林立寬

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院　重慶　400074　廣西壯族自治區(qū)百色公路管理局　廣西　百色　533000）

化學(xué)外加劑對混凝土徐變的影響規(guī)律研究

林立寬

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院重慶400074廣西壯族自治區(qū)百色公路管理局廣西百色533000）

通過自制混凝土徐變的加載裝置，研究萘系減水劑和減縮組分等對等比混凝土徐變的影響規(guī)律。同時，研究其徐變影響的原理。結(jié)果顯示，聚羧酸減水劑可以明顯控制混凝土發(fā)生徐變。其中，早強(qiáng)聚羧酸減水劑的效果最為明顯；緩凝組分對混凝土徐變存在不利影響；聚羧酸減水劑及減縮組分能降低徐變，增加混凝土徐變。

化學(xué)外加劑；混凝土徐變；影響規(guī)律

1　前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家加大了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，大跨度的橋梁建設(shè)項(xiàng)目日益增多。混凝土是橋梁建設(shè)的一種基本材料，為了保證橋梁能夠安全投入使用，保持混凝土體積的穩(wěn)定性十分關(guān)鍵。徐變是指混凝土在恒定的荷載情況下的持續(xù)變形過程，是混凝土的體積穩(wěn)定性的一部分，也是導(dǎo)致大跨度橋梁的預(yù)應(yīng)力發(fā)生損失、變形及內(nèi)力的重分布明顯增加的原因之一。根據(jù)混凝土材料成分研究混凝土徐變的影響規(guī)律主要是通過對摻合料的品種、摻量以及減縮劑方面對混凝土徐變的影響。對于外加劑，尤其是對減水劑的分析研究，主要是對混凝土的漿體流變性及相關(guān)原理進(jìn)行研究，對收縮及裂縫方面的影響也涉及較多。

2　實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)原材料及配合比

水泥選用P.O.52.5標(biāo)準(zhǔn)的水泥；粉煤灰選用I級粉煤灰，細(xì)度為6.55%，表觀密度為2.26g/cm3；礦粉選用S95粒的礦渣超級細(xì)粉，比表面積為400m2/kg；天然河砂的細(xì)度模數(shù)為2.7，級配區(qū)間為2區(qū)，表觀密度為2.61g/cm3；粗骨料選用破碎的石灰石，粒徑在5～25mm之間，表觀密度為2.61g/cm3，水使用自來水即可[1]。聚羧酸減水劑具有高減水率、高分散性以及高保坍性的綜合特點(diǎn)，在混凝土的工程中已被廣泛應(yīng)用[2]。本次實(shí)驗(yàn)中使用4種聚羧酸減水劑并進(jìn)行編號為羧酸減水劑J1、J2、J3及J4，其中J1具有早強(qiáng)的作用；使用一種萘系減水劑為N1；兩種功能組分為緩凝組分和減縮組分。

設(shè)計(jì)混凝土的要求為7d強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)C50，彈性模量大于35.5GPa，同時摻加粉煤灰及礦粉，使用不同的減水劑及功能組分同時對摻加劑量進(jìn)行調(diào)整，并將混㎝凝土初始的坍落度控制在200～220mm之間。

2.2試驗(yàn)方法

2.2.1徐變及內(nèi)部相對濕度

自制徐變實(shí)驗(yàn)是通過對預(yù)應(yīng)力的張拉徐變規(guī)律進(jìn)行觀察。試件由自制的木模成型，尺寸大小為130mm×130mm×400mm。將中間部分的預(yù)埋PVC管作為進(jìn)行加載時的鋼筋通道，以便于完成徐變預(yù)應(yīng)力的加載。在進(jìn)行7d的養(yǎng)護(hù)后脫模，使用100t穿心式的千斤頂加載上述PVC管內(nèi)的鋼筋。其中，由于含有緩凝組分的試塊強(qiáng)度不夠，應(yīng)注意增加1d的養(yǎng)護(hù)時間再進(jìn)行加載。采用振弦式的壓力傳感器對加載進(jìn)行控制至試件棱柱體的抗壓強(qiáng)度的40%，對應(yīng)變使用埋藏在混凝土中心位置的振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測量。

實(shí)驗(yàn)時如果發(fā)現(xiàn)壓力傳感器的數(shù)值降低超過2%，應(yīng)對徐變的試件補(bǔ)張預(yù)應(yīng)力，試驗(yàn)環(huán)境的溫度應(yīng)控制在（19±1）℃，相對濕度在（60±5）%。完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以后，計(jì)算出試件徐變度并進(jìn)行對比分析。徐變度是指混凝土由應(yīng)力引起的變形，具體單位為1/ MPa，通過如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：C（t，t0）表示自加載時t0至t時的總徐變度；εc（t，t0）表示從t0至t時的總徐變的應(yīng)變；σ（t0）表示加載的應(yīng)力值，單位為MPa；εtotal（t，t0）表示從t0至t時的總應(yīng)變；εc（t0）表示加載時產(chǎn)生的瞬時性彈性應(yīng)變；εgs（t，t0）g表示從t0至t時總的收縮應(yīng)變。

同時，應(yīng)使用內(nèi)埋濕度傳感器對試件內(nèi)部的相對濕度演化進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)試件已經(jīng)成型時，再將內(nèi)有鋼筋外徑為20mm的PVC管插到試件的中心位置。當(dāng)混凝土實(shí)現(xiàn)初凝拔出鋼筋，并吸干PVC管中的水分。再將濕度傳感器放至管內(nèi)，將傳感器的上部用保鮮膜覆蓋，再用石蠟封死管口。這樣，所測出的數(shù)據(jù)即是混凝土該點(diǎn)時的相對濕度。

2.2.2漿體非蒸發(fā)水含量

漿體非蒸發(fā)水含量使用燒失量的方法進(jìn)行測定，配合比如同混凝土中的水與膠凝材料的比值。養(yǎng)護(hù)7d后移至（19±1）℃，相對濕度（60±5）%的環(huán)境中。養(yǎng)護(hù)直至預(yù)定齡期，再將水化的漿體用壓力機(jī)進(jìn)行壓碎，取漿體內(nèi)的小碎片浸泡在異丙醇內(nèi)30min，在105℃以下進(jìn)行干燥24h，取出試樣在950℃下進(jìn)行灼燒直至恒重，測出試樣的燒失量。對干基物料在相同溫度下的燒失量進(jìn)行校正，最終換算成為單位的質(zhì)量干基物料的燒失量即是漿體非蒸發(fā)水含量。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1不同外加劑對混凝土徐變的影響分析

通過對260d的徐變度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，相比摻入萘系減水劑的試件，摻入早強(qiáng)型聚羧酸減水劑第一種試件可以降低徐變43.4%；另外3種聚羧酸減水劑降低的徐變比例分別為16.4%、19.7%和11.8%。因此，每種聚羧酸減水劑對混凝土徐變都有降低作用，尤其以第一種早強(qiáng)型聚羧酸減水劑效果最為明顯。

3.2非可蒸發(fā)水含量分析

硬化的漿體水包含自由水及非可蒸發(fā)水，與萘系減水劑對比，聚羧酸減水劑在非可蒸發(fā)水的含量中具有延遲性。早期的非可蒸發(fā)水量比較低，后期的非可蒸發(fā)水量增長迅速。早強(qiáng)型聚羧酸減水劑J1的早期非可蒸發(fā)水量高于其它的聚羧酸減水劑，后期則超過了N1。而其它的組聚羧酸減水劑7d非可蒸發(fā)水量較N1j降低20.5～29.5%之間，至90d時非可蒸發(fā)水量仍低于N14.6～8.5%。此外，緩凝組分對水化具有延緩作用，減縮組分則影響不大。

3.3內(nèi)部相對濕度經(jīng)時演化分析

在加載早期，J1與N1內(nèi)部相對濕度的損失發(fā)展比較快，其它3種聚羧酸減水劑則發(fā)展較慢，水泥及礦物摻合料的水化消耗水分是此階段產(chǎn)生內(nèi)部相對濕度損失的最主要原因。在成型的90d后，各組的混凝土非可蒸發(fā)水量已經(jīng)達(dá)到260d的90%以上，混凝土的內(nèi)部相對濕度仍然存在一定程度的降低。因此，此時混凝土產(chǎn)生內(nèi)部相對濕度損失的原因主要是由于混凝土內(nèi)部水分的外部散失所造成的。自加載后的90～260d內(nèi)，摻入4種聚羧酸減水劑的混凝土的內(nèi)部相對濕度分別下降比例為2.7%、2.5%、2.5%和2.2%，此階段萘系減水劑N1的內(nèi)部相對濕度則下降了3.7%。在整個加載階段，萘系減水劑非蒸發(fā)水的總含量與后三種早強(qiáng)型聚羧酸減水劑基本一致，但內(nèi)部的相對濕度損失數(shù)值比幾種聚羧酸減水劑卻高出了3.9～5.2%。因此，在整個加載過程里，聚羧酸可有效控制內(nèi)部水分的擴(kuò)散，進(jìn)而抑制徐變的發(fā)展速度。此外，對于兩種功能組分而言，緩凝組分對降低混凝土徐變具有不利影響，減縮組分則對水化作用的影響很小。

4　討論

（1）在初始的流動度和其它組分配比均相同的條件下，相比較于萘系減水劑而言，其他幾種聚羧酸減水劑都能夠控制混凝土徐變的速度。其中，早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的效果最顯著。在加載后的260d，降低的幅度為43.3%，其它幾種聚羧酸減水劑的降低幅度分別為16.1%、19.8%和11.7%。在260d的齡期，復(fù)摻減縮劑對比較不摻的情況，可控制徐變速度為18%，但是緩凝組分卻讓徐變提高了51.5%。

（2）普通的聚羧酸減水劑具備緩凝效果，早期非可蒸發(fā)水的含量相對比較低，但對混凝土的強(qiáng)度及徐變均沒有明顯影響。摻加早強(qiáng)型聚羧酸減水劑比萘系減水劑具有更高的非可蒸發(fā)水含量，強(qiáng)度提高，徐變變低。摻入緩凝組分可以延緩水化，使得非可蒸發(fā)水的含量在后期比較低，進(jìn)而降低了混凝土的強(qiáng)度及抗徐變的能力[3]。

（3）早期混凝土的內(nèi)部濕度損失主要是因自干燥的效應(yīng)引起的，后期是因混凝土內(nèi)部的水分逐漸向外界散開引起。聚羧酸減水劑及減縮組分可以降低混凝土內(nèi)部的水分逐漸向外界散開，這種現(xiàn)象很可能是因?yàn)榧?xì)化水泥的石孔結(jié)構(gòu)降低了孔溶液的表面張力引起的。因而控制了混凝土內(nèi)的水分傳輸速度，進(jìn)而降低混凝土的徐變。

[1]高輝，張雄，張永娟.化學(xué)外加劑對混凝土氣孔結(jié)構(gòu)及水化的影響[J].功能材料，2013，44（23）：3416.

[2]杜欽.聚羧酸減水劑的早強(qiáng)性能及其機(jī)理研究[J].武漢理工大學(xué)，2012，01（01）：I.

[3]張異，錢春香，趙飛，何智海，曲軍，郭景強(qiáng)，等.化學(xué)外加劑對混凝土徐變的影響規(guī)律研究[J].功能材料，2013，44（11）：1623.

TU528

A

1673-0038（2015）02-0098-02

2014-12-25

林立寬（1969-），男，高級工程師，工程碩士，主要從事公路工程建設(shè)管理工作。