減水劑對混凝土收縮的影響

1、無學(xué)號：1324251436高性能混凝土及外加劑高性能混凝土及外加劑2013 2014 學(xué)年 2 學(xué)期學(xué)院 ：材 料 科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院專業(yè)班級：材 料 學(xué) 13-01 班姓名 ：周睿彤實習(xí)成績：評閱教師：評閱日期：無減水劑減水劑對混凝土收縮的影響對混凝土收縮的影響經(jīng)歷了從鋼筋混凝土到預(yù)應(yīng)力混凝土直至現(xiàn)今的高性能混凝土 100 多年的發(fā)展歷程,當代混凝土正向著更高強、高流動性、高耐久性的方向發(fā)展?；炷镣饧觿┎坏墒够炷炼喾N性能得到改善， 而且促進了混凝土新技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)廢渣的有效利用。日本、北歐、美國等發(fā)達國家已基本上在所有混凝土中摻用了外加劑，而我國目前在混凝土中使用外加劑還不

2、是很普遍，每年水泥年產(chǎn)量已超過了6 億噸,但摻外加劑的混凝土僅占 30%左右。混凝土外劑在混凝土中的廣泛應(yīng)用，已使其成為混凝土尤其是高性能混凝土中必不可少的第五組份。多功能的外加劑已經(jīng)成為當代高性能混凝土技術(shù)的核心之一，其品種及功能的發(fā)展也日新月異，這些新品種的外加劑對混凝土收縮的影響到底如何，已成為人們普遍關(guān)注的一個重要問題。 隨著混凝土向高強高性能方向發(fā)展,要求混凝土具有很好的耐久性。提高混凝土耐久性的關(guān)鍵之一是降低水膠比，提高混凝土的密實性。這就要求減水劑的減水率高，并使混凝土具有很好的工作性。經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，減水劑經(jīng)歷了由木質(zhì)磺酸鹽系、糖蜜減水劑萘磺酸鹽甲醛縮合物減水劑、磺化三聚

3、氰胺甲醛減水劑、氨基磺酸鹽高效減水劑聚羧酸高效減水劑幾代產(chǎn)品的發(fā)展；其發(fā)展趨勢為從低減水率(10%左右)到高減水率(20%左右)直至超高減水率(30%左右)。一一混凝土收縮與開裂的關(guān)系混凝土收縮與開裂的關(guān)系裂縫是固體材料中的一種不連續(xù)現(xiàn)象，混凝土的裂縫一般主要有粘著裂縫、水泥石裂縫和集料裂縫三種。在這三種裂縫中，前兩種居多，集料裂縫較少。混凝土裂縫按其成因主要分為荷載裂縫、次荷載裂縫和非荷載裂縫。荷載裂縫和次荷載裂縫是由外荷載直接應(yīng)力和次應(yīng)力引起的， 而非荷載裂縫是由混凝土的體積變化引起的。根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查資料，水泥混凝土收縮變形引起的形變裂縫是引起混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要原因，約占全部裂縫的80

4、%，由荷載引起的裂縫約占20%。混凝土在自由收縮條件下是不會開裂的，但在實際使用中，混凝土的約束不可避免。在約束狀態(tài)下，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力超過抗拉強度時，裂縫就會出現(xiàn)。這種裂縫較易發(fā)生在早期，是因為混凝土早期強度和抗拉強度都比較低，當混凝土產(chǎn)生較大收縮應(yīng)變時，混凝土就會開裂。研究表明，無混凝土早期的拉應(yīng)變能力較低，混凝土在澆筑后10小時左右抵抗拉應(yīng)力的破壞應(yīng)變值達到最低點，之后極限拉應(yīng)變值開始增加。在混凝土不斷硬化的過程中，強度不斷發(fā)展的同時，彈性模量顯著增加，致使混凝土微小的收縮變形就產(chǎn)生較大拉應(yīng)力。當混凝土彈性模量發(fā)展速率超過強度發(fā)展速率時，混凝土收縮變形引起的開裂風(fēng)險也會增

5、加。高強高性能混凝土由于水膠低、 礦物摻合料高， 易造成混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部“缺水”。隨著水化反應(yīng)的進行在水泥中形成大量的微細孔，自由水不斷降低，相對濕度逐漸下降導(dǎo)致毛細孔中產(chǎn)生彎月面，水泥受負壓作用，作用于毛細管壁上而產(chǎn)生收縮。添加減縮劑后由于降低表面張力從而降低了孔內(nèi)附加壓力、提高了混凝土內(nèi)的相對濕度而減弱了自干燥效應(yīng)，達到降低混凝土體積收縮的目的。由減縮劑的作用機理可知，在混凝土原材料和配合比一定時，減縮率是一個相對穩(wěn)定值，施工養(yǎng)護和環(huán)境條件對混凝土的減縮率影響較小。即當養(yǎng)護條件差、環(huán)境條件惡劣引起混凝土收縮增大時，由于減縮率一定，故降低收縮的絕對值也增加，反之亦然。此外，減縮劑幾乎不存在水泥

6、適應(yīng)性問題，且與其他混凝土外加劑有良好的相容性，這是因為減縮劑是通過水的物理過程起作用，與水泥的礦物組成和摻合料等無關(guān)。一般而言，摻用減水劑會使混凝土收縮有不同程度的增大。原因為：減水劑的摻入使混凝土分散更均勻、和易性好因而水化更充分，致使混凝土內(nèi)部相對濕度降低，最終影響早期收縮；添加減水劑后，混凝土中孔徑變小，使同量水分蒸發(fā)產(chǎn)生的收縮變大，因此使混凝土早期收縮變大；減水劑為陰離子表面活性劑， 摻入后將電離出大量的自由陽離子使混凝土內(nèi)部可溶離子濃度增大，降低內(nèi)部相對濕度從而增大早期收縮。研究表明，水灰比不同，減水劑影響程度不同；減水劑品種不同，影響也不同。在相同的水灰比情況下，脂肪族減水劑、氨

7、基磺酸鹽減水劑和蔡系減水劑均增大混凝土的收縮且增幅較大，其中氨基磺酸鹽減水劑增幅最大，脂肪族減水劑最??；在同塌落度條件下，同早期收縮類似， 減水劑較大幅度地增大了混凝土的總收縮且在水泥用量較大時作用更明顯。二混凝土裂縫控制措施二混凝土裂縫控制措施由上述分析可以看出，控制混凝土裂縫主要從以下兩個方向著手：提高混凝無土抵抗開裂的能力即提高抗拉強度和降低混凝土收縮應(yīng)變。目前，工程界和學(xué)術(shù)界更多偏向于降低混凝土收縮應(yīng)變來控制裂縫， 常采取的措施包括摻加膨脹劑來補償收縮、摻加減縮劑來減少收縮、摻加粉煤灰等礦物外加劑來抑制收縮、摻加纖維來提高抗拉強度和降低收縮以及加強早期養(yǎng)護等。外加劑對混凝土收縮開裂的影

8、響研究進展針對減水劑對混凝土收縮性能的影響，許多研究者已進行大量研究，但不同的研究者有不同的結(jié)論。Ravindras 研究表明，摻減水劑的混凝土干燥收縮比普通混凝土增加約11 %；Brooksli 研究了五種類型的減水劑對混凝土干燥收縮的影響，發(fā)現(xiàn)混凝土的干縮普遍增加3%130%，同時還發(fā)現(xiàn)某些減水劑對混凝土的收縮沒有明顯的影響；Tazawa 研究表明，高效減水劑會略微降低混凝土自收縮，減水劑種類和摻量對自收縮影響較小。AlAmoudi 研究發(fā)現(xiàn)，不同種類的減水劑對混凝土塑性收縮應(yīng)變影響不同。另外還發(fā)現(xiàn)一些摻高效減水劑和硅灰的混凝土最大收縮應(yīng)變已經(jīng)超過閡值， 但未發(fā)現(xiàn)混凝土開裂，認為減水劑可以

9、提高摻硅灰混凝土的抵抗塑性收縮開裂能力，高效減水劑對降低混凝土塑性開裂是有利的。Cabrera 也研究表明，高效減水劑能減少混凝土的泌水和改變表面張力， 能夠抵抗或延長混凝土塑性收縮開裂的發(fā)生。Mazoo 研究表明，蔡系和聚梭酸減水劑會延長砂漿初始開裂時間，降低砂漿的開裂敏感性，聚梭酸對開裂敏感性的抑制效果優(yōu)于蔡系。聚梭酸減水劑能減小砂漿的最大裂紋寬度，但蔡系減水劑會增加砂漿最大裂紋寬度的發(fā)展速率。在水灰比和水泥漿含量不變時，減水劑摻入會增加砂漿干燥收縮，摻聚梭酸減水劑砂漿的收縮低于摻茶系砂漿。研究表明，配合比保持不變時，蔡系高效減水劑會顯著增加砂漿收縮變形，聚梭酸系高效減水劑不會顯著增加收縮

10、，甚至略有降低收縮的作用。趙順增針對減水劑增加水泥漿體干燥收縮的機理進行了探討， 認為液相與毛細孔壁界面接觸角 e 是影響干燥收縮的主要因素， 減水劑在水泥毛細孔壁的吸附排列會改變孔壁界面的性質(zhì)，致使 e 減小，增大毛細孔壓力導(dǎo)致干縮增加。三原材料及實驗方法三原材料及實驗方法1.原材料及性能指標無（1）水泥所用水泥為河南開封孟電水泥廠生產(chǎn)的 P.O 42.5水泥，其中混合材摻量約為14%，主要為具有火山灰活性的粉煤灰和 S95?；郀t礦渣粉。水泥的化學(xué)成分見表2.1，物理力學(xué)性能見表2.2：（2）高效減水劑所用高效減水劑主要為聚梭酸減水劑、茶系減水劑、脂肪族減水劑，均取自市物配混凝土攪拌站。聚

11、梭酸高效減水劑(PCA)固含量為20%，推薦摻量為膠凝材料用量的0.5%1.5%，最佳摻量為1.2%；脂肪族減水劑(SAF)固含量為40%，推薦摻量為膠凝材料用量的1%2%，最佳摻量為1.8%；粉狀蔡系減水劑(FDN)推薦摻量為膠凝材料用量的0.5%1.5%，最佳摻量為1.2%。實驗方法：首先混凝土基本性能實驗方法：混凝土配合比設(shè)計及其和易性、力學(xué)性能測定，分別參照 JGJ55普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程 、GB/T 50080-2002普通混凝土拌和物性能測試方法(坍落筒法) 、GB/T 50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準進行；其次水泥膠砂流動度的測定；參照國標 GB/T2419

12、-2005水泥膠砂流動度測定方法進行。四混凝土抗裂性能實驗方法四混凝土抗裂性能實驗方法按照2GB/T50082-2009普通混凝長期性能和耐久性能試驗方法 ，選用平板刀口約束法來評價混凝土的開裂。試件尺寸為800mm600mm100mm，試模由約無束鋼板厚的底板、長側(cè)板、短側(cè)板和7根裂縫誘導(dǎo)刀口組成，長短側(cè)板與底板用螺栓固定。將拌制好的混凝土迅速澆注至模具內(nèi)，進行振搗攤平，并用抹子整平表面，使骨料不外露，表面平實，注意不要過振或欠振。試件成型30min 后，把試件置于202，相對濕度保持在6015%的環(huán)境中進行吹風(fēng)干縮處理。調(diào)節(jié)風(fēng)扇位置和風(fēng)速，使試件表面中心處正上方100mm 處風(fēng)速為8m/s

13、，并應(yīng)使風(fēng)向平行于試件表面和裂縫誘導(dǎo)器，并隨時觀察試件開裂情況。24h 后(以混凝土開始澆筑為起點)開始觀測裂縫數(shù)量、長度、寬度。裂縫以肉眼可見為準，裂縫長度用鋼尺測量，精確至1mm。裂縫寬度用 PTS-C10智能裂縫測寬儀測量，讀數(shù)顯微鏡分度值為0.02mm。若同一個刀口上存在多條裂縫時，將其相加折合成一條裂縫。本實驗主要以24h 內(nèi)的最大裂縫寬度(Maximum crack width)和單位面積的總開裂面積(Total crack area)來綜合評價混凝土的抗裂性能。單位面積上的總開裂面積按式(1)計算：五摻高效減水劑的水泥基材料收縮和開裂性能五摻高效減水劑的水泥基材料收縮和開裂性能自

14、1935年以木質(zhì)素磺酸鹽為主要成分的塑化劑誕生以來， 減水劑被廣泛應(yīng)用于水泥基材料中。高效減水劑具有較高減水率，可以大幅度降低混凝土用水量，降低水灰比，提高混凝土強度;水灰比一定時，能較好保持混凝土的塌落度，大大改善新拌混凝土的流動性等許多優(yōu)點，是制備高強、高性能混凝土必不可少的組分， 稱為混凝土的第五組分。但高效減水劑應(yīng)用在高性能混凝土中也存在一定的負面效應(yīng)，如對混凝土收縮開裂性能的影響。無高效減水劑品種對混凝土24h 內(nèi)的最大裂縫寬度和總開裂面積的影響。在同水灰比、 同塌落度下， 不同品種的高效減水劑對混凝土的最大裂縫寬度影響較大。使用聚梭酸減水劑的混凝土24h 內(nèi)最大裂縫寬度分別是使用蔡系和脂肪族減水劑的47.2%和65.8%。 混凝土24h 內(nèi)的最大裂縫寬度大小排列順序為： 蔡系減水劑脂肪族減水劑聚梭酸減水劑。使用聚梭酸減水劑和脂肪族減水劑的混凝土單位面積的總開裂面積相差不大，基本相當。使用茶系減水劑的混凝土單位面積的總開裂面積較大，分別是使用聚梭酸減水劑和脂肪族減水劑混凝土的159.5%和156.4%。因為在同水灰比時，減水劑的摻入提高了水泥顆粒間的分散度，增加了游離水含量，使混凝土內(nèi)部形成大