高效減水劑對(duì)預(yù)拌混凝土早期收縮變形的影響研究

鄭細(xì)勇

（福建省交設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，福建 漳州 350026）

0 引言

20世紀(jì)90年代后期，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板已成為我國(guó)住宅結(jié)構(gòu)的主流體系，然而受混凝土材料特性影響，樓板裂縫成為建筑工程面臨的主要質(zhì)量問(wèn)題之一，并成為社會(huì)各界關(guān)注的熱點(diǎn)話題。眾所周知，收縮裂縫、溫差裂縫等是建筑混凝土樓板裂縫的主要表現(xiàn)形式，其中收縮裂縫與預(yù)拌混凝土材料質(zhì)量及配比之間具有直接聯(lián)系。在水泥水化、硬化過(guò)程中，混凝土強(qiáng)度以及彈性模量增強(qiáng)的同時(shí)，在空隙中水含量減少的情況下，其體積會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的減縮或收縮[1]。依據(jù)相關(guān)研究成果，混凝土中的水泥石承受的拉應(yīng)力會(huì)隨著齡期增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，當(dāng)水泥石抗拉強(qiáng)度無(wú)法承受拉應(yīng)力時(shí)，收縮裂縫也就隨之產(chǎn)生。作為混凝土固有物理性質(zhì)，僅能通過(guò)技術(shù)手段縮小收縮幅度，而無(wú)法將其完全消除。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外技術(shù)界對(duì)減水劑與預(yù)拌混凝土早期收縮方面的研究成果相對(duì)較少，難以為預(yù)拌混凝土生產(chǎn)中減水劑調(diào)配提供參考意見(jiàn)。鑒于此，本文通過(guò)設(shè)計(jì)試驗(yàn)的形式，對(duì)高效減水劑對(duì)預(yù)拌混凝土早期收縮變形的影響進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)原材料

為驗(yàn)證高效減水劑對(duì)預(yù)拌混凝土早期收縮變形的影響，選取某預(yù)拌混凝土廠提供的P·O32.5R型混凝土材料，機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)為3.4、混凝土試塊28d齡期條件下其抗折及抗壓強(qiáng)度分別為8.2MPa及42.2MPa。調(diào)配混凝土所用的粗、細(xì)骨料分別為花崗巖碎石以及含泥量為3.0%、細(xì)度模數(shù)為3.1的河砂。其中，花崗巖碎石材料級(jí)配控制在Ф5～20mm范圍內(nèi)，其中Ф5～10mm與Ф10～20mm碎石分別占40%以及60%。同時(shí)采用F類Ⅱ級(jí)粉煤灰。

本次試驗(yàn)所用高效減水劑主要包括以下幾種：WRA1緩凝高效減水泵送劑(液劑)，推薦摻量1.5%；WRA2增強(qiáng)-引氣—緩凝高效減水泵送劑(液劑)，推薦摻量1.5%；FDN高效減水劑(粉劑)，推薦摻量0.5%。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

混凝土早期收縮變形是指混凝土在早期情況下，受水化作用以及不飽和環(huán)境影響產(chǎn)生的收縮變形，高性能混凝土早期收縮開(kāi)裂問(wèn)題尤為顯著[2]。為確保科學(xué)、精準(zhǔn)地檢驗(yàn)高效減水劑對(duì)預(yù)拌混凝土強(qiáng)度以及收縮性的影響，設(shè)計(jì)兩種配合比進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)：

（1）設(shè)定基準(zhǔn)混凝土以及摻減水劑混凝土坍落度保持基本一致?tīng)顟B(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，其中坍落度需要控制在80±10mm范圍內(nèi)，主要通過(guò)摻入高效減水劑實(shí)現(xiàn)降低水泥漿用量目標(biāo)，表1為方案一的混凝土配比情況；

表1 方案一混凝土配比情況

（2）在推薦摻量范圍內(nèi)盡可能地提升高效減水劑摻量以及水泥漿用量，實(shí)現(xiàn)將基準(zhǔn)混凝土坍落度由80±10mm提升至150±10mm，表2為方案二混凝土配比情況。

表2 方案二混凝土配比情況

1.3 試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

（1）采用滿足相同的工作性和試配強(qiáng)度要求,保持水膠比及砂率不變,以“減水劑種類+摻量”為試驗(yàn)變量的混凝土配合比設(shè)計(jì)新思路；通過(guò)試配得到滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的每種減水劑的最佳摻量,從而確定四組混凝土的試驗(yàn)配合比，獲取基準(zhǔn)混凝土以及摻減水劑混凝土坍落度值以及抗壓強(qiáng)度值，并在此基礎(chǔ)上獲取混凝土材料收縮應(yīng)變值及齡期擬合曲線[3]。

（2）采用非接觸式位移法跟蹤測(cè)量三組混凝土試樣3d、7d、28d齡期的收縮變形率,研究外摻三種減水劑后，混凝土收縮變形規(guī)律以及實(shí)際作用效果。并獲取提升減水劑以及水泥漿用量條件下混凝土坍落度以及強(qiáng)度，并在此基礎(chǔ)上繪制混凝土試件收縮應(yīng)變值隨齡期變化曲線，探究在提升減水劑以及水泥漿用量的條件下，其對(duì)混凝土性能的影響。在明確新拌混凝土達(dá)到規(guī)定坍落度范圍要求后，依照不同配比設(shè)計(jì)分別制備3個(gè)規(guī)格為100mm×100mm×515mm的試件，并放置于成型室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，1d后拆模并進(jìn)行試驗(yàn)。利用標(biāo)準(zhǔn)混凝土收縮儀對(duì)試件初始長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)定，隨后分別對(duì)相同養(yǎng)護(hù)條件下的不同齡期混凝土試件長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)試件收縮應(yīng)變值εc( ×10-6)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如式（1）所示[4]。除此以外，還對(duì)100mm×100mm×100mm成型試件的3d、7d以及28d抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行測(cè)定。

式中：

L0——混凝土收縮儀測(cè)定出的試件初始長(zhǎng)度，mm；

Lt——不同齡期條件下長(zhǎng)度，mm；

Lb——標(biāo)稱長(zhǎng)度。標(biāo)稱長(zhǎng)度測(cè)定方式為515mm減去兩端銅頭埋入試件長(zhǎng)度。

本次研究主要依照我國(guó)現(xiàn)行《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082-2009）規(guī)定的非接觸法進(jìn)行。所用的非接觸式混凝土收縮變形測(cè)定儀為CABR-NES型設(shè)備，如圖1所示。本次實(shí)驗(yàn)設(shè)定在溫度20±2℃、相對(duì)濕度60±5%的恒溫恒濕條件下開(kāi)展[5]。

圖1 非接觸式位移法試驗(yàn)裝置

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 維持混凝土強(qiáng)度以及坍落度條件，降低水泥漿用量

對(duì)基準(zhǔn)混凝土以及摻減水劑混凝土的坍落度及抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可知，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中混凝土坍落度以及抗壓強(qiáng)度并未超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，滿足80±10mm的要求[5]。在摻入高效減水劑操作時(shí)，由于受到兩種試驗(yàn)混凝土材料坍落度差值較小的影響，混凝土中水泥及水用量在摻入高效減水劑后明顯降低，基準(zhǔn)混凝土收縮應(yīng)變值擬合曲線始終保持在摻減水劑混凝土曲線上方。通過(guò)上述情況能夠發(fā)現(xiàn)，在基準(zhǔn)混凝土及摻減水劑混凝土兩種材料的收縮應(yīng)變值變化中，后者收縮應(yīng)變值變化明顯低于前者，這種情況也表明了在坍落度值差異較小的情況下由于減水劑中緩凝等成分會(huì)導(dǎo)致收縮應(yīng)變值提升，而利用減水劑可以有效降低水泥漿用量[6]。表4為不同外加劑種類條件下的水泥用量與混凝土坍落度變化情況。

表3 基準(zhǔn)混凝土以及摻減水劑混凝土的坍落度及抗壓強(qiáng)度

表4 不同外加劑種類條件下的水泥漿用量與混凝土坍落度變化情況

2.2 提升減水劑摻量以及水泥漿用量，提升混凝土坍落度值

在提升減水劑以及水泥漿用量的條件下，對(duì)混凝土坍落度以及強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定并得出如表5所示結(jié)果。由表5可知，受WAR1以及FDN減水率相對(duì)較低影響，在摻入推薦摻量情況下，必須通過(guò)加大水泥漿用量的手段實(shí)現(xiàn)將混凝土坍落度值由基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)提升至150±10mm的目的，而WAR2中含有復(fù)合引氣成分，相較于其他兩種減水劑，其減水率相對(duì)較高，由此，在摻入推薦摻量時(shí)，即使不提升水泥漿用量也可達(dá)成提升混凝土坍落度值目的[7]。

表5 提升減水劑以及水泥漿用量的條件下混凝土坍落度以及強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果

通過(guò)對(duì)此方案設(shè)計(jì)條件下的混凝土收縮應(yīng)變值與齡期擬合曲線分析可知，漿體會(huì)隨著坍落度提升而逐漸稀釋，此時(shí)雖然相較于基準(zhǔn)混凝土，摻減水劑混凝土水泥漿用量明顯降低，但是受WAR1以及WAR2中復(fù)合的混凝土以及引氣成分影響，其均存在超過(guò)基準(zhǔn)混凝土收縮應(yīng)變值的幾率，究其原因在于摻入減水劑后水泥顆粒間距有所提升，為水分的析出與蒸發(fā)提供有利條件。

通過(guò)對(duì)不同試驗(yàn)條件下的摻WAR1以及WAR2混凝土收縮應(yīng)變值進(jìn)行對(duì)比可得出如圖1所示的曲線。

圖1 混凝土試件收縮應(yīng)變值隨齡期變化曲線

由圖1可知，利用提升減水劑摻量提升混凝土坍落度時(shí)，相較于低坍落度值混凝土，其收縮應(yīng)變值會(huì)呈現(xiàn)出較為顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)，這種情況在摻入WAR2減水劑的混凝土中表現(xiàn)尤為顯著。因此，施工單位在實(shí)際開(kāi)展混凝土現(xiàn)澆作業(yè)時(shí)應(yīng)注意依照工程建設(shè)實(shí)際需求對(duì)坍落度值進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)縮減混凝土收縮幅度的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著工程建設(shè)對(duì)預(yù)拌混凝土需求量的大幅提升，為切實(shí)保障工程安全性，施工單位應(yīng)注意加強(qiáng)對(duì)混凝土早期收縮變形的控制力度。本文通過(guò)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，可得出以下結(jié)論：（1）高效減水劑復(fù)合成分不僅影響新拌水泥漿性能，還會(huì)影響混凝土強(qiáng)度以及收縮性能，施工單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)此方面的重視度；（2）在特定水泥漿用量條件下，水泥基材料的收縮應(yīng)變值雖然會(huì)出現(xiàn)增強(qiáng)情況，但是其抗折強(qiáng)度下降幅度并不明顯，部分情況下可能會(huì)出現(xiàn)增加情況，且折壓比提升可以為提升現(xiàn)澆混凝土抵抗收縮應(yīng)力提供有利條件。