HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑對(duì)混凝土性能的影響

【摘要】文中深入探討HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑在C35普通混凝土中的應(yīng)用效果。通過(guò)廣泛的試驗(yàn)和分析，旨在全面了解該抗裂防水劑對(duì)混凝土性能的影響，包括力學(xué)性能、早期抗裂性能以及抗?jié)B性能，并且試圖揭示其背后的作用機(jī)理。在研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑對(duì)于提高普通混凝土的抗壓強(qiáng)度存在一定的負(fù)面影響。然而，通過(guò)合適的摻量，可以確保該抗裂防水劑滿足C35混凝土的要求，不至于對(duì)混凝土的整體抗壓性能造成明顯損害。最顯著的發(fā)現(xiàn)是，HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑顯著提高了C35普通混凝土的抗?jié)B性能和早期抗裂性能。這意味著在惡劣環(huán)境條件下，該抗裂防水劑可以有效減少混凝土的滲透性，延緩裂縫的形成，從而提高了混凝土的耐久性和使用壽命。

【關(guān)鍵詞】膨脹纖維；抗裂防水劑；力學(xué)性能；抗?jié)B性能；抗裂性能

【中圖分類號(hào)】TU502" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）01-0135-03

0 引言

混凝土是目前土木工程領(lǐng)域應(yīng)用最廣的建筑材料，隨著近年來(lái)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)以及大體積混凝土結(jié)構(gòu)的建設(shè)，混凝土的用量進(jìn)一步增加。不完善的防水和排水系統(tǒng)以及混凝土裂縫的存在，都可能導(dǎo)致地下水進(jìn)入工程，造成滲漏問(wèn)題，嚴(yán)重干擾工程的正常運(yùn)行。為了提高混凝土的強(qiáng)度，外加劑得到廣泛的應(yīng)用，使得水灰比大幅降低，進(jìn)而使混凝土中的游離水變得越來(lái)越少，混凝土容易發(fā)生塑性收縮，導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂縫[1]。因此，對(duì)外加劑摻量和混凝土性能進(jìn)行研究變得至關(guān)重要[2]。

基于工程院院士的理論，研究者們[3-6]向混凝土中引入纖維、防水劑和膨脹劑以改進(jìn)混凝土性能。適量的膨脹劑改善了混凝土的自膨脹特性，減輕了由于收縮而引起的微裂縫。再者，加入適當(dāng)?shù)姆浪砑觿┛擅黠@優(yōu)化混凝土的防水性和抵抗?jié)B透的特性，從而適合于地下防水混凝土之用。據(jù)羅成立[7]的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)包括標(biāo)準(zhǔn)混凝土，單一鋼纖維、單一膨脹劑以及結(jié)合鋼纖維和膨脹劑的混凝土在內(nèi)的四種混凝土樣本進(jìn)行了分析。研究顯示，經(jīng)調(diào)整后的鋼纖維膨脹混凝土在壓力抵抗、彎曲抵抗、抗裂和防滲透特性上都有所增強(qiáng)。但是目前關(guān)于其研究，主要集中于三種單獨(dú)的材料進(jìn)行研究，而將這些材料進(jìn)行加工為一種原料實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的改性研究卻鮮有報(bào)道。鑒于此，本研究聚焦于探討HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑對(duì)C35級(jí)混凝土的力學(xué)性能、抗裂性能以及抗?jié)B透性能的作用，旨在為HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑在混凝土領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用提供科學(xué)的技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原材料

HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑：購(gòu)自湖南省某建材有限公司，根據(jù)GB/T23439―2017混凝土膨脹劑對(duì)HF-QF膨脹纖維抗裂混凝土進(jìn)行檢驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

本實(shí)驗(yàn)研究中所選用的材料主要包括：標(biāo)號(hào)為P.O42.5的普通硅酸鹽型水泥；細(xì)度模數(shù)為2.8的人造砂；粒徑范圍在5mm至26.5mm的碎石，其級(jí)配為連續(xù)式；200目二級(jí)粉煤灰，采購(gòu)自河南省鄭州市鞏義市某工業(yè)園區(qū)；石灰石粉末，其主要成分為含量超過(guò)99%的碳酸鈣（CaCO3），來(lái)源于天津市某化學(xué)試劑有限公司。

1.2 混凝土配合比

為滿足地下室施工的要求，本研究以C35普通混凝土為基礎(chǔ)，研究了添加HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑對(duì)其基本力學(xué)性能、早期抗裂性能和抗?jié)B性能的影響。混凝土配比見(jiàn)表2。

1.3 試驗(yàn)方法

在掌握GB/T50081―2009《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》內(nèi)容的基礎(chǔ)之上開展系列試驗(yàn)工作，目的在于評(píng)估混凝土的性能。首先，制備了標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊，其尺寸為150mm×150mm×150mm，旨在測(cè)試混凝土在28天齡期時(shí)的抗壓強(qiáng)度。每個(gè)測(cè)試組由三個(gè)試件組成，以確?？煽啃院椭貜?fù)性。同時(shí)，參考了鄭翥鵬[8]的平板抗裂實(shí)驗(yàn)方法，并遵循GB/T50082―2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能及耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)混凝土樣品進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。通過(guò)對(duì)比試件在24小時(shí)內(nèi)裂縫的開展情況，評(píng)估了混凝土的早期抗裂性能，其間使用600mm×600mm×63mm尺寸的模具，每組分別設(shè)計(jì)兩個(gè)試件。

1.4養(yǎng)護(hù)條件

浸水（水溫為20℃±2℃）養(yǎng)護(hù)14d，然后移入溫度為20℃±2℃ ，相對(duì)濕度為60%±5%的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)室。

2 結(jié)果分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

圖1展示了HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑對(duì)C35混凝土抗壓強(qiáng)度影響的規(guī)律。圖示數(shù)據(jù)表明，隨著HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑的摻入量逐漸增加，C35混凝土的28天抗壓強(qiáng)度初始呈下降趨勢(shì)，隨后逐步上升。當(dāng)摻量繼續(xù)提高時(shí)，抗壓強(qiáng)度確實(shí)有所增加，但增長(zhǎng)幅度較小，且整體強(qiáng)度低于未摻入HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑的對(duì)照組，顯示出HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑在增強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度方面的副作用，原因?yàn)閾搅枯^低，可視為摻入細(xì)集料，降低了原有混凝土的粗集料骨架結(jié)構(gòu)。然而，從抗壓強(qiáng)度結(jié)果可見(jiàn)，即使加入HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑的混凝土28天抗壓強(qiáng)度低于未摻和樣品，其強(qiáng)度值依舊處于超出35Mpa的狀態(tài)，適用于C35混凝土的規(guī)范。

圖2展示了普通混凝土和HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑混凝土的抗壓破壞形態(tài)。由圖可以看出，普通混凝土有明顯的豎向裂縫貫通，表現(xiàn)為整體破壞，破壞后試件松散，無(wú)法形成一個(gè)整體，碎片四處飛濺；當(dāng)摻加HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑后，混凝土的抗壓破壞形態(tài)發(fā)生了變化，只有兩條豎向的主裂縫，表現(xiàn)為邊角破壞，與空白組相比，破壞后試件較完整。因此，HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑能夠明顯強(qiáng)化混凝土的整體性。

2.2 抗?jié)B性能

混凝土的抗?jié)B性能主要以抗?jié)B等級(jí)進(jìn)行表征，HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑對(duì)混凝土的抗?jié)B性能的影響見(jiàn)表3。從表格中可以觀察到，隨著HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑的摻量逐漸增加，混凝土的抗?jié)B等級(jí)也逐漸提高。當(dāng)摻量超過(guò)30kg/m3時(shí)，混凝土的抗?jié)B等級(jí)已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)P8級(jí)別。這主要是因?yàn)閾郊拥腍F-QF膨脹纖維抗裂防水劑中的膨脹劑發(fā)生作用，膨脹劑在混凝土養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的微膨脹作用彌補(bǔ)了混凝土由于自身水化作用和自由水蒸發(fā)造成的收縮現(xiàn)象，使得其在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中減少了收縮應(yīng)力，因此，抗?jié)B等級(jí)得以不斷提升。

2.3 早期抗裂性能

不同摻量HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑對(duì)普通混凝土早期抗裂性能影響如圖3所示，可以發(fā)現(xiàn)，不摻HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑的C35混凝土有較多的裂縫出現(xiàn)，裂縫較寬。當(dāng)摻加HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑后，如圖3（b）所示，試件各部位均未出現(xiàn)裂縫，這表明HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑對(duì)于抑制混凝土微裂縫的發(fā)展具有較大的作用。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是因?yàn)镠F-QF膨脹纖維抗裂防水劑中復(fù)合的膨脹劑和短纖維共同發(fā)揮作用[9]，提高了混凝土的干縮抗裂能力。HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑可從物理和化學(xué)兩方面提高混凝土的抗裂能力，為混凝土提供雙重保護(hù)，一方面，數(shù)量眾多的短纖維產(chǎn)生微細(xì)配筋及網(wǎng)狀承托的作用，增強(qiáng)了混凝土的整體性，抑制了混凝土的開裂進(jìn)程；另一方面，膨脹劑與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生適度膨脹，可防止混凝土收縮開裂，二者共同作用效果更優(yōu)。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)摻加HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑，混凝土的28d抗壓強(qiáng)度均不利，但均能滿足C35普通混凝土的要求。

（2）混凝土的抗?jié)B等級(jí)隨HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑摻入量的提升而逐步增加。

（3）HF-QF膨脹纖維抗裂防水劑的微膨脹作用和橋聯(lián)作用能明顯改善混凝土的抗裂性能和抗?jié)B性能。

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[作者簡(jiǎn)介]曹亞西（1990—），男，北京人，本科，工程師，研究方向：施工技術(shù)。

李宗霖（1997—），男，北京人，本科，助理工程師，研究方向：施工技術(shù)。