摘 要:研究了聚羧酸系高效減水劑是否會對混凝土干縮產生負影響,同時驗證了在隧道工程中棄用AFt類膨脹劑而代之以聚羧酸系高效減水劑的可行性和合理性。試驗選用聚羧酸系高效減水劑、AFt膨脹劑和鎂質膨脹劑,相繼對自由收縮試件和兩端受限混凝土試件的干縮進行了研究,并進行了不同膠凝材料用量下聚羧酸系高效減水劑和AFt膨脹劑對混凝土干縮的試驗。結果表明,與膨脹劑相比,聚羧酸系高效減水劑不會對混凝土干縮性能帶來負影響,還可能有一定程度的改善作用。在隧道工程實踐中,用聚羧酸系高效減水劑代替AFt類膨脹劑是合理可行的,對混凝土結構的耐久性有利。
關鍵詞:減水劑;膨脹劑;干縮;自由收縮;限制收縮
中圖分類號: TU 528. 042 文獻標識碼:A
引言
混凝土裂縫一直是影響混凝土及其結構耐久性的關鍵因素,而混凝土的收縮性能則是導致混凝土開裂的重要原因。使用AFt類膨脹劑是我國城市隧道和地下工程減小混凝土材料收縮的常規做法,但使用AFt類膨脹劑對混凝土后期的不利影響也被眾多的研究者所證實[ 1 - 4 ] ,因而考慮棄用AFt類膨脹劑而代之以聚羧酸高性能減水劑。混凝土外加劑(尤其是減水劑)的普及和應用,促進了我國混凝土技術的飛躍發展,但減水劑的使用是否會對混凝土的收縮性能產生負影響也存在爭議[ 5 - 8 ] 。為此,我們在試驗的基礎上,對分別使用膨脹劑和減水劑的混凝土試件的干縮進行了比較,同時對不同膠凝材料用量下采用聚羧酸高性能減水劑的混凝土試件和采用AFt類膨脹劑的混凝土試件的收縮性能進行了研究,以考察外加劑對混凝土干縮的影響,為混凝土配合比的確定提供依據。
1 原材料及試驗方法
1. 1 原材料
(1)水泥:河南南陽產P·O 42. 5水泥。
(2)細集料:河砂,細度模數2. 7。
(3)粗集料:碎石,粒徑5～31. 5 mm連續級配。
(4)粉煤灰: Ⅰ級粉煤灰,比表面積為411 m2 /kg。
(5)外加劑: JMⅢ復合膨脹減水劑、鎂質膨脹劑、JMPCA聚羧酸高性能減水劑。
1. 2 試驗方法
測試儀器采用天津建筑儀器廠生產的YB - 25型手持式應變儀,標距250 mm ±5 mm,百分表讀數,收縮測量精度為40με。測試時,在應變儀上讀取事先在試件上布置的兩個測點(間距約250 mm)間的距離數值,通過計算得出各時刻混凝土試件的收縮率值,經數據分析處理,研究混凝土試件的干縮性能。根據以往的試驗情況,使用該應變儀測量混凝土試件的收縮易于操作,數據較準確。
外加劑對混凝土收縮性能影響的試驗是在同樣配比下,分別進行自由收縮試件和限制收縮試件的干燥收縮試驗,試件尺寸分別為100 mm ×100 mm ×400 mm (Mode Ⅰ)和100 mm ×100 mm ×300 mm(Mode Ⅱ) ;不同膠凝材料用量情況下,采用聚羧酸高性能減水劑和采用AFt類膨脹劑的混凝土收縮性能試件尺寸為100 mm ×100 mm ×400 mm (Mode Ⅲ) ,銅質測頭埋置于試件上表面。所示的3種測點類型及其布置方式見圖1。
試件養護制度: 1. 5 d拆模,泡水7 d后置于恒溫恒濕室[ ( 20 ±2 ) ℃, RH ( 60 ±0. 5) % ] ,待測。泡水期間也測定試件的長度變化。
2 試驗結果及分析
2. 1 外加劑對混凝土自由收縮試件干縮的影響(FS組)
本試驗新拌混凝土的坍落度均為180 mm,分別采用聚羧酸系高效減水劑、AFt類膨脹劑及鎂質膨脹劑對自由收縮混凝土試件干縮的影響。試驗所用混凝土配合比見表1。試驗結果見圖2,圖中IN、OUT分別為混凝土試件泡水開始及結束時間(下同)。
試驗結果表明,在泡水階段,采用鎂質膨脹劑的混凝土自由收縮試件FS3. 1組的膨脹率值最大,約為100με;采用AFt類膨脹劑的FS2. 1組的次之,約為80με;采用聚羧酸高效減水劑的FS1. 5組最小,約為50με。從18 d開始,采用不同外加劑的混凝土試件收縮率的變化規律為FS3. 1組與FS2. 1組基本相同, FS1. 5組較小。28 d干縮相差不大,分別為: FS1. 5 組, 86 με; FS2. 1 組, 110 με; FS3. 1 組,98με。從90 d左右開始,各組試件的干縮率基本恒定, FS1. 5組試件收縮率值最小,為250με左右,各組之間相差約6 %。
可以認為,與使用膨脹劑相比,聚羧酸系高效減水劑的使用不會增加自由收縮混凝土試件的干縮,并有少許減小,有利于混凝土的收縮性能。這樣的結果與外加劑的化學成分有很大關系,從工程應用角度看,使用聚羧酸系高效減水劑對于混凝土的收縮性能不會有負影響。
2. 2 外加劑對混凝土限制收縮試件干縮的影響(CS組)
本試驗研究與編號3. 1 相同混凝土配比情況下,外加劑對兩端受限混凝土試件干縮的影響。試驗所用混凝土配合比見表1。試驗結果見圖3。試驗結果表明,在泡水階段,采用鎂質膨脹劑的混凝土限制收縮試件CS3. 1組的膨脹率值最大,約為120με;采用AFt類膨脹劑的CS2. 1 組次之,約為100 με;采用聚羧酸高效減水劑的CS1. 5 組最小,約為60με。從大約18 d開始,采用不同外加劑的混凝土試件收縮率的變化規律為CS3. 1 組與CS2. 1組基本相同, CS1. 5組較小。28 d干縮相差
分別為: CS1. 5 組, 70 με; CS2. 1 組, 98 με; CS3. 1組, 110με。從90 d左右開始,各組試件干縮率基本恒定, CS1. 5組試件收縮率值最小,相對于采用膨脹劑的對比組,收縮率減小了15 %以上。
可見,混凝土限制收縮試件的干縮與自由收縮試件結果基本一致。聚羧酸系高效減水劑的使用不會增加自由收縮混凝土試件的干縮,相反有一定程度的改善,有利于混凝土的收縮性能。比較兩種不同方式下混凝土試件的收縮結果也可以發現,受限制與否對于收縮率無明顯影響,最大收縮率≯300με,混凝土干燥收縮性能較好。
2. 3 不同膠凝材料用量下的減水劑和AFt類膨脹劑對混凝土自由收縮試件干縮的影響( FE組)
本組試驗是對隧道工程經常采用的AFt類膨脹劑和使用聚羧酸系高效減水劑時,考慮水泥和粉煤灰摻量的變化情況,研究不同情況下自由收縮混凝土試件的干縮。不同膠凝材料用量下減水劑與AFt類膨脹劑對混凝土收縮影響的試驗配合比見表2。試驗結果見圖4。
試驗結果表明,在泡水過程中,采用AFt類膨脹劑的混凝土自由收縮試件FE2. 1 組的膨脹率值最大,約為100με;膨脹率值由大至小依次為: FE2. 1 >FE1. 7 > FE1. 5 > FE1. 3。20 d左右時各配比混凝土試件的收縮值非常接近, 24 d以后各組之間的差別逐漸明顯,相對大小出現規律性變化,干縮率值依次為: FE2. 1 > FE1. 7 > FE1. 5 > FE1. 3。28 d干縮相差不大,分別為: FE1. 3組, 120με; FE1. 5組, 130με;FE1. 7組, 150με; FE2. 1組, 150με。從90 d左右開始,各組試件的干縮率基本恒定, FE1. 3組試件的收縮率值最小, FE1. 5與FE1. 7差別很小, FE2. 1組的干縮值相對較大。
可見,與使用膨脹劑相比,在不同膠凝材料用量情況下,聚羧酸系高效減水劑的使用至少不會增加自由收縮混凝土試件的干縮。從圖4也可以看出,膠凝材料用量的不同,同樣會對混凝土干縮產生影響,整體上符合膠凝材料用量大的其收縮較大的規律。將FE2. 1組與上面的FS2. 1組的收縮率值進行比較,可以發現混凝土干縮率FE2. 1 > FS2. 1,這除了不同時間成型可能帶來的影響外,應該是因為砂率對混凝土干縮產生影響的緣故。
3 結論
3. 1 膨脹劑與聚羧酸系高效減水劑相比,在混凝土試件泡水養護期間,混凝土試件的膨脹率較大,這對早期混凝土試件的收縮性能有利。
3. 2 與膨脹劑相比,聚羧酸系高效減水劑至少不會對混凝土28 d后的干縮性能有負影響,特別是限制收縮情況下對干縮的改善作用比較明顯,收縮率減小15 %以上。
3. 3 不同膠凝材料用量下高效減水劑及AFt類膨脹劑的試驗,證實了膠凝材料用量及砂率對混凝土干縮的影響規律,也進一步驗證了聚羧酸系高效減水劑不會對混凝土干縮產生不良影響。
3. 4 從工程應用方面考慮,采用聚羧酸系高效減水劑、棄用鈣系膨脹劑是合理的,混凝土干縮不會因此而增加,也不會有鈣系膨脹劑對混凝土后期的不良影響出現。
參考文獻:
[ 1 ] Mario Collepardi. A State - of - the - art review of delayedettringite attack on concrete [ J ]. Cemen t & ConcreteComposites, 2003, 25 (3) : 401 - 407.
[ 2 ] Peiyu YAN, Xiao Q IN. The Effect of Expansive Agent andPossibility of Delayed Ettringite Formation in Shrinkage -compensatingMassive Concrete [ J ]. Cement and ConcreteResearch, 2001, 31 (2) : 335 - 337.
[ 3 ] 鐘業盛,姚曉,董淑慧. 復合混凝土膨脹劑研究初探[ J ].低溫建筑技術, 2005, (1) : 13 - 15.
[ 4 ] 葉青,李麗琴,王建東. 摻膨脹劑混凝土膨脹的可靠性探討[ J ]. 混凝土, 2003, (9) : 9 - 12.
[ 5 ] Alsayed SH. Influence of superp lasticizer , p lasticizer , andsilica fume on the drying shrinkage of high - strengthconcrete subjected to hot - dry field conditions [ J ]. Cementand Concrete Research, 1998, 28 (10) : 1 405 - 1 415.
[ 6 ] 錢曉倩,詹樹林,方明暉,等. 減水劑對混凝土收縮和裂縫的負影響[ J ]. 鐵道科學與工程學報, 2004, 1 (2) : 19 - 25.
[ 7 ] Persson B, Fagerlund G. Self - desiccation and its importancein concrete technology[A ]. In: Proceed ings of the Th irdInterna tiona l Research Sem inar in Lund[C ]. 2002: 14 -15.
[ 8 ] 文梓蕓,楊醫博. 化學外加劑和礦物摻合料對水及砂漿干縮與開裂影響的研究[A ]. 韓素芳. 鋼筋混凝土結構裂縫控制指南[C ]. 北京:化學工業出版社, 2004: 19 - 38.
