葡萄糖酸鈉對混凝土抗凍性能影響研究

矯玉坤

（中鐵十七局集團第二工程有限公司，陜西西安 710043）

1 研究背景

由于混凝土實體結構長期暴露在外或水中，尤其是冬季氣溫極低的惡劣環境中，實體結構會出現一些程度不同的破壞。這就要求工程施工人員除了要重視混凝土質量問題，還要重視混凝土的其他一系列問題。

葡萄糖酸鈉又稱葡鈉，是生產混凝土用減水劑的一種化學品，大量研究證明葡萄糖酸鈉加入減水劑中后在改善混凝土的耐久性能和強度性能以及施工性能等方面效果非常明顯。東北地區冬季時間長，冬季氣溫特別低，所以高性能混凝土的抗凍性顯得尤為重要。本文以東北地區施工項目為背景，通過快凍快融試驗，來研究混凝土中的葡萄糖酸鈉含量對抗凍性的影響程度。

2 試驗依據設計

2.1 用材及參數實測數值（見表1~表4）

表3 大綏河砂廠砂試驗檢測結果

2.2 混凝土配合比

本次試配以C55高性能混凝土配合比為基準配合比，減水劑采用自建外加劑復配站復配的聚羧酸減水劑，摻量為粉體材料合計用量的2.05%，葡萄糖酸鈉在減水劑中的用量分別為減水劑母液的0%~8%，通過對混凝土進行試驗室試拌，發現葡萄糖酸鈉用量的增加不會影響減水劑的整體性能、減水劑與水泥之間的相容性及混凝土拌合物的施工和易性。

2.3 主要研究方向

本試驗采用的固定0.29相對較低的水膠比配制C55高性能混凝土，葡萄糖酸鈉占減水劑母液的比例分別為0%~8%。試件的制備過程和成型、養護過程均嚴格按照標準規范進行。養護56d后進行抗凍性試驗。主要研究不同葡鈉摻量的減水劑配置的混凝土試件外觀形態、抗凍、質量損失、動彈模量的影響，分析確定葡萄糖酸鈉的最佳、最大摻加量，以保證在嚴寒地區尤其東北地區冬季氣溫很惡劣的自然環境中的工程實踐提供試驗和理論依據[1-2]。

3 試驗結果與分析

3.1 葡萄糖酸鈉在減水劑中的摻加量，對混凝土表面形態的影響

混凝土的凍融破壞的原理是水泥的組成物質與水反應后，生成的新物質結構由密實狀態到松散狀態引起的，并有微小裂紋的產生和發展，在反復凍融作用下微小裂紋會逐漸增多，從而導致試件相對動彈模量值和強度值降低、試件表面產生損壞掉落現象，最終試件會完全損壞。反復快凍快融循環試驗前，試件表面平整、無裂紋。經過一百次的凍融循環后，試件表面的混凝土出現了不同程度的掉落現象。隨著葡鈉摻量在減水劑中逐漸增加，試件表面的掉落程度越來越嚴重，表面出現了蜂窩麻面現象。當葡鈉摻量為8%時，三百次凍融循環結束后試件表面的蜂窩麻面現象很嚴重。

表1 遼寧阜新一家大型水泥廠水泥試驗檢測結果

表2 董家超群石廠粗骨料試驗檢測結果

表4 德惠市熱電廠粉煤灰試驗檢測結果

3.2 葡萄糖酸鈉在減水劑中的摻量，對混凝土質量損失百分率產生的影響

混凝土表面掉渣現象是質量損失的重要原因之一。試樣反復凍融循環三百次的質量損失百分率變化發展規律見圖1。從圖1可見，混凝土的質量損失呈現出逐漸加重的現象，這主要是因為混凝土在凝結硬化的過程中存在缺陷，在反復凍融試驗中，試樣表面的裂紋開始延伸，同時試件的質量損失率也隨著葡萄糖酸鈉摻量的增加而增加，當葡鈉在減水劑中的量為8%時，試件的質量損失率達到2.237%，不過還沒有達到規范規定的5%，是符合混凝土耐久性規范要求的。根據以上試驗結果可以看出，混凝土在反復凍融的過程中，混凝土的掉落量從整體上來看不是很嚴重，從而說明了混凝土內部的裂紋不是很多，處于密實狀態。

圖1 質量損失變化規律

3.3 葡鈉在減水劑中的摻量，對混凝土相對動彈性模量產生的影響（見圖2）

圖2 相對動彈模量變化規律

從混凝土三百次快凍快融循環相對動彈性模量結果圖2中可見，在凍融循環的初始階段，五種不同葡鈉摻量的試樣的相對動彈性模量結果值相接近，隨著反復凍融次數的增加，試樣的相對動彈性模量逐漸呈現下滑走勢，而且下降的速度也不完全相同。當葡鈉在減水劑中的摻量為0%、2%、4%時，試樣的相對動彈性模量的下降速度不是很快，基本保持不變；而葡鈉在減水劑中的摻量為6%和8%時，當反復凍融循環達到兩百次后，其相對動彈性模量下降的速度有逐漸增快的趨勢。當凍融循環達到三百次時，減水劑葡鈉摻量為0%、2%、4%、6%、8%的混凝土相對動彈性模量分別下降了2.2%、2.5%、3.1%、5.4%、5.5%。混凝土的相對動彈性模量出現下落情況的主要原因是葡鈉摻量較大時影響了水泥水化程度，影響水泥的二次水化反應，水化反應產物不能充分填補混凝土中的空洞，混凝土內部結構出現空洞而使動彈性模量呈下滑趨勢。

3.4 混凝土抗凍性能分析

混凝土結構物在經受反復凍融后，出現內部開裂與表面混凝土掉落兩種形式的損壞，混凝土的抗壓強度和試件重量均呈下降走勢，最終的結果是會導致混凝土構造物失去承載能力。在快凍快融循環試驗中，凍融參數值見表5。

表5 凍融參數值

由表5可看出，葡鈉在減水劑中的摻量在0%～8%，混凝土56d的耐久性DRZS遠大于規范規定的60，混凝土抗凍性滿足要求。

3.5 葡萄糖酸鈉在減水劑中的摻加量，對混凝土凝結硬化時間產生的影響

由圖3可看出，葡鈉摻入量占減水劑母液的0%～8%時，混凝土的終凝硬化時間呈緩慢平穩的上升趨勢，當葡鈉摻入量占減水劑母液中的10%時，混凝土的凝結硬化時間陡然增大，而且通過對該混凝土進行抗壓強度試驗發現，混凝土抗壓強度值有所下降。

圖3 混凝土凝結時間變化

4 結語

通過對56d齡期試件的快凍快融試驗測試研究，可以得出的結論是葡鈉在減水劑中隨著摻量的提高，混凝土的質量損失率逐漸增加，相對動彈性模量逐漸下降，但總體說來葡鈉在減水劑中的摻量為0%～8%之間的高性能混凝土的抗凍性能較高，混凝土和易性、耐久性、凝結時間等其他指標滿足規范及施工要求，可以用于嚴寒及自然環境惡劣條件地區高抗凍性的混凝土構件中。但當葡鈉在減水劑中的摻加量達到10%以上時，混凝土的初終凝結時間會延長，會抑制混凝土強度提升。通過試驗數據計算出葡鈉的最大臨界摻量為減水劑母液的10%，通過混凝土配合比得出即為水泥用量的0.11%。

通過復配減水劑的方式將葡萄糖酸鈉加入混凝土中，可以使混凝土得凝結硬化時間延長，對中午溫度特別高的地區進行混凝土施工有利，還可以用于混凝土抗凍性能要求較高的結構物中。