復(fù)配引氣劑對混凝土早期收縮開裂的影響

1、復(fù)配引氣劑對混凝土早期收縮開裂的影響 混凝土的干燥收縮和早期收縮開裂的性能是影響混凝土耐久性的重要原因。目前化學(xué)外加劑在現(xiàn)代混凝土中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為混凝土的第五組分，同時(shí)各種外加劑組分的復(fù)配也越來越多，以滿足施工性能的要求。多組分的外加劑組合對混凝土的性能產(chǎn)生何種影響，是一個(gè)值得研究的課題。本文就萘系高效減水劑復(fù)配引氣劑對混凝土干燥收縮和早期收縮開裂性能的影響進(jìn)行了一些研究，以下是研究結(jié)果。一原材料1.1 水泥 本文選用了外加劑檢測專用的基準(zhǔn)水泥，性能滿足GB8076-1997附錄A要求，基本性能指標(biāo)如下：表1 化學(xué)成分分析及礦物組成 (%)SiO2Al2O3Fe4O3CaOMgOSO

2、3Na2O.eqLOSSf-CaOC3SC3A21.454.082.4163.712.292.760.631.990.8754.346.98表2 物理性能指標(biāo)細(xì)度(%)比表面積(m2/kg)標(biāo)準(zhǔn)稠度安定性凝結(jié)時(shí)間（h:min）抗折強(qiáng)度(MPa)抗壓強(qiáng)度(MPa)初凝終凝3d28d3d28d1.233127.5合格3:174:105.69.428.157.71.2外加劑 北京同科建材有限公司生產(chǎn)的非引氣高濃型粉狀萘系高效減水劑(以下簡稱TK)，減水率為20，常規(guī)摻量為0.75左右； 引氣劑選用了上海楓楊實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的SJ-2水溶性混凝土引氣劑(以下簡稱SJ-2)，是一種新型的以有機(jī)物三萜皂甙

3、為主要成分的引氣劑，減水率約為6。1.3 砂子 細(xì)骨料采用了北京昌平龍鳳山產(chǎn)的中砂，比重2.66，細(xì)度模數(shù)3.1，顆粒級配良好，含泥量很小。1.4 石子 河北三河產(chǎn)的碎卵石，粒徑520mm。二試驗(yàn)方法及測試技術(shù)2.1 混凝土自由收縮試驗(yàn)方法 混凝土的自由收縮方法依據(jù)GBJ82-85進(jìn)行，試件尺寸為7575400mm，兩端預(yù)埋測頭?；炷脸尚?d拆膜后，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)2d，取出測定初長，然后放入干空室中測定1d、3d、7d、14d、28d、45d、60d、90d的收縮率（測長的齡期從放入干空室時(shí)算起）?；炷恋淖杂墒湛s用螺旋千分尺測定，精度0.001mm。2.2 混凝土限制收縮開裂試驗(yàn)方法 本

4、文研究混凝土限制收縮開裂試驗(yàn)方法采用模具參考日本平石信業(yè)等研究早期收縮的測試方法。模具的邊框采用厚5mm的不銹鋼板，內(nèi)邊尺寸為600mm600mm50mm的鋼制模具，邊框內(nèi)設(shè)8、間距50mm的雙排螺釘，長度為100mm的栓釘上下交錯(cuò)間隔分布（如圖1所示）。圖1 平板試驗(yàn)裝置示意圖圖2 早期收縮開裂試驗(yàn)裝置圖 試驗(yàn)時(shí)在底板上鋪一層橡膠墊，在橡膠墊上鋪一層聚乙烯薄膜，防止試件水泥漿流失和水分從底面蒸發(fā)損失。在距模具30cm的正上方懸掛一個(gè)吊扇，混凝土表面的風(fēng)速為2.8m/s，用測風(fēng)速儀控制，并在模具的周圍放置一個(gè)與模具等高、面積為540cm2塑料盆測量混凝土失水率，并精度1g的量程為15kg 的電

5、子秤分別測量混凝土在4h、12h和24h的失水率（失水率為蒸發(fā)的水分占混凝土重量的百分率）。 同時(shí)成型2組混凝土試件放在模具的周圍，以測試同條件下養(yǎng)護(hù)的混凝土24h的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)室的溫度控制在2023，濕度不控制，采用現(xiàn)場濕度。試驗(yàn)時(shí)，先將混凝土拌合物澆入此模具中插搗成型，抹平表面，將試件帶模分別置于風(fēng)吹環(huán)境中，用專門測量裂縫寬度的塞尺對各混凝土板的開裂情況進(jìn)行跟蹤觀測。開始每隔5min觀察一次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有裂紋產(chǎn)生時(shí)變?yōu)槊?0min觀察一次，在風(fēng)吹的條件下，對試件進(jìn)行24h觀察。試驗(yàn)結(jié)束后，主要記錄每個(gè)混凝土板上裂縫的初裂時(shí)間（開始出現(xiàn)裂縫的時(shí)間）、裂縫尺寸（24h時(shí)的最大裂縫寬

6、度和最長裂縫長度）以及裂縫數(shù)量（24h時(shí)的裂縫總條數(shù)）。裂縫的數(shù)目以可見裂縫為準(zhǔn)，長度用棉紗線沿著裂縫的走向取得相應(yīng)的長度，裂縫長度以肉眼可見為準(zhǔn)，以鋼卷尺測量其值L，以 mm計(jì)；裂縫的寬度d用塞尺結(jié)合專門用于觀察裂縫的50倍讀數(shù)顯微鏡測量裂縫長度中點(diǎn)附近的裂縫寬度代表該裂縫的最大裂縫。并按下式計(jì)算裂縫開裂總面積：Acr= Aimax. Li Acr試件裂縫名義總面積，mm2； Aimax第i條裂縫名義最大裂縫寬度，mm； Li第i條裂縫長度，mm。 最后以裂縫開裂總面積的大小來評價(jià)混凝土早期塑性收縮的性能。2.3 混凝土拌合物的性能測試2.3.1 混凝土坍落度、含氣量的測定 按國標(biāo)GB/T

7、50080-2002中規(guī)定的方法對混凝土拌合物進(jìn)行坍落度、含氣量試驗(yàn)。2.3.2基本力學(xué)性能測試方法 本研究所測的主要力學(xué)性能有抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度?；炷猎嚰叽鐬?00100100mm?？箟簭?qiáng)度在無錫建筑材料試驗(yàn)機(jī)廠制造的NYL-200D型壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。劈裂抗拉強(qiáng)度在無錫建筑材料試驗(yàn)機(jī)廠制造的NYL-50D型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。三混凝土配合比 本研究中，選用0.3、0.4、0.5三個(gè)不同的水灰比在保持混凝土的其它材料用量不變，只改變外加劑摻量的情況下，研究引氣劑加入后對不同水灰比混凝土早期開裂性能的影響。由于在坍落度較小情況下，在模具中成型壓實(shí)較為困難，特別是在模板邊框周圍起固定作用的螺栓

8、部分，易造成螺栓下部形成空洞和蜂窩，所以配制的混凝土坍落度較大，使混凝土易成型密實(shí)，避免因形成空洞和蜂窩造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差錯(cuò)。試驗(yàn)用的混凝土配合比如表3：表3 混凝土配合比編號水泥(kg/m3)砂子(kg/m3)石子(kg/m3)水(kg/m3)外加劑5-039580010171980.3%(TK)5-139580010171980.3%(TK)+0.01(SJ-2)5-339580010171980.3%(TK)+0.03(SJ-2)4-043879010451750.75%(TK)4-143879010451750.75%(TK)+0.01(SJ-2)4-343879010451750.75

9、%(TK)+0.03(SJ-2)3-052071310921571.0%(TK)3-152071310921571.0%(TK)+0.01(SJ-2)3-352071310921571.0%(TK)+0.03(SJ-2)四試驗(yàn)結(jié)果分析與討論4.1 復(fù)配引氣劑對干燥收縮的影響 復(fù)配引氣劑后混凝土在各齡期的干燥收縮值見表4。分析表4中5-0、5-1、5-3和4-0、4-1、4-3和3-0、3-1、3-3可以得出：在單摻TK高效減水劑的基礎(chǔ)上，復(fù)配0.01和0.03SJ-2后，混凝土的干縮和單摻高效減水劑相比，28d、60d和90d的干縮有較大幅度的增加。復(fù)配SJ-2后，混凝土中的氣泡呈球形，泡徑多

10、在20200um。從表4的結(jié)果可見，與單摻高效減水劑的混凝土相比，復(fù)配SJ-2后混凝土的含氣量增加，混凝土的可變形能力增加，因而混凝土的干燥收縮增加。表4 混凝土干縮試驗(yàn)結(jié)果編號坍落度(mm)含氣量(%)強(qiáng)度(MPa)干燥收縮（10-6）1d3d7d28d60d90d5-01501.853.9431071492913413525-11804.149.8401121653153553715-31506.742.4451151733393814004-01501.565.932991734514724994-11803.861.5241152084804995394-32005.957.41612

11、52275335686033-01801.182.5321332114564965393-11903.178.0451652725152886163-32104.470.940187315600613672 注：坍落度值帶*的表示混凝土已產(chǎn)生外部泌水4.2 復(fù)配引氣劑對早期收縮開裂的影響 不同水灰比下，TK高效減水劑復(fù)配SJ-2后的混凝土早期收縮開裂試驗(yàn)結(jié)果見表5。TK高效減水劑復(fù)配后24h的開裂面積如圖3。表5 復(fù)配SJ-2后的試驗(yàn)結(jié)果編號坍落度(mm)強(qiáng)度(MPa)失水率 (%)凝結(jié)時(shí)間(h:min)初裂時(shí)間(h:min)最大 裂寬(mm)裂縫 總數(shù)(條)開裂面積(mm2)R1R28Rts

12、14h24h初凝終凝5-01513.453.90.970.742.739:0411:334:000.093285-11511.149.81.100.702.709:1511:454:000.083245-3208.742.40.880.863.009:3312:003:450.15161844-02018.565.92.01.222.949:5212:203:250.4565844-12017.861.52.21.183.049:4511:553:350.3531564-32215.457.41.81.313.309:5812:232:500.5076403-02032.282.52.60.6

13、72.019:5512:022:551.201032213-12030.078.03.00.561.9210:1112:363:051.00526323-32126.270.92.60.802.3610:2513:002:301.40124707圖3 復(fù)配SJ-2混凝土的開裂面積 從圖3中可得，復(fù)配0.01SJ-2的配合比5-1、4-1和3-1的24h開裂面積均小于單摻高效減水劑的5-0、4-0和3-0；復(fù)配0.03SJ-2的配合比5-3、4-3和3-3的24h開裂面積均小于單摻高效減水劑的5-0、4-0和3-0。 分析表5可得：5-0和5-1初裂時(shí)間一樣，5-3的初裂時(shí)間最早，24h后5-0

14、和5-1的裂縫總數(shù)一樣，但5-1的最大裂寬和開裂面積均小于5-0，5-1的早期抗開裂性能改善。但5-3和5-0相比，24h的最大裂寬、裂縫總數(shù)和開裂面積均有增加，早期抗開裂性能較5-0差； 4-0、4-1和4-3的初裂時(shí)間依次為4-3 、4-0和 4-1，但24h后 4-1的最大裂寬、裂縫總數(shù)和開裂面積均小于4-0，早期抗開裂性能4-1要好于4-0，24h后 4-3的最大裂寬、裂縫總數(shù)和開裂面積均大于4-0，早期抗開裂性能4-3較4-0差； 3-0、3-1和3-3的初裂時(shí)間依次為3-3 、3-0和3-1，但24h后 3-1的最大裂寬、裂縫總數(shù)和開裂面積均小于4-0，早期抗開裂性能3-1要好于3

15、-0；24h后3-3的最大裂寬、裂縫總數(shù)和開裂面積均大于3-0，早期抗開裂性能3-3要次于3-0。 在高效減水劑的基礎(chǔ)上復(fù)配SJ-2后，和單摻高效減水劑的混凝土相比：復(fù)配0.01SJ-2的混凝土24h的裂縫總數(shù)、最大裂寬和開裂面積都下降，混凝土的早期抗開裂性能與單摻高效減水劑相比有提高。復(fù)配0.03的SJ-2后，混凝土的初裂時(shí)間提前，24h后的最大裂寬、裂縫總數(shù)和開裂面積都增加，混凝土的早期抗開裂性能下降。 4.3 復(fù)配引氣劑對早期收縮開裂影響的原因分析 引氣劑可以在混凝土中引進(jìn)大量微小且獨(dú)立的氣泡，這些球狀氣泡象滾珠一般起著潤滑作用，使混凝土的工作性大大改善，尤其對集料粒形不好的碎石、特細(xì)砂

16、、人工砂等配制的混凝土和易性起著重要作用。 當(dāng)摻入適量的引氣劑后，由于引氣劑的作用，混凝土的泌水、沉降顯著減小。由于氣泡的存在，整個(gè)體系的表面積大大增大，比不摻引氣劑時(shí)的粘度大得多，泌水與沉降因而減小。另外，由于氣泡的存在，泌水的毛細(xì)管通道被阻斷，而且氣泡里氣體的遷移和氣泡再分布，能進(jìn)一步破壞這種通道。另外，當(dāng)摻入適量引氣劑后，混凝土的泌水沉降減小，因此當(dāng)其抗壓強(qiáng)度有一定降低時(shí)，抗拉強(qiáng)度往往比空白混凝土有所提高。 分析表3-5可得，5-1、4-1和3-1的1d抗壓強(qiáng)度分別低于5-0、4-0和3-0，但1d劈裂抗拉強(qiáng)度均分別高于5-0、4-0和3-0，即高效減水劑中復(fù)配0.01的SJ-2后，和單

17、摻高效減水劑的相比，混凝土1d的抗壓強(qiáng)度下降，但1d劈裂抗拉強(qiáng)度增加。同時(shí)，據(jù)研究，混凝土摻引氣劑后，混凝土的徐變比不摻引氣劑的混凝土大大增大，徐變增大的原因可以把摻引氣劑后混凝土中增加的氣泡當(dāng)作彈性模量為零的骨料來理解，徐變的增大有利于混凝土的抗開裂性能的提高。所以當(dāng)摻入適量的SJ-2后，適量的引入氣泡有利于混凝土的早期抗開裂性能。 但是引氣劑摻量過高后，混凝土?xí)霈F(xiàn)內(nèi)部泌水現(xiàn)象，即水分在骨料表面集聚成水膜，從而使水泥漿骨料過渡區(qū)減弱的現(xiàn)象。泌水易使骨料水泥漿過渡區(qū)趨于變?nèi)醪⒁子诋a(chǎn)生裂縫。表5中，當(dāng)SJ-2摻量較大（5-3、4-3、3-3等三組）后，因?yàn)镾J-2本身具有一定的減水作用，當(dāng)摻量過大后，減水作用使混凝土的泌水又有所增加，導(dǎo)致水分的蒸發(fā)較快。同時(shí)產(chǎn)生的大量氣泡使混凝土的抗拉、抗壓強(qiáng)度下降較多，5-3、4-3和3-3的含氣量較5-0、4-0和3-0大增加，1d抗壓強(qiáng)度和1d劈裂抗拉強(qiáng)度分別低于5-0、4-0和3-0；失水率也較5-0、4-0