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减缩剂在混凝土中的作用机理及评价研究

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人气:-发表时间:2017-09-05 09:53【

作者:张舒

1.引言

混凝土在干燥条件下容易产生收缩,这种收缩导致了混凝土的开裂和其它缺陷,而这些缺陷的形成和发展使混凝土的使用寿命大大下降。近年来高性能混凝土因其工作性能优良、强度高和耐久性好等突出优势而被广泛应用,然而高性能混凝土往往采用(超)低水胶比,因此胶凝材料在早期水化反应快、水化热大,消耗大量混凝土内部的自由水,产生了干燥收缩,因此大大增加了开裂风险。如何减小混凝土的干燥收缩及其所产生的开裂, 是多年来学术界一直关心的问题。

在实际工程中,通常采取以下手段预防开裂:掺加粉煤灰等低活性掺和料降低水泥用量以降低水化反应热,在干燥炎热的气候加强湿水养护,在较大的混凝土结构合理设置伸缩缝并增加配筋密度,以及在混凝土中掺入膨胀剂来补偿收缩等。除了这些预防措施,还可以在拌合时掺入混凝土减缩剂,从混凝土毛细管微观结构上降低水的表面张力,从本质上降低混凝土由于失水或自干燥导致的收缩。减缩剂在国外已经得到了广泛应用,在国内也可能成为一种趋势。本文主要对欧洲成熟减缩剂产品进行评价研究,从减缩剂的减缩机理、减缩效果及对混凝土性能的影响等方面进行了一系列实验测试,为减缩剂的使用提供理论及技术指导。

2.原材料及试验方法

2.1原材料

水泥:宁国海螺52.5R PⅡ

黄砂:洞庭湖,Ⅱ区中砂

石子:新开元 5~16mm碎石

外加剂:上海麦斯特建工高科技建筑化工产品,MasterGlenium Sky 8325系列聚羧酸外加剂

减缩剂:上海麦斯特建工高科技建筑化工产品,MasterLife SRA 815 减缩剂。

以上减水剂与减缩剂均是已商业化应用的成熟产品。

2.2混凝土减缩剂的作用机理

减缩剂本身属于表面活性剂,分子结构同样具有特殊的两亲性,一端为亲水基,另一端为疏水(亲油)基。降低液体的表面张力是表面活性剂的重要特性。对于减缩剂来说,考虑其使用时的经济性,需要其具有较好的降低表面张力的能力和效率。本文所研究和测试的减缩剂表面张力与浓度的关系如图1所示。

减缩剂溶液浓度与表面张力关系图

由图1可以看出,减缩剂浓度越高,越能降低溶液的表面张力,减缩剂浓度为20%时,可将蒸馏水表面张力(71.9mN/m)降低40%左右。在混凝土中,减缩剂的作用机理就是降低水泥石毛细管中的溶液的表面张力,降低毛细管在失水过程中的表面应力,从而减小毛细管的收缩,从微观上减少混凝土的收缩,避免应力失衡而引起开裂。

2.3试验方法

(1)混凝土收缩试验参照GB/T 29417-2012《水泥砂浆和混凝土干燥收缩开裂性能试验方法》进行。

(2) 混凝土开裂试验参照ASTM C 1581—04 《水泥砂浆和混凝土环式限制收缩开裂测试标准方法》进行。 

(3)混凝土试件强度测定参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

3.实验结果与分析

3.1减缩剂对混凝土收缩性能的影响

减缩剂对混凝土收缩率的影响图

图2为MasterLife SRA 815减缩剂在C45混凝土中对混凝土收缩率的影响,减缩剂的掺量为0.63%(占胶凝材料质量的百分比),试验在干燥实验室进行,进行恒温干燥养护。空白样与掺加减缩剂试样均为同样的混凝土配合比,同样的外加剂掺量,新拌混凝土状态也相同,避免了其他干扰因素。由图2可以看出,从初期直到180天龄期,MasterLife SRA 815始终能降低混凝土的收缩率,显著减少混凝土的干燥收缩。

3.2减缩剂对混凝土抗裂性能的影响

减缩剂对混凝土抗裂性能的影响

使用同样的混凝土配合比,进行圆环式收缩开裂试验。美国ASTMC1581—04标准中的圆环法,能通过定量的分析来评价混凝土的开裂风险。表1可以发现,掺加少量MasterLife SRA 815减缩剂的混凝土开裂风险明显低于没有掺减缩剂的空白样。在实际工程中,水泥用量越大,混凝土标号越高,越容易出现开裂,因此使用减缩剂能在一定程度上抑制混凝土的收缩开裂。

3.3减缩剂对混凝土强度发展的影响

减缩剂对混凝土强度的影响图

图3为在同样C45混凝土配合比的条件下,空白样与掺MasterLife SRA 815(0.63%)混凝土在龄期为3d、7d、28d和90d的抗压强度对比。掺加了MasterLife SRA 815减缩剂有可能对混凝土的抗压强度有小幅度的负面影响。这是因为在初期,减缩剂在水泥表面形成了一层保护膜,延缓了水泥的水化,因此早期强度偏低。同时减缩剂的加入会使得混凝土中孔隙分布改变,大孔比例会相应增加,小孔比率减小,这也在一定程度上影响了混凝土的抗压强度。在工程应用中需考虑这一点,尤其在使用更高掺量时,使用前应进行实验验证。

4.结论

(1)减缩剂MasterLife SRA 815对混凝土的干燥收缩开裂均有一定程度的抑制作用,并且已经在国内外工程中经过使用验证,尤其适合大体积大方量的高标号高性能混凝土。

(2)减缩剂MasterLife SRA 815在使用中需考虑其对混凝土抗压强度的负面影响,对于掺加减缩剂的混凝土而言,只有合理选择掺量,进行试验验证,才能获得最优性能的混凝土。

此文关键字:减缩剂 混凝土