复配引气剂对混凝土早期收缩开裂的影响

复配引气剂对混凝土早期收缩开裂的影响混凝土的干燥收缩和早期收缩开裂的性能是影响混凝土耐久性的重要原因。目前化学外加剂在现代混凝土中得到了广泛的应用，已成为混凝土的第五组分，同时各种外加剂组分的复配也越来越多，以满足施工性能的要求。多组分的外加剂组合对混凝土的性能产生何种影响，是一个值得研究的课题。本文就萘系高效减水剂复配引气剂对混凝土干燥收缩和早期收缩开裂性能的影响进行了一些研究，以下是研究结果。一．原材料1.1水泥本文选用了外加剂检测专用的基准水泥，性能满足GB8076-1997附录A要求，基本性能指标如下：表1化学成分分析及矿物组成(%)SiO2Al2O3Fe4O3CaOMgOSO3Na2O.eqLOSSf-CaOC3SC3A21.454.082.4163.712.292.760.631.990.8754.346.98表2物理性能指标细度(%)比表面积(m2/kg)标准稠度安定性凝结时间（h:min）抗折强度(MPa)抗压强度(MPa)初凝终凝3d28d3d28d1.233127.5合格3:174:105.69.428.157.71.2外加剂北京同科建材有限公司生产的非引气高浓型粉状萘系高效减水剂(以下简称TK)，减水率为20％，常规掺量为0.75％左右；引气剂选用了上海枫杨实业有限公司生产的SJ-2水溶性混凝土引气剂(以下简称SJ-2)，是一种新型的以有机物三萜皂甙为主要成分的引气剂，减水率约为6％。1.3砂子细骨料采用了北京昌平龙凤山产的中砂，比重2.66，细度模数3.1，颗粒级配良好，含泥量很小。1.4石子河北三河产的碎卵石，粒径5~20mm。二．试验方法及测试技术2.1混凝土自由收缩试验方法混凝土的自由收缩方法依据GBJ82-85进行，试件尺寸为75×75×400mm，两端预埋测头。混凝土成型1d拆膜后，在标准养护室养护2d，取出测定初长，然后放入干空室中测定1d、3d、7d、14d、28d、45d、60d、90d的收缩率（测长的龄期从放入干空室时算起）。混凝土的自由收缩用螺旋千分尺测定，精度0.001mm。2.2混凝土限制收缩开裂试验方法本文研究混凝土限制收缩开裂试验方法采用模具参考日本平石信业等研究早期收缩的测试方法。模具的边框采用厚5mm的不锈钢板，内边尺寸为600mm×600mm×50mm的钢制模具，边框内设φ8、间距50mm的双排螺钉，长度为100mm的栓钉上下交错间隔分布（如图1所示）。图1平板试验装置示意图图2早期收缩开裂试验装置图试验时在底板上铺一层橡胶垫，在橡胶垫上铺一层聚乙烯薄膜，防止试件水泥浆流失和水分从底面蒸发损失。在距模具30cm的正上方悬挂一个吊扇，混凝土表面的风速为2.8m/s，用测风速仪控制，并在模具的周围放置一个与模具等高、面积为540cm2塑料盆测量混凝土失水率，并精度1g的量程为15kg的电子秤分别测量混凝土在4h、12h和24h的失水率（失水率为蒸发的水分占混凝土重量的百分率）。同时成型2组混凝土试件放在模具的周围，以测试同条件下养护的混凝土24h的劈裂抗拉强度和抗压强度。试验室的温度控制在20～23℃，湿度不控制，采用现场湿度。试验时，先将混凝土拌合物浇入此模具中插捣成型，抹平表面，将试件带模分别置于风吹环境中，用专门测量裂缝宽度的塞尺对各混凝土板的开裂情况进行跟踪观测。开始每隔5min观察一次，当发现有裂纹产生时变为每10min观察一次，在风吹的条件下，对试件进行24h观察。试验结束后，主要记录每个混凝土板上裂缝的初裂时间（开始出现裂缝的时间）、裂缝尺寸（24h时的最大裂缝宽度和最长裂缝长度）以及裂缝数量（24h时的裂缝总条数）。裂缝的数目以可见裂缝为准，长度用棉纱线沿着裂缝的走向取得相应的长度，裂缝长度以肉眼可见为准，以钢卷尺测量其值L，以mm计；裂缝的宽度d用塞尺结合专门用于观察裂缝的50倍读数显微镜测量裂缝长度中点附近的裂缝宽度代表该裂缝的最大裂缝。并按下式计算裂缝开裂总面积：Acr=∑Aimax.LiAcr──试件裂缝名义总面积，mm2；Aimax──第i条裂缝名义最大裂缝宽度，mm；Li──第i条裂缝长度，mm。最后以裂缝开裂总面积的大小来评价混凝土早期塑性收缩的性能。2.3混凝土拌合物的性能测试2.3.1混凝土坍落度、含气量的测定按国标GB/T50080-2002中规定的方法对混凝土拌合物进行坍落度、含气量试验。2.3.2基本力学性能测试方法本研究所测的主要力学性能有抗压强度、劈裂抗拉强度。混凝土试件尺寸为100×100×100mm。抗压强度在无锡建筑材料试验机厂制造的NYL-200D型压力试验机上进行。劈裂抗拉强度在无锡建筑材料试验机厂制造的NYL-50D型试验机上进行。三．混凝土配合比本研究中，选用0.3、0.4、0.5三个不同的水灰比在保持混凝土的其它材料用量不变，只改变外加剂掺量的情况下，研究引气剂加入后对不同水灰比混凝土早期开裂性能的影响。由于在坍落度较小情况下，在模具中成型压实较为困难，特别是在模板边框周围起固定作用的螺栓部分，易造成螺栓下部形成空洞和蜂窝，所以配制的混凝土坍落度较大，使混凝土易成型密实，避免因形成空洞和蜂窝造成试验数据的差错。试验用的混凝土配合比如表3：表3混凝土配合比编号水泥(kg/m3)砂子(kg/m3)石子(kg/m3)水(kg/m3)外加剂5-039580010171980.3%(TK)5-139580010171980.3%(TK)+0.01％(SJ-2)5-339580010171980.3%(TK)+0.03％(SJ-2)4-043879010451750.75%(TK)4-143879010451750.75%(TK)+0.01％(SJ-2)4-343879010451750.75%(TK)+0.03％(SJ-2)3-052071310921571.0%(TK)3-152071310921571.0%(TK)+0.01％(SJ-2)3-352071310921571.0%(TK)+0.03％(SJ-2)四．试验结果分析与讨论4.1复配引气剂对干燥收缩的影响复配引气剂后混凝土在各龄期的干燥收缩值见表4。分析表4中5-0、5-1、5-3和4-0、4-1、4-3和3-0、3-1、3-3可以得出：在单掺TK高效减水剂的基础上，复配0.01％和0.03％SJ-2后，混凝土的干缩和单掺高效减水剂相比，28d、60d和90d的干缩有较大幅度的增加。复配SJ-2后，混凝土中的气泡呈球形，泡径多在20~200um。从表4的结果可见，与单掺高效减水剂的混凝土相比，复配SJ-2后混凝土的含气量增加，混凝土的可变形能力增加，因而混凝土的干燥收缩增加。表4混凝土干缩试验结果编号坍落度(mm)含气量(%)强度(MPa)干燥收缩（×10-6）1d3d7d28d60d90d5-01501.853.9431071492913413525-11804.149.8401121653153553715-31506.742.4451151733393814004-01501.565.932991734514724994-11803.861.5241152084804995394-32005.957.4161252275335686033-01801.182.5321332114564965393-11903.178.0451652725152886163-32104.470.940187315600613672注：坍落度值带*的表示混凝土已产生外部泌水4.2复配引气剂对早期收缩开裂的影响不同水灰比下，TK高效减水剂复配SJ-2后的混凝土早期收缩开裂试验结果见表5。TK高效减水剂复配后24h的开裂面积如图3。表5复配SJ-2后的试验结果编号坍落度(mm)强度(MPa)失水率(%)凝结时间(h:min)初裂时间(h:min)最大裂宽(mm)裂缝总数(条)开裂面积(mm2)R1R28Rts14h24h初凝终凝5-01513.453.90.970.742.739:0411:334:000.093285-11511.149.81.100.702.709:1511:454:000.083245-3208.742.40.880.863.009:3312:003:450.15161844-02018.565.92.01.222.949:5212:203:250.4565844-12017.861.52.21.183.049:4511:553:350.3531564-32215.457.41.81.313.309:5812:232:500.5076403-02032.282.52.60.672.019:5512:022:551.201032213-12030.078.03.00.561.9210:1112:363:051.00526323-32126.270.92.60.802.3610:2513:002:301.40124707图3复配SJ-2混凝土的开裂面积从图3中可得，复配0.01％SJ-2的配合比5-1、4-1和3-1的24h开裂面积均小于单掺高效减水剂的5-0、4-0和3-0；复配0.03％SJ-2的配合比5-3、4-3和3-3的24h开裂面积均小于单掺高效减水剂的5-0、4-0和3-0。分析表5可得：5-0和5-1初裂时间一样，5-3的初裂时间最早，24h后5-0和5-1的裂缝总数一样，但5-1的最大裂宽和开裂面积均小于5-0，5-1的早期抗开裂性能改善。但5-3和5-0相比，24h的最大裂宽、裂缝总数和开裂面积均有增加，早期抗开裂性能较5-0差；4-0、4-1和4-3的初裂时间依次为4-3、4-0和4-1，但24h后4-1的最大裂宽、裂缝总数和开裂面积均小于4-0，早期抗开裂性能4-1要好于4-0，24h后4-3的最大裂宽、裂缝总数和开裂面积均大于4-0，早期抗开裂性能4-3较4-0差；3-0、3-1和3-3的初裂时间依次为3-3、3-0和3-1，但24h后3-1的最大裂宽、裂缝总数和开裂面积均小于4-0，早282418458415664032212632470702000400060005-05-15-34-04-14-33-03-13-3编号开裂面积(mm2)期抗开裂性能3-1要好于3-0；24h后3-3的最大裂宽、裂缝总数和开裂面积均大于3-0，早期抗开裂性能3-3要次于3-0。在高效减水剂的基础上复配SJ-2后，和单掺高效减水剂的混凝土相比：复配0.01％SJ-2的混凝土24h的裂缝总数、最大裂宽和开裂面积都下降，混凝土的早期抗开裂性能与单掺高效减水剂相比有提高。复配0.03％的SJ-2后，混凝土的初裂时间提前，24h后的最大裂宽、裂缝总数和开裂面积都增加，混凝土的早期抗开裂性能下降。4.3复配引气剂对早期收缩开裂影响的原因分析引气剂可以在混凝土中引进大量微小且独立的气泡，这些球状气泡象滚珠一般起着润滑作用，使混凝土的工作性大大改善，尤其对集料粒形不好的碎石、特细砂、人工砂等配制的混凝土和易性起着重要作用。当掺入适量的引气剂后，由于引气剂的作用，混凝土的泌水、沉降显著减小。由于气泡的存在，整个体系的表面积大大增大，比不掺引气剂时的粘度大得多，泌水与沉降因而减小。另外，由于气泡的存在，泌水的毛细管通道被阻断，而且气泡里气体的迁移和气泡再分布，能进一步破坏这种通道。另外，当掺入适量引气剂后，混凝土的泌水沉降减小，因此当其抗压强度有一定降低时，抗拉强度往往比空白混凝土有所提高。分析表3-5可得，5-1、4-1和3-1的1d抗压强度分别低于5-0、4-0和3-0，但1d劈裂抗拉强度均分别高于5-0、4-0和3-0，即高效减水剂中复配0.01％的SJ-2后，和单掺高效减水剂的相比，混凝土1d的抗压强度下降，但1d劈裂抗拉强度增加。同时，据研究，混凝土掺引气剂后，混凝土的徐变比不掺引气剂的混凝土大大增大，徐变增大的原因可以把掺引气剂后混凝土中增加的气泡当作弹性模量为零的骨料来理解，徐变的增大有利于混凝土的抗开裂性能的提高。所以当掺入适量的SJ-2