外加劑對(duì)混凝土干縮的影響研究

摘　要:研究了聚羧酸系高效減水劑是否會(huì)對(duì)混凝土干縮產(chǎn)生負(fù)影響,同時(shí)驗(yàn)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(yàn)選用聚羧酸系高效減水劑、AFt膨脹劑和鎂質(zhì)膨脹劑,相繼對(duì)自由收縮試件和兩端受限混凝土試件的干縮進(jìn)行了研究,并進(jìn)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(duì)混凝土干縮的試驗(yàn)。結(jié)果表明,與膨脹劑相比,聚羧酸系高效減水劑不會(huì)對(duì)混凝土干縮性能帶來(lái)負(fù)影響,還可能有一定程度的改善作用。在隧道工程實(shí)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(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有利。

關(guān)鍵詞:減水劑;膨脹劑;干縮;自由收縮;限制收縮

中圖分類號(hào): TU 528. 042　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

引言

混凝土裂縫一直是影響混凝土及其結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵因素,而混凝土的收縮性能則是導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的重要原因。使用AFt類膨脹劑是我國(guó)城市隧道和地下工程減小混凝土材料收縮的常規(guī)做法,但使用AFt類膨脹劑對(duì)混凝土后期的不利影響也被眾多的研究者所證實(shí)[ 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?；炷?strong class="keylink">外加劑(尤其是減水劑)的普及和應(yīng)用,促進(jìn)了我國(guó)混凝土技術(shù)的飛躍發(fā)展,但減水劑的使用是否會(huì)對(duì)混凝土的收縮性能產(chǎn)生負(fù)影響也存在爭(zhēng)議[ 5 - 8 ] 。為此,我們?cè)谠囼?yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)分別使用膨脹劑和減水劑的混凝土試件的干縮進(jìn)行了比較,同時(shí)對(duì)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(jìn)行了研究,以考察外加劑對(duì)混凝土干縮的影響,為混凝土配合比的確定提供依據(jù)。

1　原材料及試驗(yàn)方法

1. 1　原材料

(1)水泥:河南南陽(yáng)產(chǎn)P·O 42. 5水泥。

(2)細(xì)集料:河砂,細(xì)度模數(shù)2. 7。

(3)粗集料:碎石,粒徑5～31. 5 mm連續(xù)級(jí)配。

(4)粉煤灰: Ⅰ級(jí)粉煤灰,比表面積為411 m2 /kg。

(5)外加劑: JMⅢ復(fù)合膨脹減水劑、鎂質(zhì)膨脹劑、JMPCA聚羧酸高性能減水劑。

1. 2　試驗(yàn)方法

測(cè)試儀器采用天津建筑儀器廠生產(chǎn)的YB - 25型手持式應(yīng)變儀,標(biāo)距250 mm ±5 mm,百分表讀數(shù),收縮測(cè)量精度為40με。測(cè)試時(shí),在應(yīng)變儀上讀取事先在試件上布置的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)(間距約250 mm)間的距離數(shù)值,通過(guò)計(jì)算得出各時(shí)刻混凝土試件的收縮率值,經(jīng)數(shù)據(jù)分析處理,研究混凝土試件的干縮性能。根據(jù)以往的試驗(yàn)情況,使用該應(yīng)變儀測(cè)量混凝土試件的收縮易于操作,數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確。

外加劑對(duì)混凝土收縮性能影響的試驗(yàn)是在同樣配比下,分別進(jìn)行自由收縮試件和限制收縮試件的干燥收縮試驗(yàn),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(zhì)測(cè)頭埋置于試件上表面。所示的3種測(cè)點(diǎn)類型及其布置方式見(jiàn)圖1。

試件養(yǎng)護(hù)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(cè)。泡水期間也測(cè)定試件的長(zhǎng)度變化。

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2. 1　外加劑對(duì)混凝土自由收縮試件干縮的影響(FS組)

本試驗(yàn)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(zhì)膨脹劑對(duì)自由收縮混凝土試件干縮的影響。試驗(yàn)所用混凝土配合比見(jiàn)表1。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2,圖中IN、OUT分別為混凝土試件泡水開(kāi)始及結(jié)束時(shí)間(下同)。

試驗(yàn)結(jié)果表明,在泡水階段,采用鎂質(zhì)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(kāi)始,采用不同外加劑的混凝土試件收縮率的變化規(guī)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(kāi)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(rèn)為,與使用膨脹劑相比,聚羧酸系高效減水劑的使用不會(huì)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(jié)果與外加劑的化學(xué)成分有很大關(guān)系,從工程應(yīng)用角度看,使用聚羧酸系高效減水劑對(duì)于混凝土的收縮性能不會(huì)有負(fù)影響。

2. 2　外加劑對(duì)混凝土限制收縮試件干縮的影響(CS組)

本試驗(yàn)研究與編號(hào)3. 1 相同混凝土配比情況下,外加劑對(duì)兩端受限混凝土試件干縮的影響。試驗(yàn)所用混凝土配合比見(jiàn)表1。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

試驗(yàn)結(jié)果表明,在泡水階段,采用鎂質(zhì)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(kāi)始,采用不同外加劑的混凝土試件收縮率的變化規(guī)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(kāi)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(duì)于采用膨脹劑的對(duì)比組,收縮率減小了15 %以上。

可見(jiàn),混凝土限制收縮試件的干縮與自由收縮試件結(jié)果基本一致。聚羧酸系高效減水劑的使用不會(huì)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(jié)果也可以發(fā)現(xiàn),受限制與否對(duì)于收縮率無(wú)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(duì)混凝土自由收縮試件干縮的影響( FE組)

本組試驗(yàn)是對(duì)隧道工程經(jīng)常采用的AFt類膨脹劑和使用聚羧酸系高效減水劑時(shí),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(duì)混凝土收縮影響的試驗(yàn)配合比見(jiàn)表2。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

試驗(yàn)結(jié)果表明,在泡水過(guò)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(shí)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(duì)大小出現(xiàn)規(guī)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(kāi)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(duì)較大。

可見(jiàn),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(huì)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(huì)對(duì)混凝土干縮產(chǎn)生影響,整體上符合膠凝材料用量大的其收縮較大的規(guī)律。將FE2. 1組與上面的FS2. 1組的收縮率值進(jìn)行比較,可以發(fā)現(xiàn)混凝土干縮率FE2. 1 > FS2. 1,這除了不同時(shí)間成型可能帶來(lái)的影響外,應(yīng)該是因?yàn)樯奥蕦?duì)混凝土干縮產(chǎn)生影響的緣故。

3　結(jié)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(yǎng)護(hù)期間,混凝土試件的膨脹率較大,這對(duì)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(huì)對(duì)混凝土28 d后的干縮性能有負(fù)影響,特別是限制收縮情況下對(duì)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(yàn),證實(shí)了膠凝材料用量及砂率對(duì)混凝土干縮的影響規(guī)律,也進(jìn)一步驗(yàn)證了聚羧酸系高效減水劑不會(huì)對(duì)混凝土干縮產(chǎn)生不良影響。

3. 4　從工程應(yīng)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(huì)因此而增加,也不會(huì)有鈣系膨脹劑對(duì)混凝土后期的不良影響出現(xiàn)。

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