高效減水劑在現(xiàn)代混凝土中的應(yīng)用

鄧 晴

（惠州市大禹工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，廣東 惠州 516001）

現(xiàn)代混凝土，是指摻入多種提升性能的材料合成的混凝土，該類混凝土的配比設(shè)計(jì)相對(duì)較為復(fù)雜，需結(jié)合材料的多方因素，具有滿足現(xiàn)代建筑應(yīng)用需求、高強(qiáng)度、高耐久性等特點(diǎn)[1]，因此，在現(xiàn)在的混凝土建筑施工時(shí)，主要是以該類混凝土為主[2]。高效減水劑是用于混凝土制備過(guò)程中的一種減少摻水量的添加劑，其減水率均在20%以上，可降低水泥的用量，在一定程度上降低了建設(shè)成本[3]，并且高效減水劑具有水泥散熱能力，添加減水劑后，可明顯提升水泥混合物的流動(dòng)性和混凝土的坍落度，在減少用水量的同時(shí)，混凝土的工作性能也顯著提升[4]。但是高效減水劑在添加過(guò)程中，如果摻量過(guò)多，則會(huì)導(dǎo)致混凝土發(fā)生泌水現(xiàn)象。為充分掌握高效減水劑在現(xiàn)代混凝土中的應(yīng)用效果[5]，以水庫(kù)大壩工程為例，對(duì)高效減水劑在現(xiàn)代混凝土中的應(yīng)用情況進(jìn)行相關(guān)分析。

1 試驗(yàn)方法

1.1 工程概況

某水庫(kù)大壩治理工程等級(jí)為V 等，工程總投資3 631.97 萬(wàn)元，工程內(nèi)的主要建筑和次要建筑物的等級(jí)，均為5 級(jí)。由于該工程包含多個(gè)部分的建設(shè)內(nèi)容，現(xiàn)僅以泄洪洞重建中的混凝土應(yīng)用為例展開分析。

1.2 材料和儀器

1.2.1 試驗(yàn)材料

（1）該工程使用的水泥為P.O42.5 水泥，其物理性能參數(shù)見表1；細(xì)集料細(xì)度模數(shù)為2.8，含泥量為1.98%，屬于低堿活性骨料；粗集料為粒徑在5~25 cm 范圍內(nèi)的碎石，針片狀含量為5.04%，壓碎指標(biāo)值為3.22%，含泥量為0.75%，屬于連續(xù)級(jí)配，同屬于低堿活性骨料；粉煤灰選擇I 級(jí)粉煤灰。

表1 P.O42.5 水泥的物理性能

（2）乙烯基乙二醇醚聚氧乙烯醚（GPEG3000）、丙烯酸（AA）、異構(gòu)酯（MA1000）、巰基丙酸（MPA）、雙氧水（H2O2）、異構(gòu)脂、氫氧化鈉、水。

1.2.2 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)和樣本制備所需儀器設(shè)備為：混凝土攪拌機(jī)、坍落度筒、壓力試驗(yàn)機(jī)、水泥混凝土養(yǎng)護(hù)箱、泌水儀。

1.3 樣本制備

1.3.1 減水劑制備

將GPEG3000 和水放入燒杯中，將兩者攪拌均勻后，將AA、MA1000、MPA 加入燒杯中，攪拌均勻后，獲取混合液體A，備用。

重新準(zhǔn)備1 個(gè)燒杯，將還原劑和水加入燒杯中，將兩者充分?jǐn)嚢杈鶆蛑苽浠旌弦后wB。

在保證溫度為12℃~14℃之間的情況下，向新的燒杯中加入H2O2，并進(jìn)行攪拌，持續(xù)時(shí)間為5 min；時(shí)間達(dá)到后采用滴入的方式將A 和B 加入燒杯中，該滴加過(guò)程需在1 h 內(nèi)完成，完全滴入后，液體溫度為26℃~30℃之間，并維持該溫度1 h。將保溫結(jié)束后的液體倒入堿液中進(jìn)行中和處理[6]，使其pH 值在6~7 之間，加入適量的水之后，即可獲取40%固含量聚羧酸高效減水劑。制備完成的減水率性能指標(biāo)參數(shù)見表2。

表2 減水率性能指標(biāo)參數(shù)

1.3.2 混凝土樣本制備

將制備完成的聚羧酸高效減水劑和水泥、粗、細(xì)骨料等原材料相結(jié)合，制備3 種不同高效減水劑摻量的混凝土樣本，分別用G01、G02、G03表示，樣本尺寸為2.0 m×1.5 m×1.2 m，制備配比見表3。

表3 混凝土樣本制備配比

1.4 物理性能測(cè)試方法

混凝土測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）；混凝土性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為CECS13：2009，測(cè)試內(nèi)容包含抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及抗?jié)B性。水泥凈漿坍落度的標(biāo)準(zhǔn)在180~220 mm 之間。

收縮應(yīng)力計(jì)算方法：

水庫(kù)大壩在建設(shè)時(shí)需充分考慮其收縮應(yīng)力，為分析加入高效減水劑后，現(xiàn)代混凝土的應(yīng)用性能[7]，采用虛擬載荷法計(jì)算G01、G02、G03的收縮應(yīng)力[8]，基于對(duì)混凝土大壩徐變具有較大影響的有效彈性模量Ecsφ進(jìn)行收縮力的判斷，其計(jì)算公式為：

式中：Ec——混凝土的彈性模量；

ΨL——徐變因子；

φ（t，t0）——徐變系數(shù)，

t、t0——分別為計(jì)算齡期和加載齡期。

虛擬載荷法進(jìn)行收縮應(yīng)力計(jì)算時(shí)，徐變效應(yīng)的混凝土大壩面板收縮變形等效應(yīng)虛擬載荷P0的計(jì)算公式為：

式中：εsh（t，τ）——混凝土的收縮應(yīng)變值，其中τ 表示大壩的鋼梁結(jié)合齡期；

Ac——混凝土大壩面板截面面積。充分考慮徐變效應(yīng)，對(duì)混凝土大壩面板的應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，其公式為：

式中：A0——換算截面面積；

n0，L和I0，L——分別表示Ecsφ的鋼材和混凝土換算彈性模量比值和換算截面慣性矩；

y0和yc——均表示換算距離，前者對(duì)應(yīng)混凝土大壩面至截面形心，后者對(duì)應(yīng)混凝土大壩面上任意點(diǎn)至截面形心。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 物理性能分析

獲取G01、G02、G03混凝土配比凈漿在不同時(shí)間下的坍落度試驗(yàn)結(jié)果以及三種混凝土樣本在不同時(shí)間下，抗壓強(qiáng)度、泌水率的結(jié)果見表4。

表4 混凝土配比凈漿坍落度試驗(yàn)結(jié)果

分析表4 的測(cè)試結(jié)果：三種不同高效減水劑摻量的混凝土凈漿和制備樣本，在相同的測(cè)試條件下，其坍落度、抗壓強(qiáng)度、泌水率三個(gè)指標(biāo)的結(jié)果存在一定差異，其中，樣本G01、G03的凈漿坍落度均存在超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)范圍的現(xiàn)象，G02樣本的結(jié)果滿足應(yīng)用檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，位于180~220 mm 之間；并且G01的抗壓強(qiáng)度和泌水率性能結(jié)果明顯低于G02和G03兩種樣本的性能結(jié)果；進(jìn)一步對(duì)比G02和G03樣本的試驗(yàn)結(jié)果得出，兩者的抗壓強(qiáng)度和泌水率性能結(jié)果差距較小，同時(shí)結(jié)合坍落度的結(jié)果，確定G02樣本的性能最佳，因此，結(jié)合試驗(yàn)工程的使用需求和使用環(huán)境，選擇G02樣本的配比作為最后應(yīng)用方案。

2.2 收縮應(yīng)力分析

為分析G01、G02、G03混凝土配比樣本在應(yīng)用過(guò)程中的收縮應(yīng)力情況，獲取3 種樣本在不同的載荷作用下，樣本的上緣和下緣的收縮應(yīng)力結(jié)果見圖2。

圖2 樣本上緣和下緣的收縮應(yīng)力結(jié)果

分析圖2 測(cè)試結(jié)果可知：G01、G02、G03三種樣本在受到相同載荷作用時(shí)，收縮應(yīng)力發(fā)生不同程度的變化，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)判斷，G01、G03收縮應(yīng)力變化幅度較大，超過(guò)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)范圍；G02的收縮應(yīng)力在2~5 MPa 之間，滿足應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

為滿足工程和建筑使用要求，對(duì)現(xiàn)代混凝土的性能提出了不同的較高需求，所以混凝土配比需以其應(yīng)用性能作為首要衡量指標(biāo)。減水劑作為提升混凝土性能的一種常見添加劑，具有較好的應(yīng)用效果，但是其摻入量直接影響混凝土的性能與工程質(zhì)量。通過(guò)對(duì)不同高效減水劑摻量下混凝土的性能分析，設(shè)定最佳高效減水率配比，確保了混凝土的使用性能，可為相關(guān)工程建設(shè)提供一定參考依據(jù)。