新型抗裂剂对不同强度等级混凝土自收缩的补偿.pdf

2 0 1 4年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C0NC RE T E AND C EME NT P R0DUC T S 2 0l 4 No 7 J u l y 新型抗裂剂对不 同强度等级混凝土 自收缩的补偿 韩锡云 ， 袁志 刚 ， 张守治 ， 徐 文 ( 1 苏州市市政工程设计 院有限责任公司， 2 1 5 1 2 3 ； 2 江苏博特新材料有限公司 ， 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘要 ： 以苏州滨湖新城 地下空 间工程 中所 用的 C 3 5 、 C 4 0 、 C4 5三种 强度等级 的混凝 土为研 究对 象 ， 系统研 究 了新型 C a O 类膨胀抗裂剂对不 同强度等级混凝土 自收缩的补偿效果 。结果表 明， 新型 HME 一 V混凝土高效抗裂 剂对不 同强度等级混凝 土的 自收缩均有 明显 的补偿作 用， 强度等级越低 ， 补偿 效果越好。 关键词 ： 混凝土 ； 强度等级 ； 抗裂剂 ； 自收缩； 补偿 Ab s t r a c t ：T h e t h r e e s t r e n g t h g r a d e c o n c r e t e i n c l u d i n g C3 5 C4 0 a n d C 4 5 u s e d i n S u z h o u B i n h u Ne w Ci t y Un d e r - g r o u n d S p a c e a r e r e s e a r c h e d i n t h i s p a p e r T h e w o r k a b i l i t y me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d a u t o g e n g o u s s h r i n k a g e c o mp e n s a t i o n e ff e c t o f t h e m wi t h o r wi t h o u t t h e n e w C a O e x p a n s i v e a g e n t h a v e b e e n s t u d i e d T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e HME 一 V h i g h c r a c k i n g r e s i s t a n c e a g e n t h a s a n e x c e l l e n t a b i l i t y t o c o mp e n s a t e the a u t o g e n o u s s h r i n k a g e o f t h e t h r e e s t r e n gth gra d e c o n c r e t e a n d t h e l o we r t h e c o n c r e t e s t r e n gth g r a d e t h e b e t t e r t h e c o mp e n s a t i o n e f f e c t Ke y wo r d s ： Co n c r e t e ； S t r e n g t h g r a d e ； Cr a c k i n g r e s i s t a n c e a g e n t ； Au t o g e n o u s s h r i n k a g e ； Co mp e n s a t i o n 中图分 类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 4) 0 7 1 3 0 4 0前 言 水泥 与水发生化学反应生成 有粘结力和粘 附 性的水化水泥浆体是混凝土产生强度 的基础 ， 而水 化过程 中也伴随着水泥矿物组分宏观体积 的减少 。 因此 。 强度 的发展与水泥浆体体积收缩是相互伴随 产生 的。在混凝土设计和质量控制过程 中。 强度是 表征混凝土质量最常用的参数 这是 因为与大多数 其他性质相比， 强度的测试相对容易f l J 。长期 以来 ， 许 多学者一直认 为混凝 土的强度与其耐久性直接 相关 ， 如抗渗性 、 抗碳化性能 、 徐变以及抵抗大气 中 介质 的作用等 ， 都被认为取决于强度 。然而 ， 强度 的提高并没有使混凝土的耐久性明显提升 。 反而引 起混凝土弹性模量增大 、 徐变系数减少 、 脆性增大 ， 导致高早强混凝土 比中低强混凝土更加容易产生 收缩开裂。已有研究发现5 - 7 ， 混凝-土收缩变形受到 很多因素的影响 。 强度越高 、 水灰 比越低或水泥用 量越 多 。 则 收缩越大 。 且 自收缩 占混凝土总收缩的 比重也越大。 目前 ， 对补偿收缩混凝土 的自收缩研 究相对较少 且大多集 中在相同强度等级的条件 下 。 针对不 同强度等级混凝土 自收缩 的不 同 ， 尚缺 乏膨 胀剂对不同强 度等级混凝 土 自收缩补偿效果 的对 比研究。 苏州滨湖新城 中央商务 区位 于苏州市 中心 向 南 1 5 k m的太湖湖畔 基地面积约 7 2公 顷 ， 总建筑 面积约 2 4 0万 m 。 。 隶属于项 目的地下空间工程连接 滨湖新城 中央商务 区的轨道交通 4号线溪霞路站 在太湖湖畔的南北 中轴大道下方 。共分为 3层 ， 总 建筑面积约 3 1万 m 2 ， 最深处一 1 8 5 m以上 属于超大 型地下室结构。受大截面 、 大体量 、 结构形式 、 工期 紧张及施工工艺等 因素影 响。 容易在施工阶段就 出 现 因温度 、收缩及约束 等原因而产 生的危害性裂 缝 。基于此 ， 本文 以该地下工程所用 的 C 3 5 、 C 4 0和 C 4 5三种强度等级 的混凝土为研究对象 采用江苏 某公司的 C a O类 H ME 一 V混凝土 ( 温控 、 防渗 ) 高 效抗裂剂 ， 系统研究了其对不同强度等级混凝 土 自 收缩的补偿效果 ， 为新型抗裂剂在实际工程中的应 用提供一定的技术参数。 1 试 验 1 1 原材 料 水泥 ： 江南小 野田 P 5 2 5级水泥 标准稠度 用水量 2 8 6 ， 其化学成分如表 1 所示 。 粉 煤灰 ：南 京 电热 厂 I级 粉 煤灰 ，需水 比 9 0 9 ， 含 水量 0 2 2 ， 比表面积 3 2 2 8 c mZ g ， 其化学 成分如表 1所示 。 矿粉 ： 江南粉磨公司生产 ， 密度 2 2 1 g c m ， 比表 面积 3 2 1 5 c mT g ， 其化学成分如表 1所示 。 抗裂剂 ：江苏某公 司研制开发的 C a O类 HME 一 V混凝土 ( 温控 、 防渗) 高效抗裂剂 ， 其相关技术 一 1 3 2 0 1 4年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 9期 性能指标满足 国家标准要求 。化学组成如表 1所 1 2 配合 比 不 。 细集料 ： 赣江 中粗河砂 ， 细度模数 2 6 。 粗集料 ： 镇江茅迪玄武岩 碎石 ， 粒径 5 2 5 mm， 连 续级 配 。 外加剂 ：江苏某公司 P C A 一 I V聚羧酸高效减 水剂。 试验选取三组不同强度等级的混凝土 ， 既有低 水胶 比的高强混凝 土 ，也有 高水胶 比的低 强混凝 土 ， 强度 等级设计值分别为 C 3 5 、 C 4 0和 C 4 5 ， 混凝 土配合 比见表 2所示。胶凝材料用量分别为 3 8 0 k g m 、 4 2 0 k m 和 4 6 0 k m 3 ； 抗裂剂掺量固定为胶凝材 料总量的 8 ；水胶 比分别为 0 4 5 、 0 4 0和 0 3 5 ： 砂 表 2 混凝土配合 比 k g C m 率 均 为4 0 。 1 3 试 验方 法 抗压强度 和劈拉强度试验按 G B T 5 o o 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行 ， 试模采 用 1 0 0 mm x 1 0 0 m mx 1 0 0 mm钢试模。 混凝土 自收缩变 形试验参照 G B 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成型棱柱体试件 ， 试 模为 l O O m mx l O O m mx 5 1 5 ra m钢试模 ， 标准养护( 2 4 2 ) h后脱模 ， 先用石蜡涂覆试件表面 ， 然后再用 自粘 性铝箔包裹密封后 ， 将试件放置在温度为( 2 0 1 ) o c 的环境条件下养护至规定龄期 ， 测试其 自收缩率。 2 试 验 结果 与分 析 2 1 新型抗裂剂对混凝土新拌性能及力学性能的 影 响 抗 裂剂对不 同强度等级新拌混凝 土性 能和力 学性能的影响规律见表 3 。由表 中数据可见 ， 无论是 表 3 混凝土力学性能 C 3 5 、 C 4 0还是 C 4 5混凝土 ， 在用水量和减水剂掺量 相同的情况下 ， 与不掺抗裂剂 的基准样相 比 ， 抗裂 剂的掺人对混凝土坍落度和含气量基本没有影响 ， 7 d抗压和劈拉强度略有降低 ， 2 8 d抗压和劈拉强度 基本与空 白样持平或大致相近 。由此表 明， 无论在 一 l 4一 何种强度等级下 ， 抗裂剂对混凝土力学性能 的影响 主要在早期，对后期力学性能基本没有影响。 2 2 新型抗裂剂对混凝土 自收缩 的影响 图 1是 内掺 0和 8 新型抗裂剂 HME 回一 V的 C 3 5混凝土试件在 2 0 密封养护条件下 的自收缩随 韩锡云 ， 袁志刚 ， 张守治， 等 新型抗裂剂对不同强度等级混凝土 自收缩的补偿 8 O 6 0 柏 彗2 0 嗤 0 皿 一 2 O 4 o 一 6 o 0 7 l 4 Zl Z 龄期， d 图 1 新 型抗 裂剂对 C 3 5混凝 土 自收缩 的影 响 水化龄期变化的曲线。从 图 1 可 以看出 ， 对于水胶 比较高的 C 3 5混凝土 ， 不掺 H ME 一 V的混凝土基 准试件表现出持续 的 自收缩变形特征 ， 2 8 d自收缩 值达到一 5 3 3 x 1 0 ： 掺人 8 H ME 一 V的混凝土 ， 试 件在 密封养护条件下水化产生 的膨胀值大 于水泥 水化造成 的收缩值 。能消除混凝土 的早期 自收缩 ， 并产生一定 的自膨胀。随着水化反应的进行 ， HM E 一 V产生的 自膨胀持续增长 ， 5 d时 自膨胀值达到 最大 ，为 6 8 0 x 1 0 5 d后 HME 一 V水化产生 的膨 胀不能完全补偿水泥水化造成的收缩 ， 混凝土试件 膨胀变形开始 回落 。 但试件的 自生体积变形在宏观 上仍然为正值 2 8 d时 白膨胀值为 3 6 3 x 1 0 。 图 2是 内掺 0和 8 新型抗裂剂 HME 一V的 C 4 0混凝 土试 件在 2 0 密 封养护条件下 的 自收缩 随水化龄期变化的曲线。从图 2可以看出 ，与 C 3 5 混凝土类似 ， 不掺 HM E 一 V的 C 4 0混凝土基准试 件 同样在试验 龄期 内表现 出持续 的 自收缩变形 ， 2 8 d自收缩值达到 1 0 8 1 x l 0 6 ：当 8 的 HME 一V 掺入混凝土后 试件在密封养护条件下 自膨胀特性 1 d后 即发 挥 出来 ， 4 d时 自膨 胀值 达 到 最 大 ， 为 1 6 3 x 1 0 4 d 后混凝土试件自膨胀开始减小，但试 2 O 0 一 2 0 枷 璞 6 o H _ 皿 一 8 0 1 o o 一1 2 0 0 7 1 4 2l 龄 期， d 图 2 新型抗裂剂对 C 4 0混凝土 自收缩的影响 件 的 自生体积变形在宏观上仍然为正值( 膨 胀状 态 ) 8 d时试件 自生体积变形开始从 自膨胀状态转 变为 自收缩状态 。但 自收缩值 比未掺 H ME 一 V的 基准试件要小很多 。与基准样相 比， 8 H ME 一 V 的掺人可 以使 C 4 0混凝土试件在密封养护条件下 7 d内不收缩 ， 2 8 d时的 自收缩值仅为一 5 1 2 x 1 0 ， 比 未掺 H ME 一V的基准样相应值降低了 5 2 6 。 图 3是 内掺 0和 8 新 型 抗 裂剂 H ME 一 V 的 C 4 5混凝 土试件在 2 0 密封养护条件 下的 自收缩 随水化龄期变化 的曲线 。从 图 3可见 ，与 C 3 5和 C 4 0混凝土类似 不掺 H ME 一 V的 C 4 5混凝土基 准试件 同样在试 验龄期 内表现 出持续 的 自收缩变 形 ，且 自收缩 的发 展速率 更 大 ， 2 8 d自收 缩值 为 1 4 6 0 x l 0 ； 当 8 的 H ME 一 V掺人混凝土后 ， 试件 在 密封养护条件下仍然表现出 自收缩变形 ， 但速率 减慢 ， 总收缩量减少 ， 在 5 d前基准试件 自收缩持续 增加的过程 中掺 HM E 一 V的混凝土试件 自收缩 基本保持在零点附近不变 ， 5 d后掺或不掺 H ME 一 V的 C 4 5混凝土均 表现出明显 的 自收缩变形 ， 2 8 d 时内掺 8 HME 一V的 C 4 5混凝土试件 自收缩值 较未掺 H ME 一 V的基准样相应值降低了4 6 1 。 2 0 O - 2 0 2 4 O X 篓一 6 0 墨一 8 0 皿 一1 0 0 -1 2 0 1 4 0 1 6 o O 7 1 4 21 龄期， d 图 3新 型 抗 裂 剂 对 C 4 5混 凝 土 自收 缩 的 影 响 对 比分 析新 型抗裂剂 HME 一V在 C 3 5 、 C 4 0 和 C 4 5三种不同强度等级混凝 土 中的 自收缩变形 曲线可 以发现 ，新型抗裂剂 H ME 一 V对低强度等 级混凝土 的自收缩补偿效果较好 。 对高强度等级混 凝 土的 自收缩补偿效果减弱 。产生上述 现象的原 因。 可能与不 同强度等级混凝土的胶凝材料用量和 水胶 比有关 ，低强度等级混凝 土的胶凝材料 用量 少 、 水胶 比高 ， 混凝土内部可供水化的 自由水量相 对较多 ， 膨胀组分水化和水 泥水化对水分 的竞争程 度较弱 ， 膨胀组 分的膨胀效 能得到充分发挥 ， 对混 凝土的 自收缩补偿效果好 ： 高强度 等级混凝土的胶 一 1 5 2 0 1 4年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 9期 凝材料用量 多 、 水胶 比低 ， 混凝土内部 可供水泥和 膨胀组分水化的 自由水量相对较少 ， 膨胀组分水化 和水泥水化对水分 的竞争程度激烈 ， 对于体 系中有 限的水分 ， 一方面随着水泥水化 的进行 引起 白干燥 效应加剧 ， 混凝土宏观 自收缩变形增大 ； 另一方面 令膨胀组分 因缺少必要 的 自由水而使其膨胀效 能 无法正常发挥 ， 从而导致膨胀组分对混凝 土的 自收 缩补偿效果较弱 。 3结语 新型抗裂剂 HME 一 V对不同强度等级混凝土 的 自收缩均有明显 的补偿作用 ，强度等级越低 补 偿效果越好 。当 HME 一 V等质量取代胶凝材料总 量 的 8 掺人混凝土后 ，可以补偿 C 3 5混凝土 2 8 d 测试龄 期内的全部 自收缩 ， 使 昆凝土保持 自膨胀状 态 ； 能完全消除 C 4 0混凝土的早期 自收缩 ， 并使 2 8 d 自收缩值较基准样降低了 5 2 6 ：对 C 4 5强度等级 较高的混凝土的 自收缩也有较好 的补偿效果 ， 使其 2 8 d自收缩值较基准样降低 了4 6 1 。 参考文献 ： 1 P K u m a r Me h t a ， P a u l o J M Mo n t e i r o C o n c r e t e Mi c r o s t r u c t u r e P r o p e r t i e s a n d Ma t e r i a l s M1 T h i r d E d i t i o n， 2 0 0 5 ： 4 9 5 0 2 】 李伟 文 ， 冷 发光 ， 邢 峰 不同强度 等级 混凝土氯 离子渗 透 性研究I J 1 混凝土， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 2 9 3 0 3 刘数华 ， 顾 庆 ， 刘 昌清 基于结 构徐变 的混凝 土配合 比设 计 J 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 2 6 2 7 4 陈立 军 混凝 土强度概念 的细化及其 与耐久性 的关系 J 1 混凝 土与水泥制品 ， 2 0 1 l ( 2 1 ： 2 2 2 4 【 5 】 刘加平 ， 张守治 ， 田倩， 等 氧化镁 复合膨胀剂对 高性能混 凝 土变 形 特性 的 影 响f J 】 东 南 大 学 学 报 ：自然 科 学 版 ， 2 0 1 0 ， 4 0 f 增 1 1 1 ： 1 5 0 1 5 4 6 】 张守 治 ， 姚 婷 ， 郭 飞 新 型膨胀剂 在不 同强度等 级混凝 土 中膨胀性能的研究 J 】 混凝土与水 泥制 品， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 5 - 8 7 张守治 ， 田倩 ， 郭 飞 不 同强度 等级混凝 土的变形 特性 J 】 新型建筑 材料 ， 2 0 1 3 f 7 1 ： 8 1 0 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 4 2 0 作者简介 ： 韩锡云( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 高级工 程师 。 通讯作者 ： 徐 文( 1 9 8 5 一 ) ， 男 ， 工程师 。 通讯 地址 ： 南京市江宁区醴泉路 l 1 8号 联 系电话 ： 1 3 8 5 1 8 0 7 4 2 5 E - ma i l ： x u we n c n is k _ C r l 提供排 水管生产许可证全套试验 设备 J S检查井盖试验机 GB T2 38 58 20 09 1 数 字 中文显示仪表 2荷载 1 0 0 0 k N变最 2 0 mm 3显示加载速度、曲线存储打印等 囊 HG一2刚 度 试 验 机 试验机适用外径：O300O2000mm SSZ渗 水 砖 试 验 机 用于环保型渗水砖渗水量的测试 GC排水 管外压 试验成套设备 GB T1 675 2 20 06 1试验直 径 D 3 0 0 1 5 0 0 m3 0 0 0 mm，L 2 0 0 0 4 0 0 0 mm 2眉 黄显 示峰值 、加载速度 、曲线 、存储 打印 DH 电杆荷载位移测试仪 ( 整套检测设 备) 量程 1 0 2 O o k N位移 I 2 m s H_ I I 荷载 测试仪 ( 峰值保持) 1适用于排水管、管桩等各种构造物体的测最与分析 2挝 程 2 0 、 1 0 0 、2 0 0 、5 0 0 -2 0 0 0 k N GC管桩成套测试设备 ( 整套检测 设备 ) 混凝土搅拌站试验检测设备 提供市政项 目检测设 备 提供各种建材试验设 备 Y D烟道试验机 1试 验机最大承载压力为 3 0 0 k N 2数 显仪表精 度 1 可显示峰值 、加载 曲线、速度、打印、数据存储等 G S I I 型排水管 内水压试验机( G B T 1 6 7 5 2 - 2 0 0 6 ) 试 验机 采用 电动液压 控制，对水泥混凝土管进 行 内水 压 试 验 。试 验 直 径 ：D3 0 0 D 3 0 0 0 mm 提供 GS - 1手 动内水 压 设 备 厂商：无锡市伟源机械厂 电话 ：0 5 1 0 - 8 5 0 6 1 2 1 9 传真：[phone] 网址 ：ww w wx wy i x c c o m 厂址 ：江苏省无锡市东降 邮编 ：2 1 4 1 2 1 邮箱 ：w a n g w e i x i n g 0 1 1 6 3 t o m 联系人 ：王解元移动电话 ：1 3 6 0 6 1 8 9 5 1 2 1 6