减水剂和膨胀剂对混凝土早期收缩影响研究.pdf

2 0 1 2 年 第 5 期 (总 第 2 7 1期 ) Nu mb e r 5 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料 及辅助物料 MAT E RIAL AN D AD MI NI C L E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 3 1 减水剂和膨胀剂对混凝土早期收缩影响研究 赵东和 ( 河南省第五建筑安装工程 ( 集团)有限公司，河南 郑州 4 5 0 0 0 7 ) 摘要： 混凝土是土木工程中应用最广、 用量最大的材料之一， 它具有来源方便 、 承载能力强、 耐久性好等特点， 而随着混凝土技术的发 展， 各种外加剂的大量使用 ， 混凝土早期收缩引起的开裂成为了一个重要问题。 从掺减水剂和膨胀剂的混凝土人手， 研究养护龄期、 养护时 间和养护措施等因素对混凝土早期收缩的影响， 探究了外加剂的作用机理 ， 提出了比较合理养护制度， 有效的控制了混凝土早期收缩， 为 混凝土耐久性研究提供依据。 关键词 ： 混凝土 ；减水 剂 ；膨胀剂 ；早期收缩 ；耐久性 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 9 7 0 3 St udy on t he i n f l u en c e o f w a t e r r e duc l ng a gen t a nd e xpa nde t o e ar l y s hr i nk a ge o f c onc r e t e Z HAO Do n g- h e ( He n a nF i ft hCo n s t r u c t i o n a n dI n s t a l l a t i o n( G r o u p ) C o ， L t d ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 7 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Co nc r e t ei s t hemo s t wi d e l yus e da n do n e o f t h el a r g e s t a mo u n t o f ma t e r i a l i n c i v i l e n g i n e e r i n g， i t h a s ma n yf e a tur e s ， s u c h a s c o n v e n i e n t s o u r c e ， h i g h l o a d c a p a c i t y ， g o o d d u r a b i l i ty， b u t wi th the d e v e l o p me n t o f c o n c r e t e t e c h n o l o g y ， t h e e x t e n s i v e u s e o f v a ri o u s a d d i t i v e s ， c o n c r e t e e a r l y s h r i n k a g e c r a c ki n g b e c o me a n i mp o r t a n t i s s u e F r o m the mi x e d wa t e r r e d u c ing a g e n t and e x pans i v e c o n c r e t e t o s t u d y the e ffe c t o f c u r i ng p e rio d， c u r - i n g ti me an d c o n c r e t e c o n s e r v a t i o n me a s u r e s a n d o t h e r f a c t o r s o n e a r l y c o nt r a c t i o n， t h e n t o e x p l o r e t h e me c h a n i s m o fa c t i o n o fa d d i t i v e s ， ma d e a mo r e r e a s o n a b l e ma i n t e n anc e s y s t e m t o c o n t r o l the e a r l y s h ri nk a g e o f c o n c r e t e e f f e c t i v e l y ， p r o v i d e t h e b a s i s f o r t h e s t u d yo f c o n c r e t e d u r a b i l i ty Ke y w or d s ：c o n c r e t e ； s u p e rp l a s t i c i z e r ； e x p a n d e r s ； e arl y s h r i nk a g e； d u r a b i l i t y 0 引言 1 试验概况 随着我国混凝土技术的快速发展， 混凝土正朝着生态化 、 高强化、 轻质化 、 多功能化发展。 但是由于不规范的制备混凝 土 ， 特别是外加剂的大量使用， 人们发现在混凝土耐久性方面 产生越来越多的问题 ， 早期收缩引起的混凝土开裂就是其中 一 大难题。 混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入， 用以改 善混凝土特性的物质。 其作为产品应用于混凝土中的历史大 概 有 6 0 7 0年 ， 现 阶段外加 剂 已经成为 了混凝 土 必不可 少 的 “ 第五组分” ， 然而 ， 外加剂在改变混凝土性能的同时 ， 也带来 了诸多问题， 比如高效减水剂的掺入会导致混凝土早期收缩 增加 ， 以至于大大降低了混凝土耐久性， 这些问题逐渐引起人 们的关注。 一 般把混凝土从浇筑到温度变化过程稳定这段时间称为 早期 ， 混凝土早期收缩主要可以分为干燥收缩、 自收缩、 温度变 形三个方面， 现阶段混凝土的早期收缩裂缝是一个亟待解决的 问题。 尤其是高性能混凝土 ， 由于掺入了各类外加剂及掺合料 以满足工程要求， 其早期收缩裂缝的问题更加突出， 于是探究 掺外加剂混凝土早期开裂有哪些影响因素， 显得愈加迫切。 本 文从掺减水剂和膨胀剂的混凝土人手， 研究养护龄期 、 养护时 间和养护措施等因素对混凝土早起收缩的影响， 具有很强的现 实意 义。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 l - 2 6 1 1 试验材料 水泥： 孟电水泥厂生产的4 2 5级水泥。 砂： 二级河砂， 细度模数 2 7 ， 含水量小于 2 。 石子 ： 碎石 ， 级配 良好 ， 最大粒径 2 5 i f l n l 。 减水剂： 萘系 Z WL ( 3 0 0 ) 型低氯高浓高效减水剂， 减水率为 2 1 8 ， 2 8 d收缩率比为 1 2 5 ， 掺量 0 7 5 ( 以胶凝材料用量计) 。 膨胀剂： 高效膨胀剂 ， 7 d的膨胀率约为 0 0 3 。 1 2 试 验仪 器 混凝土搅拌机 ， 水泥砂浆震动台， 恒温恒压养护室 ， 温湿 度记录仪， 混凝土早期收缩测试装置， 电子称等 ， 试件尺寸为 1 0 0 mmx l O 0 m r n x 5 0 0 n l l n 。 混凝土早期收缩测试装置如图 1 。 2试 验 方 法 2 1 混凝土早期收缩试验操作步骤和测量方法 本试验按照 GB T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐 久性能试验方法标准 制样。 混凝土的配合比按水泥： 石子：砂：水= 3 0 0 ： 6 5 0 ：5 0 0 ： 2 0 0配制 ， 当加入膨胀剂时， 与水泥质量等量替换。 首先将聚四氟乙烯板擦干净用凡士林试剂贴于试模内壁， 并用凡士林将缝隙封牢 ， 在试模底板铺一层塑料薄膜， 对于全 封闭测量要求的试件， 需要在底板和侧板都铺两层塑料薄膜 ， 97 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 一4 7 0 I l 一 一l _ _ 。 一 誊 囊警 警 遵 虢董 、 ， 表架 钢 测头 混 凝土试件 热 电偶 钢试模塑料薄膜 特 富纶板千分 表 图 1 混凝土早期收缩测试装置示意 图( 单位 ： mm) 最后用临时固定套将测头和测杆固定在试模内， 将混凝土拌制 好了后 ， 装入试模振捣密实， 并用塑料薄膜覆盖保湿 ， 放人恒温 恒压养护室内。 当混凝土接近初凝的时候， 抽去聚四氟乙烯板， 然后取下 测杆的临时固定套， 装上测表， 对于密闭养护的试件， 拆模时要 防止侧面薄膜受损， 上部并用塑料薄膜包裹， 使之完全封闭， 当 混凝土初凝时将千分表清零， 开始测量读数。 混凝土早期收缩试验采用干分表读数， 严格控制温度( 2 5 ) 和相对湿度( 6 0 ) ， 做好详细记录。 2 2 不 同条件 下减水剂和膨胀剂对混凝土早期收缩 影响 的试验 方 案 本试验 目的在于研究不同养护起点和养护时间条件下， 减 水剂和膨胀剂对混凝 土早期收缩的影响。 本试验两组试件均添加 0 6 的减水剂， 减水剂均为同掺， 其中一组复掺膨胀剂， 目的为了验证养护起点对掺膨胀剂混凝 土早期收缩的影响， 养护起点分别为 0 、 5 、 1 0 、 1 5 h ， 用塑料薄膜 覆盖放人养护室， 当混凝土强度达到 3 MP a左右时 ， 将试件拆 模测量初始长度， 放入恒温匣压室里， 继续测量到 7 d的收缩量。 本试验两组试件均添加0 6 的减水剂， 减水剂均为同掺， 其 中一组复掺膨胀剂， 目的为了验证养护时间对掺膨胀剂混凝土 早期收缩的影响， 将试件放入相对湿度( 6 0 ) 的恒温室中密闭 养护， 养护时间分别为0 、 1 2 、 2 4 、 7 2 h ， 测定试件 7 d的收缩量。 试验中混凝土配合比如表 1 。 表 1 混凝 土配合 比 类别 k 品 ， 基准混凝土 3 0 0 2 0 0 5 0 0 6 5 0 0 6 0 掺 HE A混凝土 2 7 0 2 0 0 5 0 0 7 5 1 0 6 3 0 3 试验 结果及分析 3 1 不同养护起点条件下混凝土试件早期收缩 从表 2 、 3可以看出， 只掺减水剂的基准混凝土初凝时间大 概为 8 h ， 未经养护的混凝土试件初凝后开始剧烈收缩， 且在 2 4 h 后收缩趋于平稳状态， 而对于养护的混凝土试件来说， 迟于4 h 后的密闭养护对初凝前 3 d的收缩没有太大的抑制作用，但对 后几天的干燥收缩起到一定抑制作用， 而最好是在初凝前开始 密闭养护是最好的， 迟于4 h后的养护， 对混凝土收缩控制效果 差别不大。 而对于复掺膨胀剂的混凝土试块， 最终收缩量较只掺减水 剂的混凝土试件小， 一般初凝 4h后都会出现收缩， 且如果没有 早期养护， 膨胀剂补偿收缩的作用基本不能发挥出来 ， 且迟于 2 4 h后开始养护， 对抑制混凝土收缩没有意义 ， 另一方面， 密闭 养护可以延长膨胀剂的作用时效， 因此初凝开始密闭养护是最 为有效 的方法。 9 8 表 2 各养护起点基准混凝土关键时间点混凝土试件收缩值1 0 6 m m 鲁 宣 2 魍 婿 龄 期 ， h 图 2 各养护起点基准混凝土收缩 曲线图 表 3 各养护起点掺膨胀剂混凝土关键时间点混凝土试件收缩值 l 0 m m 吕 目 呈 趔 嫖 1 8 O 1 60 1 2 0 8 0 40 0 1 2 2 4 48 7 2 9 6 龄期 ， h 图 3 各养护起点复掺膨胀剂混凝 土收缩 曲线图 3 2 不同养护时间条件下混凝土试件早期收缩 由表 4 、 5可以看出， 只掺减水剂的基准混凝土初凝时问大 概 1 0 h ， 且收缩增幅最大的时段是 O 4 h ， 因此最少要保证 4 h 的养护时间， 且 3 8 d的密闭养护可以有效抑制混凝土后期的干 燥收缩， 但是， 初凝后 4 h 后延长养护时间对混凝土收缩抑制没 有明显作用。 表 4 各养护时间基准混凝土关键时间点混凝土试件收缩值 1 0 m m 而复掺膨胀剂的混凝土试件， 减缩效果比只掺减水剂混凝 土试件好， 可以有效减小后期的干燥收缩 ， 0 - 4 h的效果是最显 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m g 皇 口 ! 魍 婿 龄期 ， h 图 4 各养护时间基准混凝土收缩 曲线图 表 5 各养护时间掺膨胀剂混凝土关键时间点 混凝土试件收缩值 1 0 m m 吕 吕 2 趔 婿 1 80 1 6 O 1 2 0 8 0 40 0 l 2 24 48 ， 2 96 龄期 ， h 图 5 各养护时间复掺膨胀剂混凝土收缩曲线图 著的， 且在初凝后 3 - 8 d内密闭养护有明显的减缩效果， 可以建设 外表面水的蒸发引起的干燥收缩 ， 而另一方面 ， 密闭养护 1 2 h 和密闭养护 2 4 h的效果差别不大， 所以初期养护显得更加重要。 4结语 通过定量的研究， 研究了混凝土起始养护龄期和养护时间 以及减水剂和膨胀剂的不同掺法对早期收缩的影响， 并探究了 外加剂的作用机理。 最后比较了密封养护和透水膜养护这两种 养护方式对减小混凝土早期收缩的效果， 并在此基础上提出了 比较合理的养护制度， 主要结论如下： ( 1 ) 对于单掺减水剂的混凝土试件， 密封养护可以有效的 上接第 9 6页 石灰石粉细度增大 ， 虽然可提高初始流动度， 但细度过大 时浆体流动度经时损失会随之加大， 同时考虑到耗能和成本， 建 议细度不宜过大。 参考文献 ： 1 齐秀梅 水泥和矿物掺合料与减水剂相容性问题的研究 J 1 混凝土， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 6 5 6 7 2 王国建 ， 魏敬亮 混凝士高效减水剂及其作用机理研究进展 J 健 筑 材料学报， 2 0 0 4 ， 7 ( 2 ) ： 1 8 8 1 9 3 3 】 瞿金东， 彭家惠， 陈明凤， 等减水剂在水泥颗粒表面的吸附特性研 减小试件的早期收缩 ， 且最佳的养护起点是初凝时开始 ， 对于 单掺膨胀剂的混凝土试件 ， 密封养护的效果不是很明显 ， 对于 复掺减水剂和膨胀剂的混凝土试件， 掺人的膨胀剂可能会加剧 混凝土试件的早期收缩， 只有及时的密封养护才能发挥膨胀剂 的收缩补偿的作用。 ( 2 ) 对于复掺减水剂和膨胀剂的 昆 凝土试件 ， 养护时间至 少需要 5 h ， 且初凝后 7 d之内不能拆除密封， 否则短时间内收 缩会迅速增大， 密封养护不但可以延长膨胀的时效， 也可以有 效的减少其收缩。 ( 3 ) 最好采用同掺法制备混凝土 ， 先掺法的早期收缩会远 远大于同掺法，这可以避免过度水化使减水剂与集料隔离， 此 外， 密封养护和膨胀剂的加入可以很好的避免单掺膨胀剂混凝 土的早期收缩， 这是一种很好的降低早期收缩的方式。 参考文献 ： 1 】 钱晓倩， 詹树林， 等 减缩剂、 膨胀剂、 减水剂与混凝土的抗裂性 J 】 混 凝土与水泥制品， 2 0 0 5 ( 1 ) 【 2 2 周富荣 养护对混凝土早期收缩和开裂的影响【 D 杭州： 浙江大学建 工学院， 2 0 0 6 3 3 姜正平， 韩静云， 张秀志 不同养护条件下膨胀剂对水泥砂浆收缩性 影响的研究 J 】 混凝土和水泥制品， 2 0 0 3 ( 3 ) 4 】 柯昌君， 张志杰， 程从密 掺膨胀剂混凝土的养护 J j 建筑技术开发， 2 0 0 4 ， 3 1 ( 2 ) 5 】5 彭家惠， 张建新 ， 陈明凤 ， 等 石膏减水剂作用机理研究 硅酸盐学 报， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 1 1 ) ： 1 0 3 1 1 0 3 6 【 6 J6 卜 景龙， 傅翠晓 减水剂对新拌混凝土表观黏度的影响机理 J 河北 理工学院学报， 2 0 0 1 ( 1 ) 7 】 朱耀台 混凝土结构早期收缩裂缝的试验研究与收缩应力场的理论 建模【 D 杭州： 浙江大学建工学院， 2 0 0 5 8 8 G B 5 0 1 1 9 -2 0 0 3 ， 混凝土外加剂应用技术规范 s 】 北京： 中国建筑工 业出版社， 2 0 0 3 作者简介 联系地 址： 联 系电话 赵东 0 ( 1 9 6 5 一 ) ， 男， 学士 ， 高级工程师， 研究方向： 建筑施 工技术、 钢筋混凝土结构。 郑州市建设西路 1 0 0 号 河南省第五建筑安装工程( 集团) 有限公司( 4 5 0 0 0 7 ) 1 3 6 0 8 6 8 5 6 3 2 究进展 J J 建 筑材料学报， 2 0 0 5 ， 8 ( 4 ) ： 4 1 0 4 1 6 【 4 】A R E Z K I T H C e m e n t a n d s u p e r p l a s t i c i z e r c o mp a t i b i l i t y J Wo d d C e m e m， 1 9 9 3 ， 2 4 ( 8 ) ： 3 8 - 4 2 5 】 张新民， 胡久宏， 徐展 浅析水泥特性对聚羧酸减水剂与水泥适应性 的影I i 1 1 混凝土， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 8 5 8 8 作者简介 联系地址 联系电话 孙庆巍( 1 9 7 7 - ) ， 男， I i i ， 讲师， 研究方向： 土木工程材 l研究。 辽宁省阜新市中华路 4 7 号 辽宁工程技术大学建筑工程 学院( 1 2 3 0 0 0 ) O 41 8 3 3 51 1 1 1 、 99 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m