具有减缩性能的混凝土外加剂.pdf

第 4 O卷第 1期 2 0 1 3年 1月 建筑技术开发 Bu i l di n g Te c h n i q u e De v e l o p men t Vo 1 4 0， No 1 J a n 2 0 1 3 具 减 缩性 能 的混凝 土 外加 剂 朱航 征编译 钢筋混凝土结构物发生裂缝 ， 不仅影响外观 ， 而 且是 降 低混凝 土结构 物 耐久性 的一个 重要原 因。混 凝土发生裂缝有多种原因， 但干燥收缩不是混凝土 发生裂缝的一个主要原因。为此， 降低混凝土干燥 收缩 即成为提高混凝土结构物耐久性的一项有效手 段 。为抑 制混 凝土 发生 收 缩 裂缝 ， 作 为混 凝 土 的掺 合料 ， 一般都采用 通过水 化反应生 成膨胀 性化 合 物 ， 使混凝土发生膨胀 的材料 ， 还有就是 目前 正在 使用的具有降低干燥 收缩功能 的减缩剂 以及减缩 型 高 性 能 A E减 水 剂 等有 机 系外 加 剂 。 为 提 高 混 凝 土 结构 物 的耐 久性 ， 在 混 凝 土 的外 加 剂 中 ， 还 开 发 了一种将减缩剂 与减缩型高性 能 A E减水 剂两 者 相 混 合 的 具 有 减 缩 性 能 的 外 加 剂 。 现 概 述 如 下 。 1 收 缩减低 剂 ( 下称减 缩剂 ) 1 1 减 缩 剂的成 分 首先 ， 作为混凝土的减缩剂必须符合一定的质 量标准 ， 其主要内容是流动值 比在 8 5以上 ； 凝结 时 间差 ( ) ， 初 凝在 1 2 0以下 ， 经 凝 在 1 8 0以下 ； 抗 压 强度 比( ) ， 龄期 7 d在 8 0以上 ， 龄期 2 8 d在 8 5以 上 ； 长 度变化 比( ) ， 干燥 7 d在 7 0以下 ， 干燥 2 8 d 在 7 5以下 。 作为减缩剂 的成分 ， 其化合物的大部分为非离 子型界面活性剂 ， 主要成分为烯化氧聚合物 ， 其化学 结构 ， 一 般 以 R 0( C H ： C H 0 ) ( C H ： C H C H， 0) mR 表示。式 中 R 、 R ：为氢基 、 烷基 、 苯基 、 环 式烷 基 等 ； n和 m 分别 为环氧 乙烷 和氧 化丙烯 附加模 量 ， 以 0表 示 ， 或为 11 0的整数 、 ( , +m) 为 2 O以下 的 整 数 。表 1为市售 减缩 剂示例 。 1 2 减 缩剂的 作 用机 理 混凝土的干燥收缩是由于硬化体 内空隙水 ( 毛 细管和凝胶内自由水) 干燥散失所致 。其机理较复 杂 ， 研究人员各有其论 ， 其 中有毛细管张力说 ， 分离 压说 、 表 面张力 说 、 层 间水移 动说 等等 。但在 相对湿 度 4 0 9 0 中 ， 以高湿度 域 的毛细 管张力 说更 为 80 表 1 市售减缩剂示例 标 准使用量 用法 生产厂商 品名 主要成分 f c ( k g 空气量 ) m ) 调 整 低级 乙醇的 A1 2 7 5 AE 烯化氧附加物 A A 2 同上 69 A E A 3 同上 1 3 N o nA E B B 1 聚醚系 1 4 31 2 A E C l 乙二醇乙醚系 2一l O N o nA E C 碳化氢系化合 物与 C 2 2 1 2 AE 乙二醇乙醚衍 生物 D l 聚醚系 2 6 A E D O 5 D 2 聚醚系衍生物 A E l 0 E E 1 乙二 醇 乙 醚 系 2 6 N O nA E 有 力 。毛细管 张力 按 Y o u n与 L a p l a c e式 ， 液 体 表 面 张力液面主曲率半经的关系如( 1 ) 式所示。 A p = ( 1 r +1 r 2 ) ( 1 ) 式 中 ： P： 毛 细管 张力 ( N m ) ； ：表 面张 力 ( mN m) ； r 、 r 2 ： 液面主曲率半径( m m) 。 由( 1 ) 式可见 ， 毛细管张力起 因于表面张力 ， 掺 入减缩剂 ， 表面张力降低， 作用于毛细管 内部 ， 应力 即随之降低 。也有研究报告如 图 1所示 ， 在减缩剂 浓度发生变化时 ， 液体表面张力趋小 ， 干燥收缩也随 之减小。但是最近的研究表明， 减缩剂的作用机理 ， 不仅是由于表面张力 的降低 ， 而且与分离压曲线 的 变化 和 比表 面积 的减少 有关 。 1 3减缩 剂 的减缩效 果 图 2为混凝土掺用减缩剂的干燥收缩试验的结 果 。掺用减缩剂的混凝土与未掺用减缩剂的混凝土 相 比其干燥 收缩 率约小于 ( 1 0 0 2 5 0 ) 1 0 。 。 。 。此外 ， 减缩剂掺量越大 ， 减速效果越好。因而可根据混凝土 第 4 0卷 朱航征 ： 具有减缩性能的混凝土外加剂 第 1期 表面张力 ( m N ， m ) 图 l 表面张力与干缩 的关 系 辜 L-L 3kgm 3 ： ： 一 一 一 一 0 1 0 2 0 3 0 0 3 6 9 1 2 干燥时间， 周 减缩剂掺量他 g m ) W S=4 5 ， 坍 落 腰 为 1 8 c m， 普通水泥 ， 高性能 A E减水剂 图 2 减缩剂 的降低 干燥 收缩的效果 的要求 性 能相应 调节 减缩 剂 的用量 。一般 可根 据减 缩剂用量的变化 ， 可以获得 2 0 4 0 降低干燥收 缩的效果。 1 4使 用减缩 剂的 注意 事项 在减缩剂中， 有的具有引气性和消泡性 ， 因而在 调节混凝土的含气量时一定要把握减缩剂 的性能 ， 适当选择消泡剂和 A E调节剂 ， 必要时可进行复合 使用。此外 ， 如使用量过多 ， 凝结时间会延迟 ， 抗冻 融性能将降低 ， 强度也会随之下降等 ， 对混凝土的若 干性能将会带来恶劣影响 ， 为此有必要在使用前通 过试 验 予 以确认 。 2高性 能 A E减 水剂 ( 减 缩型 ) 最近开发的减缩型高性能 A E减水剂是一种高 性能 A E减水剂与减缩剂合二为一的单液型混凝土 外加剂 ， 与以往的高性能 A E减水剂相 比， 干燥 收缩 约可降低 5 1 5 。这种减水成分与减缩成分混 合型外加剂 ， 在商 品混 凝土厂与通 常的高性能 A E 减水剂 同样使用 ， 可简便地生产出低收缩性混凝土。 2 1 减缩 型 高性 能 A E减 水剂 的质 量 减缩型高性能 A E减水剂的性能试验见表 2所 示范例 。为进行对 比， 通常使用 的高性能 A E减水 剂 的试验值也同时列入表内。减缩型高性能 A E减 水剂由于含有降低收缩成分 ， 作为外加剂的用量 ， 约 为常用高性能 A E减水剂用量 的 1 5倍。此外， 在 凝结 时 间 方 面 ， 具 有 一 定 延 迟 ( 约 2 03 0 m i n ) 倾 向。长度变化 的试验结果显示 ， 常用高性能 A E减 水剂为 9 7 ， 减缩型高性能结果 ， 其试验值基本与 常用高性能 A E减水剂相 同。 表 2 减缩型高性能 A E减水剂性能试验范例 高 性 能 试验值 A E减 水 高 性 能 常用 高 项 目 剂 标 准 A E减水 性能 A E 型 主 要 剂(减 减水剂 规定值 缩型) ( 例) 减水率 1 8以上 1 9 1 9 泌水量 比 6 0以下 2 7 2 7 新拌 凝结时间 初凝 一 6 0 + 9 O +6 0 +3 O 混凝土 差 rai n 终凝 一 6 o + 9 O +8 0 + 3 5 坍落度 c m 6 0以下 3 O 3 5 时效变化量 含 e 量 1 5以内 一1 1 1 1 抗压强度 龄期 7 d 1 2 5以上 l 3 5 1 4 1 比 龄期 2 8 d l 1 5以上 1 2 1 1 2 6 硬化 长度变化 比 1 1 0以下 8 2 9 7 混凝土 抗冻融性 6 0以上 9 2 92 ( 相对机弹性系数) 氯化物离子 ( C I 一 ) 量 ( k g m ) 0 0 2以下 0 O 0 0 0 O 碱含量 ( k g m ) 0 3 0以下 O 0 4 0 0 4 外加剂使用量 k g m ) 4 2 0 2 8 0 2 2减缩 型 高性能 A E减水 剂 的降低 收缩效 果 混凝土掺用减缩剂降低干燥收缩试验结果如图 3所示 ， 经干燥 2 6周 ， 由于使用了减缩型高性能 A E 减水剂 ， 不论水灰 比如何 ， 均可取得约 1 1 降低 收 缩 的效 果 。 通过对各类生产商品混凝土厂的调查 ， 经试验 ， 混凝土采用减缩型高性能 A E减水剂的减缩效果见 图 4 。与使用常用的高性能 A E减水剂相比， 使用减 缩型高 性能 A E减水 剂， 其干燥 收缩 率平 均约 为 1 0 0 X 1 0 ， 取得了约为 1 3 的降低收缩效果 。 3 结 束结 作为具有减缩性的外加剂 ， 对减缩剂和减缩型 高性能 A E减 水剂 分别 进行 了介绍 。减 缩 剂经 调节 使用可取得约 2 0 一 4 0 的减缩效果， 而减缩型高 性能 A E减水剂如与常用高性能 A E减水剂如与常 用高性能 A E减水剂 同样使 用， 则可能获得 5 1 5 的减 缩效果。作 为外加 剂具有 同样 的化学成 分 ， 但其理念各异， 因而必须按使用成本和相应的要 求性能适当选用很重要 。 如 m O 、 静姆攥 0 啪 猢 姗 枷 姗 鲫 瑚 咖 ( o o ) 恃婚罄 第 1期 朱航征 ： 具有减缩性能的混凝土外加 剂 第 4 O卷 0 一 I v c o 5 5 常用高性A E 减水剂 +Iv co 5 5 一 减缩型 十W co 4 7 常用高性能A E 减水剂 1 广 _ IV co 4 7 一 减缩型 _ 亡 卜 _ IV co 4 o _ 常用高性能A E 减水剂 十W co 4 O 一 减缩型 图 3 收缩 型高性 能 A E减水剂的降低收缩的效果 最近 ， 由于高强混凝土的普及 ， 水胶结材 比的降 低 ， 自收缩增大 的问题及其有关案例也随之增加 。 图 4减缩型高性能 A E减水剂 降低 收缩效果 的调查结果 据认为， 自收缩是 由于自身干燥、 间隙水毛细管张力 所推 动 ， 与干燥 收 缩具 有 基 本 同样 的机 理 。据 最 近 的研究报告确认 ， 减缩剂与减缩型高性能 A E减水 剂对降低 自收缩是有效的， 这些具有减缩性 的混凝 土外加剂的用途 ， 今后可能获得扩大应用的前景。 ( 上接 第 8页) 3 2 湿 陷性试验 ( 表 2 ) 表 2 湿陷性统计 与比较 桩型 湿陷性 灰土挤 密桩 湿 陷系数 0 0 0 00 0 1 0 ， 湿 陷性全部消除 水泥土挤 密桩 湿陷系数 0 0 0 00 0 1 4 ， 湿 陷性全部消除 钻孔夯密桩 湿 陷系数 0 0 0 0 0 0 2 7 ， 湿 陷性未全部消除 3 3承 载 力 试 验 现场载荷试验采用 圆形 1 0 5 m的压板， 加荷 等级分为 8级 ， 每加一级荷载 P， 在加荷前后应各读 记压板沉降 s 一次 ， 加荷及稳定标准执行 建筑地基 基础设计规范 ( G B 5 0 0 0 7 -2 0 0 2 ) 中浅层平板载荷 试验要点及 建筑地基 处理技 术规 范( J G J 7 9 2 0 0 2 ) 中复合地基载荷试验要点之规定。静载荷试 验进行了 3组。通过对 P s 曲线的综合分析 ， 复合 地基变形模量结果见表 3 。 表 3 复合地基承载力特征值及变形模量 试验 承载力特征值 变形模量 点 号 k k P a E o MP a 1 2 7 0 3 6 灰土挤密桩 2 2 5 0 2 9 3 2 7 0 2 6 l 2 5 0 4 2 水泥土挤密桩 2 2 5 0 3 3 3 2 5 0 3l 8 2 续 表 试验 承载力特征值 变形模 量 点号 k P a E o MP a 1 2 5 0 2 3 钻孔夯密桩 2 2 5 0 2 1 3 2 5 0 2 4 4 结 语 1 ) 通过三种复合地基试验桩检测结果 比较分 析 ， 当桩间距和土天然含水量合适时 ， 相对于这三种 桩型， 灰土挤密桩 的桩身土压实系数和桩 间土挤密 系数均为最大值 ， 承载力特征值和变形模量值也能 达 到最 大 。水泥 土挤密 桩 的桩身压 实 系数达 到规 范 要求 ， 但 桩 间 土挤 密 系 数 未能 达 到 设 计要 求 的 0 9 3 ， 故 应考 虑减 小桩 间距 ； 钻 孔夯 密桩 的桩 间土 湿 陷性未全部消除， 挤密系数也未能达到要求 ， 故应考 虑改换工艺或减小桩 间距。因此 ， 本工程若采用灰 土挤密桩将能节约投资， 达到预期的地基处理效果。 2 ) 采用复合地基处理 自重湿陷性黄土时， 在土 天然 含水 量合适 的 情况 下 ， 合 适 的桩 间距 是 完 全 消 除 黄土湿 陷性 的关 键 。通 过 计 算 预估 桩 间距 ， 再通 过前期试验测试是确定桩间距的可靠方法 ， 必要 时 可对施工参数和施工要求进行调整 。 参考文献 1 湿陷性黄土地区建筑规范 ( G B 5 0 0 2 5 2 0 0 4) 北京 ： 中国建筑工 业出版社 2 建筑地基处理技术规范( J G J 7 9 2 0 0 2 ) 北京 ： 中国建筑工业出版社 3 龚晓楠 ， 主编 地基处理手册 北京 ： 中国建筑工、 I 出版社 r0 ) 旃 婚 璞