1%，需水量比94%，燒失量1.4%，28 d活性指數(shù)為86.7%；礦粉：梅寶S95級(jí)，密度2.80 g/cm3，流動(dòng)度比110%，28 d活性指數(shù)104%。膠凝材料的化學(xué)組成如表1所示。細(xì)骨料：洞庭湖砂，表觀密度2.64 g/cm3，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量2.7%；粗骨料：5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石，表觀密度2.85 g/cm3，含泥量0.6%；減水劑：南京瑞迪高新技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HLC-IX聚羧酸系高性能減水劑，含固量19.08%，密度1.038 g/cm3，pH值為5.5，氯離子含量0.19%，硫酸鈉含量0.22%，總堿量0.39%；抗裂劑：南京瑞迪高新技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HLC-I混凝土抗裂防滲劑，微紅色粉末，1.18 mm篩篩余為0.2%，總堿量0.42%，氯離子含量0.07%。

表1 膠凝材料的化學(xué)組成 %

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 混凝土配合比（見(jiàn)表2）

表2 C25低膠材自密實(shí)混凝土配合比

1.2.2 混凝土性能測(cè)試

坍落擴(kuò)展度（SL）、擴(kuò)展時(shí)間（T500）、坍落擴(kuò)展度與J環(huán)擴(kuò)展度差值（PA）與離析率（SR）按照J(rèn)GJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試，倒置坍落度筒排空時(shí)間（Tsf）按照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；混凝土試件成型均按照J(rèn)GJ/T 283—2012中附錄B自密實(shí)混凝土試件成型方法進(jìn)行，抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度按照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試，試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm；干縮、抗水滲透與抗氯離子滲透性能按照DL/T 5150—2017《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試。毛細(xì)管負(fù)壓測(cè)試[13-14]采用SBT-Ⅰ型毛細(xì)管負(fù)壓測(cè)試系統(tǒng)，將內(nèi)徑為3 mm的多孔陶瓷探頭埋入混凝土內(nèi)部，利用和探頭相連接的壓力傳感器測(cè)試體系內(nèi)液相所產(chǎn)生的毛細(xì)管負(fù)壓。使用前，將陶瓷頭在無(wú)空氣水（將自來(lái)水煮沸20 min后，放置冷卻）中浸泡24 h。使用時(shí)開(kāi)啟塑料管的橡皮塞加滿(mǎn)無(wú)空氣水，關(guān)上橡皮塞，然后將陶瓷頭埋入新拌混凝土中心位置，測(cè)試時(shí)間36 h。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 抗裂劑對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土拌合物性能的影響（見(jiàn)表3）

表3 抗裂劑對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土拌合物性能的影響

由表3可見(jiàn)，抗裂劑對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土初始坍落擴(kuò)展度、含氣量及離析率等性能的影響較?。粚?duì)坍落擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失有一定的影響，經(jīng)時(shí)損失略增大，但坍落擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失僅為5.2%；對(duì)間隙通過(guò)性有所改善，未摻抗裂劑時(shí)，低膠材自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度與J環(huán)擴(kuò)展度差值為45 mm，摻抗裂劑后降低至20 mm。工作性經(jīng)時(shí)損失略有增大的原因是抗裂劑具有膨脹與減縮功能組分，其中的膨脹功能組分與聚羧酸系減水劑的適應(yīng)性相對(duì)要差，導(dǎo)致混凝土工作性經(jīng)時(shí)損失會(huì)略有增大；間隙通過(guò)性有改善的原因是抗裂劑是一種粉體材料，外摻時(shí)無(wú)疑增加了一定量的粉體材料，提升了低膠材自密實(shí)混凝土的粘聚性及包裹性。

2.2 抗裂劑對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響（見(jiàn)表4）

由表4可見(jiàn)，抗裂劑對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響較小，但對(duì)28 d劈拉強(qiáng)度及28 d拉壓比有一定的影響，摻入抗裂劑后，28 d劈拉強(qiáng)度提高了9.8%，28 d拉壓比則提高了11.7%。與此同時(shí)，養(yǎng)護(hù)齡期由7 d延長(zhǎng)至28 d時(shí)，摻抗裂劑的低膠材自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度增幅為40.4%，劈拉強(qiáng)度增幅為70.2%，拉壓比增幅為21.1%?？梢?jiàn)，抗裂劑的摻入能改善低膠材自密實(shí)混凝土后期的韌性。

表4 抗裂劑對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響

2.3 毛細(xì)孔負(fù)壓變化

混凝土在澆筑一段時(shí)間后且終凝之前時(shí)的水泥水化反應(yīng)激烈，混凝土內(nèi)部快速產(chǎn)生了毛細(xì)管負(fù)壓現(xiàn)象，因此，混凝土結(jié)構(gòu)由于各種約束作用易于發(fā)生塑性收縮開(kāi)裂，從而導(dǎo)致混凝土耐久性問(wèn)題[15]。圖1為低膠材自密實(shí)混凝土的毛細(xì)孔負(fù)壓隨水化時(shí)間的變化規(guī)律。

由圖1可見(jiàn)，摻與未摻抗裂劑的低膠材自密實(shí)混凝土的毛細(xì)孔負(fù)壓值均隨水化時(shí)間的延長(zhǎng)呈先增大后減小的趨勢(shì)，且摻抗裂劑的混凝土毛細(xì)孔負(fù)壓增長(zhǎng)速度明顯低于未摻抗裂劑，同時(shí)毛細(xì)孔負(fù)壓的最大值也低于未摻抗裂劑的，表明摻抗裂劑能降低低膠材自密實(shí)混凝土的塑性收縮，從而降低了低膠材自密實(shí)混凝土塑性開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。這主要是因?yàn)榭沽褎┲芯哂袦p縮組分，不僅能降低孔溶液的表面張力，同時(shí)也能抑制水分的蒸發(fā)，從而對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土的塑性收縮起到了一定的抑制作用。

2.4 抗裂劑對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土干縮性能的影響

混凝土的干縮性能是表征混凝土體積穩(wěn)定性的主要指標(biāo)之一，收縮率的大小對(duì)混凝土的開(kāi)裂具有較大的影響，本文進(jìn)行了低膠材自密實(shí)混凝土的干縮性能試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，未摻抗裂劑的低膠材自密實(shí)混凝土的干縮隨齡期的變化規(guī)律與普通混凝土相似，即在早期時(shí)干縮發(fā)展較快，而在后期時(shí)干縮發(fā)展逐漸減緩；當(dāng)?shù)湍z材自密實(shí)混凝土外摻10%抗裂劑時(shí)，干縮率顯著下降，其28、60 d干縮率較未摻抗裂劑時(shí)分別降低了52.6%、45.1%，可見(jiàn)，抗裂劑的摻入對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性具有明顯的改善作用。

2.5 抗裂劑對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土滲透性能的影響（見(jiàn)表5）

表5 抗裂劑對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土滲透性能的影響

由表5可見(jiàn)，低膠材自密實(shí)混凝土均具有優(yōu)良的抗?jié)B透性能，相對(duì)滲透性系數(shù)與氯離子擴(kuò)散系數(shù)均相對(duì)較低。隨著水化齡期的延長(zhǎng)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)顯著降低，相對(duì)于28 d齡期時(shí)，C25-1、C25-2的56 d氯離子擴(kuò)散系數(shù)分別降低了42.8%、58.9%，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨齡期延長(zhǎng)降低的主要原因是配合比中摻合料用量高，摻合料的二次水化進(jìn)一步細(xì)化了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，改善了混凝土的密實(shí)性，同時(shí)加強(qiáng)了骨料與水泥石的界面過(guò)渡區(qū)，增強(qiáng)了混凝土結(jié)合氯離子的能力。低膠材自密實(shí)混凝土外摻10%抗裂劑時(shí)抗水滲透性能明顯提高，其滲透高度降低了44.4%，而相對(duì)滲透性系數(shù)則降低了69.1%；抗氯離子滲透性能也有一定改善，其28、56 d氯離子擴(kuò)散系數(shù)分別降低了6.9%、33.1%，其抗?jié)B透性能得到改善的主要原因是抗裂劑的外摻不僅降低混凝土的水膠比，而且其微膨脹功能進(jìn)一步改善了混凝土的密實(shí)性。

3 結(jié)論

（1）抗裂劑的摻入會(huì)略增大低膠材自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度及擴(kuò)展時(shí)間的經(jīng)時(shí)損失，但降低了坍落擴(kuò)展度與J環(huán)擴(kuò)展度差值，改善了間隙通過(guò)性。

（2）抗裂劑能提高低膠材自密實(shí)混凝土的28 d劈拉強(qiáng)度和28 d的拉壓比，即對(duì)低膠材自密實(shí)混凝土后期的韌性有所改善。

（3）抗裂劑能降低低膠材自密實(shí)混凝土的塑性收縮，從而降低了低膠材自密實(shí)混凝土塑性開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)也能降低低膠材自密實(shí)混凝土的干縮率，其28、60 d干縮率分別較未摻時(shí)降低了52.6%、45.1%。抗裂劑對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性具有明顯的改善作用。

（4）抗裂劑能提高低膠材自密實(shí)混凝土的耐久性能。與未摻抗裂劑相比，摻10%抗裂劑時(shí)抗水滲透性能明顯提高，其滲透高度降低了44.4%，而相對(duì)滲透性系數(shù)則降低了69.1%；抗氯離子滲透性能也有一定改善，其28、56 d氯離子擴(kuò)散系數(shù)分別降低了6.9%、33.1%。