內(nèi)養(yǎng)生劑對大體積混凝土收縮變形特性的影響研究

蔣子杰 王彬 王祖堅(jiān)

摘要：目前公路大體積混凝土工程中較少采用內(nèi)部養(yǎng)護(hù)方法，文章通過研究內(nèi)養(yǎng)生調(diào)節(jié)大體積混凝土溫度分布均勻性以及收縮變形特性，分析對比摻入內(nèi)養(yǎng)生劑的混凝土與普通混凝土的內(nèi)外溫度差。研究表明：摻入內(nèi)養(yǎng)生劑有利于調(diào)節(jié)大體積混凝土溫度均勻性，在不同養(yǎng)護(hù)條件下?lián)饺氩煌瑒┝績?nèi)養(yǎng)生劑時，內(nèi)養(yǎng)生劑摻量越大，收縮率減小的幅度越大，而0.2%的內(nèi)養(yǎng)生劑摻量的效果及經(jīng)濟(jì)性最佳。

關(guān)鍵詞：內(nèi)養(yǎng)生劑;大體積混凝土;溫度分布;收縮變形

0 引言

外加劑在水泥混凝土中應(yīng)用十分廣泛，混凝土中基本都會添加一種或多種外加劑，主要包括減水劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑、引氣劑、膨脹劑、超塑化劑等，用以改善混凝土某一方面的性能。水泥混凝土外加劑的起源可以追溯到20世紀(jì)20年代初期美國在混凝土中使用的亞硫酸鹽紙漿廢液，隨后在1935年成功研制了木質(zhì)素磺酸鹽為主要成分的“普濁里”減水劑，20世紀(jì)40年代中期開發(fā)了輕基酸鹽類減水劑，20世紀(jì)60年代初又開發(fā)了聚合物材料。同在20世紀(jì)60年代，日本、德國分別研制了減水率高達(dá)20%的高效減水劑，促使混凝土進(jìn)入了一次飛躍性發(fā)展期[1-3]。

根據(jù)現(xiàn)有研究成果，各類外加劑在大體積混凝土中的作用總結(jié)如下：緩凝劑能夠延緩水泥的凝結(jié)時間，降低水化反應(yīng)作用，推遲溫升峰值的到來時間;減水劑能夠減少用水量，提高相同水灰比條件下的工作性能，在一定程度上抑制了水化放熱;膨脹劑為混凝土提供預(yù)壓應(yīng)力，抵消由于混凝土收縮變形、溫度梯度引起的拉應(yīng)力，起到良好的補(bǔ)償收縮的作用。除此之外，為減少大體積混凝土開裂病害，在大體積混凝土工程中會應(yīng)用一些特殊水泥混凝土，如UEA補(bǔ)償收縮混凝土、纖維混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、配筋混凝土等，其能夠有效提高大體積混凝土的抗裂性能，但由于使用這些特殊混凝土?xí)罅吭黾庸こ坛杀荆虼宋茨軓V泛地推廣應(yīng)用[4-6]。

內(nèi)養(yǎng)生劑通過逐漸釋放水分維持混凝土內(nèi)部充分濕潤養(yǎng)生，能夠減少拌和用水量，提高內(nèi)部溫濕度分布均勻性，減緩水化放熱和自收縮、干燥收縮。然而，目前公路大體積混凝土工程中少見采用內(nèi)部養(yǎng)護(hù)的方法，因此有必要對其在大體積混凝土抗裂控制方面的可行性進(jìn)行研究。

1 研究方案

研究內(nèi)養(yǎng)生材料緩釋水分內(nèi)部養(yǎng)生及收縮變形調(diào)控技術(shù)，調(diào)節(jié)混凝土內(nèi)部不同位置的溫濕度均勻性分布，抑制自干燥發(fā)生，控制硬化水泥混凝土自收縮和干燥收縮。在混凝土試件中不同位置布設(shè)溫度傳感器，檢測不同摻量內(nèi)養(yǎng)生劑的大體積水泥混凝土內(nèi)部溫度，分析內(nèi)養(yǎng)生劑對大體積混凝土內(nèi)部溫度的影響;檢測內(nèi)養(yǎng)生劑不同摻量條件下，水泥混凝土不同齡期的自收縮與干燥收縮，分析添加內(nèi)養(yǎng)生劑的大體積水泥混凝土收縮變形的變化規(guī)律。

2 內(nèi)養(yǎng)生劑對混凝土溫度分布均勻性的影響

采用普通混凝土與摻配0.2%的內(nèi)養(yǎng)生劑的混凝土進(jìn)行對比，將兩者放入室內(nèi)，采用泡沫箱分別成型，在泡沫箱中心及側(cè)面（距表面1 cm）處分別埋設(shè)溫度傳感器，如圖1所示。

根據(jù)檢測不同監(jiān)測點(diǎn)不同時間的溫度值，繪制曲線，如圖2所示。

根據(jù)圖2檢測結(jié)果看出，在同一時間點(diǎn)，內(nèi)養(yǎng)生混凝土中心與表面的溫度絕對差值比普通混凝土的小，如24 h時，普通混凝土的絕對差值為4.2 ℃，內(nèi)養(yǎng)生混凝土的絕對差值僅有0.4 ℃。混凝土溫度升高主要源于水泥水化放熱反應(yīng)，內(nèi)養(yǎng)生混凝土不同位置的絕對溫差較小，反映內(nèi)部不同位置的水化放熱反應(yīng)程度基本一致，因此內(nèi)養(yǎng)生劑有利于調(diào)節(jié)大體積混凝土溫度均勻性。

3 內(nèi)養(yǎng)生劑對自收縮的影響

分別在基準(zhǔn)混凝土中添加不同摻量的內(nèi)養(yǎng)生劑，取0、0.1%、0.2%、0.3%。成型100 mm×100 mm×515 mm長方體試件，采用蠟封法覆蓋試件表面并用薄膜包裹嚴(yán)實(shí)，使混凝土試件處于密封環(huán)境中。根據(jù)養(yǎng)護(hù)齡期，檢測混凝土試件不同齡期的自收縮率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制混凝土自收縮曲線圖（如圖3所示）。

從圖3試驗(yàn)結(jié)果看出，隨著齡期的增長，不同配比的混凝土自收縮率逐漸增大，7 d齡期增長速率較大，之后齡期有所減緩。相對于基準(zhǔn)混凝土，各齡期內(nèi)養(yǎng)生混凝土的自收縮率均有所下降，證明內(nèi)養(yǎng)生劑對減小混凝土收縮變形是有效果的。28 d齡期內(nèi)養(yǎng)生劑摻量分別為0.1%、0.2%、0.3%時，混凝土自收縮率分別降低了17.2%、35.5%、43.0%，顯示隨著內(nèi)養(yǎng)生劑摻量的增加，自收縮率越小。摻量為0～0.2%時，自收縮率減小幅度均較大;摻量為0.2%～0.3%時，自收縮率減小幅度有所減緩。

4 內(nèi)養(yǎng)生劑對干縮的影響

分別在基準(zhǔn)混凝土中添加不同摻量的內(nèi)養(yǎng)生劑，取0、0.1%、0.2%、0.3%。成型試件分別在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件及自然養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，檢測標(biāo)內(nèi)養(yǎng)生混凝土在不同養(yǎng)護(hù)條件和不同齡期下的干縮率，并以試驗(yàn)結(jié)果繪制干縮率曲線，分別如圖4、圖5所示。

根據(jù)圖4～5試驗(yàn)結(jié)果看出，無論是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件還是自然養(yǎng)護(hù)條件，均呈現(xiàn)出不同配比的混凝土干縮率隨著齡期的增長而逐漸增大。其中，前7 d齡期增長速率較快，之后齡期有所減緩。對同一齡期，自然養(yǎng)護(hù)的干縮率較標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的略大，其可能與試驗(yàn)時間段環(huán)境氣溫較高有關(guān)。

相對于基準(zhǔn)混凝土，各齡期內(nèi)養(yǎng)生混凝土的干縮率均有所下降，證明內(nèi)養(yǎng)生劑對減小混凝土收縮變形是有效果的。28 d齡期內(nèi)養(yǎng)生劑摻量分別為0.1%、0.2%、0.3%時，混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下干縮率分別降低了13.6%、37.3%、44.1%，自然養(yǎng)護(hù)條件下干縮率分別降低了18.8%、37.0%、45.7%，顯示隨著內(nèi)養(yǎng)生劑摻量的增加，干縮率越小。摻量為0～0.2%時，自收縮率減小幅度均較大;摻量為0.2%～0.3%時，自收縮率減小幅度有所減緩。

5 結(jié)語

（1）在同一時間點(diǎn)，內(nèi)養(yǎng)生混凝土中心與表面的溫度絕對差值比普通混凝土的小。如24 h時，普通混凝土的絕對差值為4.2 ℃，內(nèi)養(yǎng)生混凝土的絕對差值僅有0.4 ℃。這反映內(nèi)養(yǎng)生混凝土內(nèi)部不同位置的水化放熱反應(yīng)程度基本一致，內(nèi)養(yǎng)生劑有利于調(diào)節(jié)大體積混凝土溫度均勻性。

（2）不同配比混凝土的自收縮率與干縮率均呈現(xiàn)出收縮率隨著齡期的增長而逐漸增大的趨勢。其中，前7 d齡期增長速率較快，之后齡期有所減緩。對同一齡期，自然養(yǎng)護(hù)的干縮率較標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的略大，其可能與試驗(yàn)時間段環(huán)境氣溫較高有關(guān)。

（3）相對于基準(zhǔn)混凝土，各齡期內(nèi)養(yǎng)生混凝土的收縮率均有所下降，內(nèi)養(yǎng)生劑摻量越大，收縮率減小的幅度越大。從使用效果及經(jīng)濟(jì)性角度考慮，0.2%的內(nèi)養(yǎng)生劑摻量是較為合適的，其28 d齡期的收縮率大概能降低35%。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：蔣子杰（1985—），工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作;

王 彬（1989—），工程師，碩士研究生，主要從事高速公路建設(shè)及養(yǎng)護(hù)新材料研發(fā)工作;

王祖堅(jiān)（1987—），工程師，碩士研究生，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。