減縮劑對混凝土性能影響的研究

林云雷 LIN Yun-lei；楊博 YANG Bo

（①南京水利科學研究院材料結構研究所，南京 210029；②南京水利科學研究院河流海岸研究所，南京 210029）

0 引言

隨著現代基礎設施的不斷完善，混凝土作為重要的工程材料，其需求量也是日益增多，讓學術界對其性能的要求也就越來越高。在混凝土拌合之后，由于會受到塑性收縮、自收縮、干燥收縮以及各種收縮的影響[1-3]，會導致其出現收縮開裂的問題，從而對混凝土的耐久性有不利影響。目前減少混凝土的收縮問題的方法有：摻入膨脹劑補償收縮、摻入纖維、摻入減縮劑等[4]。摻入膨脹劑的混凝土確實可以補償收縮，但是在低水膠比混凝土中的收縮補償效果不太好，無法充分反應。纖維可以在一定程度上減少收縮，但當纖維分布不均時，也不利于混凝土的耐久性。而減縮劑在混凝土的使用，能有效地減少混凝土的收縮，為混凝土收縮的減少提供了穩定的方法[5]。

1 實驗方案

1.1 原材料

1.1.1 水泥

水泥為海螺水泥廠生產，規格為P·O42.5，其化學組成與基本性能參數見表1和表2所示。

表1 水泥的化學組成

表2 水泥的基本參數

1.1.2 細骨料

細骨料選用湖南湘江產河砂，中砂，其級配曲線符合Ⅱ區要求，基本性能參數見表3。

表3 砂的性能指標

1.1.3 減縮劑

減縮劑選用南京瑞迪建設科技有限公司新研制的Mt多羥基化合物，用Mt表示，Mt多羥基化合物是由秸稈中提取的多羥基化合物合成的表面活性劑，能夠有效地降低孔隙水表面張力。

1.1.4 減水劑

減水劑選用南京瑞迪建設科技有限公司生產的保坍型聚羧酸減水劑，固含量為20%，摻量為1.0%。

1.2 配合比

實驗選用的基準配合比如表4。減縮劑選用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%以及0.5%五種摻量，測其性能。

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表4 基準混凝土配合比（kg/m3）

1.3 實驗方法

1.3.1 混凝土抗壓強度實驗

混凝土抗壓強度實驗參照SL/T 352-2020《水工混凝土實驗規程》進行，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，養護溫度20±2℃，相對濕度95%以上。分別測其3d、7d、28d、60d的抗壓強度，測定齡期從脫模后放入養護室算起。

1.3.2 劈裂抗拉強度實驗

混凝土的劈裂抗拉強度混凝土抗壓強度實驗參照SL/T 352-2020《水工混凝土實驗規程》進行，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，養護條件同上。分別測其3d、7d、28d、60d的劈裂抗拉強度。

1.3.3 塑性收縮實驗

混凝土塑性收縮實驗采用平板開裂法，實驗裝置、試件尺寸以及實驗步驟按照SL/T 352-2020《水工混凝土實驗規程》進行。實驗時，將成型好的試樣放在20±2℃，相對濕度60±5%的室內，在風速5±0.5m/s的風扇吹拂下，24h后，測量和記錄裂縫的數量、長度以及寬度。計算單位面積上的總開裂面積，以此數據作為指標。

1.3.4 自收縮實驗

自收縮實驗參照孫振平[6]等的砂漿自收縮方法，整個試驗裝置是由100ml錐形瓶，帶孔皮塞，10ml帶刻度滴管組裝而成，裝置如圖1所示。

試驗方法如下：先檢查裝置氣密性，用機油浸潤裝置內部，將拌好的混凝土稱取100g放入錐形瓶中，用潤滑油加滿，塞好瓶塞，將油面加至0刻度線，然后放置在干縮室養護。從拌合后，每隔24h讀取一次滴管讀數，記錄時間，持續觀察7d。自收縮的值計算如公式（1）：

式中：V0為初始體積值（cm3）；

Vt為t時體積值（cm3）；

m為裝入錐形瓶中混凝土質量（g）；

ε為混凝土在t時間自收縮值（cm3/g）。

1.3.5 干燥收縮實驗

混凝土塑性收縮實驗按照SL/T 352-2020《水工混凝土實驗規程》進行。將成型好的試樣放在20±2℃，相對濕度60±5%的室內，試件尺寸100mm×100mm×600mm，分別測定1d、7d、14d、21d、28d、35d、42d、49d、56d的干燥收縮。

2 試驗結果與分析

2.1 減縮劑對混凝土力學性能的影響

圖2、圖3分別是減縮劑對混凝土劈裂抗拉強度和抗壓強度影響的試驗結果。從圖2可以看出，Mt多羥基化合物在摻量少于0.3%的時候，混凝土的劈裂抗拉強度是隨著摻量的增加而增加，隨著摻量的進一步增加，混凝土的劈拉強度隨著摻量的增加而呈下降趨勢。在Mt多羥基化合物摻量為0.3%時，其劈拉強度最高，與空白組混凝土相比，其7d、28d、60d劈拉強度分別提高了7%、10%、18%。可見，隨著齡期的遞增，Mt多羥基化合物對提高混凝土劈拉強度的增量越來越大。

從圖3可以看出，Mt多羥基化合物對混凝土的抗壓強度有不利影響。試驗結果表明：在設計摻量范圍內，混凝土的抗壓強度隨著摻量的升高而降低，在摻量從0.1%增加到0.3%時，其7d和28d的抗壓強度呈上升趨勢，60d強度呈下降趨勢。當摻量從0.3%增加到0.4%時，28d和60d的抗壓強度遞減較大。

2.2 減縮劑對混凝土塑性收縮的影響

圖4是減縮劑對混凝土塑性收縮影響的試驗結果。從圖中可以看出，在設定的摻量范圍內，Mt多羥基化合物對增強混凝土的抗塑性開裂能力有著積極的作用。在摻量為0.1%時，開裂面積最小，相對于空白組混凝土減少了88%。當摻量為0.2%、0.3%、0.4%、0.5%時，開裂面積相對于空白組混凝土分別減少了85%、83%、66%以及51%。可見當摻量從0.3%增加到0.5%時，開裂面積大幅度增加，但相對于空白組混凝土，開裂面積仍然減少。Mt多羥基化合物作為表面活性劑，可以降低孔隙水的表面張力，以此減小毛細孔失水時產生的收縮應力不僅可以降低平板開裂面積，而且還可以延緩開裂的時間，對平板開裂有利[7]。

2.3 減縮劑對混凝土自收縮的影響

圖5是單摻減縮劑對混凝土自收縮影響的試驗結果。由圖5可知，六組試樣自收縮的趨勢基本類同，在1～3d內完成了主要的自收縮。在Mt多羥基化合物的作用下，混凝土的自收縮值有了較大幅度的降低。混凝土的自收縮值隨著減縮劑摻量的增加而降低，當Mt的摻量最大時，混凝土的自收縮值最小。與空白組混凝土相比，當Mt多羥基化合物摻量為0.5%時，其1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d自收縮值分別降低了46%、33%、24%、23%、21%、20%、19%。可見隨著齡期的增加，混凝土自收縮值隨之減少，但降低的幅度卻逐漸變小。Mt多羥基化合物可以減少毛細孔溶液的表面張力，使得在水泥水化過程中由于失水而產生的應力減小，以此減小了毛細孔中因水泥水化失水而引起的收縮應力[8-9]。

2.4 減縮劑對混凝土干縮的影響

圖6 是單摻減縮劑對混凝土干燥收縮影響的試驗結果。由圖6可知，試樣的干燥收縮發展的趨勢基本相同，在前14d，干燥收迅速發展，14d之后趨勢趨于平緩。Mt多羥基化合物能夠有效地降低混凝土的干燥收縮。效果最好的是當摻量為0.5%的時候，和空白組相比，其1d、3d、7d、21d、28d、35d、42d、49d、56d的干燥收縮分別降低了46%、32%、30%、23%、26%、27%、27%、26%、28%、26%。隨著齡期的增加，下降的幅度也隨之降低。干燥收縮是混凝土在停止養護后，處于不飽和的濕空氣內，內部的毛細孔和凝膠孔的吸附水蒸發而引起的收縮[10-11]。而減縮劑可以降低孔隙溶液的表面張力，根據拉普拉斯公式可知，隨著孔隙溶液表面張力的降低，當混凝土毛細孔和凝膠孔蒸發吸附水而引起的負壓也隨之減小，從起到降低混凝土干燥收縮的效果。

3 結論

①Mt多羥基化合物在摻量0.3%之前對混凝土劈拉強度有積極的影響，摻量過大時反而對劈拉強度有不利影響；不管摻量如何，Mt對抗壓強度一直是負面影響，對混凝土抗壓強度不利。

②Mt多羥基化合物對減少混凝土的收縮有極大的作用；Mt能夠有效地減少塑性收縮，但摻量越多，開裂面積也隨之增大；在自收縮和干燥收縮方面Mt有相同的效果，可以減少自收縮和干燥收縮，隨著摻量的增加，自收縮和干縮也隨之降低。