減水劑含固量對混凝土抗壓強度及抗拉強度的影響研究

王文彬

(福建省建科院檢驗檢測有限公司)

0 引言

進入21 世紀以來，國內經濟高速發展，城鎮化進程快速前進。房屋建筑行業對建筑物的質量提出了更高的需求，高性能混凝土成為土木工作者研究的重點。目前，研究者對于高性能混凝土的研發主要從工藝創新和組分創新開展。向混凝土中摻入高效減水劑是重要的提高混凝土性能的途徑之一[1,2]。精細化研究組分對混凝土性能的影響規律對研發兼具優良工作性能、力學性能及使用性能的高品質混凝土具有十分重要的工程意義。

外摻劑的含固量是指外摻劑內部的固體組分含量，對混凝土內部的水泥具有分散作用，可有效改善其工作性能，并且可以降低水泥及水的用量，節約建筑材料的使用，為環境友好型建筑提供更好的基礎。目前，研究者針對外摻劑摻量對混凝土的性能研究已經初具規模[3-5]。王安軍等人分析了PC-HB 減水劑對混凝土性能的影響，認為其可以顯著提高混凝土的早期抗拉及抗壓強度[3]。何中建、沈雅雯等人認為減水劑可有效提升混凝土的力學強度[4,5]。但是針對外摻劑組分含固量對混凝土的力學性能影響研究相對較少?；谏鲜龅难芯勘尘埃疚闹攸c分析了不同養護齡期下外摻劑含固量（20%、25%、30%）對混凝土抗壓強度及抗拉強度的影響，有助于高性能混凝土的配合比優化設計，對建設高質量精品工程具有十分重要的意義。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

原材料包括天然粗集料、河砂、水泥、減水劑、水和粉煤灰。

⑴天然粗集料為石灰巖碎石，5～20mm 粒徑范圍，級配合格，表觀密度為2.51g/cm3，堆積密度為1.3g/cm3。砂為河砂，細度模數為2.3，符合規范粒徑規定。

⑵水泥為強度等級42.5 級普通硅酸鹽水泥，初凝時間為140min，終凝時間為210min，其他指標符合標準要求。

⑶粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰，其密度為2.1g/cm3，細度為8.6。

⑷試驗用水為自來水，減水劑為引氣減水劑，減水率≥40%。

1.2 試驗方案設計

根據JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》中的要求進行不同類型的外摻劑含固量的混凝土的配合比設計?；诨鶞逝浜媳?，主要分析了減水劑含固量（20%、25%、30%）對混凝土抗壓及抗拉強度的影響規律，不同類型的混凝土配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比 （kg/m3）

1.3 試件澆筑與養護

混凝土的試件制備過程主要包括干組分材料的拌和、混合料的拌合及養護的過程，具體制備流程示意圖如圖1所示。

圖1 混凝土試件制備流程圖

⑴模具內部均勻涂抹脫模劑，依次加入稱量好的粗骨料、細砂、粉煤灰及水泥，攪拌時間為1min，充分攪拌均勻后方可進行下一個工序[6]。

⑵向上述混合的材料中加入50%的水，然后將減水劑與剩余的50%水按比例混合，再倒入上述拌合均勻的材料中，充分攪拌2min，獲取拌合均勻的混合料；將其裝入涂抹脫模劑的模具中，在振搗臺上振搗至無明顯大氣泡為止，隨后用刮刀抹平；放置在室溫下成型后進行脫模[7-10]；

⑶脫模后將試件先進行編號區分，然后放置于標準養護箱中進行3d、7d 及28d 齡期的養護以后再進行力學性能（抗壓強度及抗拉強度）的測試。

1.4 測試方法

依據GB/T 50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》對不同減水劑含固量的混凝土的抗壓強度和抗拉強度進行測試。

2 減水劑含固量對混凝土抗壓強度影響的研究

不同養護齡期下混凝土抗壓強度的試驗數據如圖2 所示。從圖2 得知，整體上混凝土的抗壓強度與減水劑含固量呈負相關關系。一方面由于如果減水劑中的含固量過高，會導致減水率過高，容易出現泌水、離析等不良現象；另一方面由于減水率越大導致混凝土內部單位用水量減小，混凝土水化反應過程中產生的膠凝材料也隨之減少，進而降低混凝土的強度。更有可能的是，混凝土內部水分減少會使得混凝土內部干燥，容易產生裂縫，進一步弱化混凝土的強度。此外，3d 養護條件下，含固量從20%增加到30%，混凝土的抗壓強度降低了16.9%；28d 養護條件下，含固量從20%增加到30%，混凝土的抗壓強度降低了25.1%。因此，與3d齡期養護條件相比，28d 齡期養護條件下混凝土的抗壓強度隨減水劑含固量的增加下降幅度更加明顯。這是由于隨著養護齡期的增加，混凝土內部的水化反應更加顯著，更加需要水的參與，而高含固量的減水劑會導致混凝土內部水分含量更少，對混凝土性能的影響更加顯著。

圖2 不同養護齡期下混凝土抗壓強度

3 減水劑含固量對混凝土抗拉強度影響的研究

不同養護齡期下混凝土抗拉強度的試驗數據如圖3 所示。從圖3 得知，不同含固量減水劑在不同養護齡期下混凝土抗拉強度的演變規律與抗壓強度變化規律相對一致。同樣的原因是由于隨著含固量的增加，混凝土內部的水分含量降低，導致混凝土內部水化反應弱化，水化產物降低，且增加了干燥導致的混凝土裂縫的產生，導致了整體上混凝土內部抗拉強度有所損傷。此外，3d 養護條件下，含固量從20%增加到30%，混凝土的抗拉強度降低了12.9%；28d 養護條件下，含固量從20%增加到30%，混凝土的抗拉強度降低了19.6%。因此，與3d 齡期養護條件相比，28d 齡期養護條件下混凝土的抗拉強度隨減水劑含固量的增加下降幅度同樣更加顯著。但是與混凝土抗壓強度相比，變化幅度較低。上述現象表明減水劑含固量對混凝土抗壓強度的影響高于對混凝土抗拉強度的影響，由于混凝土抗拉強度值遠遠低于混凝土的抗壓強度值。

圖3 不同養護齡期下混凝土抗拉強度

4 結語

⑴混凝土的抗壓強度與減水劑含固量呈負相關關系；與3d 齡期養護條件相比，28d 齡期養護條件下混凝土的抗壓強度隨減水劑含固量的增加下降幅度更加明顯。

⑵不同含固量減水劑在不同養護齡期下混凝土抗拉強度的演變規律與2 中的抗壓強度變化規律相對一致。