王靜

（上海市嘉定區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司　上?！?01800）

前言

近代材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，讓水泥基材料的耐久性成為了人們?cè)诮ㄖI(lǐng)域所關(guān)注的重要問(wèn)題。高性能混凝土是高性能水泥基材料中的代表元素。在提升普通混凝土技術(shù)上，注重現(xiàn)代混凝土技術(shù)的應(yīng)用，有助于混凝土材料的耐久性、工作性與適用性的提升。根據(jù)高效減水劑技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以蔗糖及氨基苯磺酸為原料的高效減水劑的制備工藝已經(jīng)得到了一些學(xué)者的關(guān)注。高效減水劑對(duì)水泥基材料收縮開(kāi)裂的影響的分析，可以為水泥混凝土工程結(jié)構(gòu)研究工作的開(kāi)展提供一定的理論支持。

1　混凝土收縮與開(kāi)裂的關(guān)系

水泥基材料收縮開(kāi)裂現(xiàn)象是混凝土收縮與開(kāi)裂的關(guān)系的體現(xiàn)。在固體材料領(lǐng)域，裂縫現(xiàn)象可以被看作是一種較為常見(jiàn)的不連續(xù)現(xiàn)象[1]。一般情況下，粘著裂縫和水泥石裂縫等裂縫是較為常見(jiàn)的混凝土裂縫形式。根據(jù)裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，混凝土裂縫現(xiàn)象可以表現(xiàn)為荷載裂縫、次荷載裂縫等多種形式。不論是荷載裂縫還是次荷載裂縫，二者均與直接應(yīng)力和次應(yīng)力之間有著較為密切的聯(lián)系。混凝土的體積變化是導(dǎo)致非荷載裂縫問(wèn)題的主要原因。一般情況下，混凝土在自由收縮條件下并不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象，但是從建筑施工的設(shè)計(jì)情況來(lái)看，混凝土經(jīng)常處于約束狀態(tài)。在約束狀態(tài)下，混凝土所產(chǎn)生的拉應(yīng)力可能會(huì)超過(guò)混凝土自身的抗拉強(qiáng)度，此時(shí)混凝土?xí)霈F(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。在水泥混凝土收縮變形問(wèn)題的影響下，形變裂縫，也會(huì)成為引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題的重要因素。在對(duì)混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象進(jìn)行分析以后，我們可以發(fā)現(xiàn)，與之相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)物耐久性下降的問(wèn)題會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

2　高效減水劑對(duì)水泥及材料收縮開(kāi)裂的影響的實(shí)驗(yàn)分析

2.1　實(shí)驗(yàn)原材料

根據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》的相關(guān)內(nèi)容，平板刀口約束法是人們研究高效減水劑品種及聚羧酸減水劑應(yīng)用量對(duì)混凝土開(kāi)裂性能的影響的重要研究方法。試驗(yàn)過(guò)程中所使用的水泥為某水泥生產(chǎn)企業(yè)利用窯外分解新型干法生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥。表1所示的內(nèi)容為水泥的物理力學(xué)性能。

表1　水泥的物理力學(xué)性能

根據(jù)表格中所反映的信息，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的細(xì)集料為細(xì)度模數(shù)3.0的河沙材料，此類材料的含泥量為2.2%，泥塊含量為0.8%。試驗(yàn)所需的石灰石碎石（粗集料）的粒徑在5～20mm之間，含泥量為0.06%，泥塊含量為0.24%。試驗(yàn)過(guò)程中所應(yīng)用的高效減水劑主要有以下幾種類型：①固含量為20%的聚羧酸系高效減水劑；②固含量為40%的脂肪族類高效減水劑；③粉狀萘系減水劑；上述三種減水劑的參量分別為水泥用量的0.5～1.5%、1～2%和 0.5～1.5%[2]。

2.2　實(shí)驗(yàn)方法

在平板刀口約束法應(yīng)用于水泥基材料開(kāi)裂評(píng)價(jià)以后，試驗(yàn)人員需要根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)規(guī)范的要求，將已經(jīng)制備完成的混凝土材料澆筑至模具之中，并要在澆筑完成以后進(jìn)行振搗處理。在避免骨料外露問(wèn)題的同時(shí)，試驗(yàn)人員需要保證混凝土表面的平實(shí)度。在試件成型30min以后，相關(guān)人員需要通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)扇位置和風(fēng)速的方式調(diào)節(jié)風(fēng)俗，風(fēng)速調(diào)節(jié)區(qū)域?yàn)樵嚰砻嬷行奶幷戏?00mm處。（根據(jù)一些學(xué)者的研究結(jié)果，試件表面中心處正上方100mm處的理想風(fēng)速為8m/s，筆者對(duì)這一觀點(diǎn)持肯定態(tài)度，除此以外，根據(jù)實(shí)際情況的需要，風(fēng)向需要平與試件表面和裂縫誘導(dǎo)器）。試件存儲(chǔ)環(huán)境的濕度值需要控制在18～20℃之間；環(huán)境濕度需要控制在55～65%之間。在調(diào)節(jié)風(fēng)扇位置和風(fēng)速的同時(shí)，試驗(yàn)人員需要實(shí)時(shí)觀察試件的開(kāi)裂情況，并要在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始24h以后觀察裂縫數(shù)量、寬度及長(zhǎng)度等因素。如果刀口之中存在有多種裂縫，試驗(yàn)人員需要將這些裂縫相加折合成一條裂縫，并要借助專用化的裂縫測(cè)寬設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。平均開(kāi)裂面積、開(kāi)裂裂縫的數(shù)量惡化單位面積內(nèi)的總開(kāi)裂面積是這一試驗(yàn)方法所關(guān)注的主要試驗(yàn)指標(biāo)。

水泥砂漿收縮測(cè)定方法的應(yīng)用，要求人們?cè)谠囼?yàn)進(jìn)行過(guò)程中，關(guān)注骨料種類變化所引起的收縮率波動(dòng)問(wèn)題?，F(xiàn)階段用于測(cè)定水泥基材料砂漿收縮的主要材料為ISO標(biāo)準(zhǔn)砂配制的砂漿。根據(jù)試驗(yàn)的需要，實(shí)驗(yàn)人員可以將砂漿膠凝材料控制為450g，水灰比與混凝土的水灰比之間的理想比例為1：3。除此以外，試驗(yàn)人員需要保證同一配比的干縮試樣與自收縮試樣同時(shí)成型。試驗(yàn)過(guò)程中所應(yīng)用的三聯(lián)試模成型試樣為40mm×40mm×160mm的試樣。試驗(yàn)過(guò)程所需的收縮試件模器兩端需要安裝銅側(cè)頭。在砂漿入模完成以后，試驗(yàn)人員在對(duì)混凝土表面進(jìn)行搗實(shí)、抹平處理以后，需要在模型表面覆蓋塑料薄膜或濕布，以避免水分散失問(wèn)題的出現(xiàn)。在水泥基齡期為0～12h的情況下，試驗(yàn)人員需要每隔3h開(kāi)展一次數(shù)據(jù)測(cè)讀；在齡期為12～72h階段，試驗(yàn)人員的數(shù)據(jù)測(cè)度頻次為每12h一次，在72～168h之間，試驗(yàn)人員需要每天完成一次數(shù)據(jù)測(cè)讀。收縮測(cè)試終齡期為7d，7d以后，試驗(yàn)人員需要在完成干燥試樣脫模處理以后，將水泥基實(shí)踐置于水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)的時(shí)間為2d，水溫需要控制在20℃左右。在完成養(yǎng)護(hù)以后，水泥基存儲(chǔ)環(huán)境的環(huán)境溫度需要控制在17～23℃之間；環(huán)境相對(duì)濕度需要控制在46～54%之間。

3　試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1　高效減水劑對(duì)水泥基材料開(kāi)裂性能的影響

根據(jù)水泥基混凝土抗裂性能試驗(yàn)及水泥砂漿收縮測(cè)定試驗(yàn)的內(nèi)容，試驗(yàn)人員在試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，需要保證混凝土混合比的一致性。并要在對(duì)不同種類的減水劑進(jìn)行應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)高效減水劑品種度混凝土抗裂性能的影響進(jìn)行分析。表2所示的內(nèi)容為不同高效減水劑品種的混凝土配合比、坍落度與強(qiáng)度的變化情況。

表2　不同高效減水劑品種的混凝土配合比、坍落度與強(qiáng)度

根據(jù)上述表格所反映的信息，不同種類的高效減水劑品種對(duì)水泥基材料收縮開(kāi)裂的影響主要集中在了最大裂縫寬度及單位面積內(nèi)的總開(kāi)裂面積等多種因素。以不同減水劑對(duì)混凝土最大裂縫寬度大小為例，聚羧酸減水劑應(yīng)用以后的混凝土單位面積總開(kāi)裂面積與脂肪族減水劑的混凝土單位面積總開(kāi)裂面積之間具有一定的相似性。應(yīng)用萘系減水劑的混凝土單位面積的總開(kāi)裂面積高于其他兩種減水劑的單位面積總開(kāi)裂面積，故而在對(duì)最大裂縫寬度和單位面積總開(kāi)裂面積等因素進(jìn)行綜合分析以后，可以發(fā)現(xiàn)，聚羧酸減水劑的應(yīng)用，具有著降低混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的作用。這種高效減水劑可以讓混凝土在24h內(nèi)的最大裂縫寬度得到控制[3]。

因?yàn)閷?shí)驗(yàn)環(huán)境控制在在水灰比相同的環(huán)境下，聚羧酸減水劑摻量與水泥顆粒分散度之間會(huì)呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，前者的增加，可以發(fā)揮出提升分散度的作用。體積流動(dòng)度游離水含量的增加，可以在提升自由水蒸發(fā)速率的基礎(chǔ)上，加劇混凝土的開(kāi)裂。在坍落度相同的情況下，混凝土24h內(nèi)的最大裂縫寬度與減水劑摻量之間存在一種負(fù)相關(guān)關(guān)系，單位面積總開(kāi)裂面積與摻量之間也具有負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3.2　高效減水劑對(duì)水泥基材料收縮性能的影響

高效減水劑水泥砂漿收縮測(cè)定方法的實(shí)驗(yàn)原理為借助水泥砂漿的收縮分析混凝土的收縮情況。表3所示的內(nèi)容為不同品種高效減水劑水泥砂漿配合比對(duì)及膠砂流動(dòng)度的變化情況。

表3　不同品種高效減水劑水泥膠砂配比及流動(dòng)度

根據(jù)上述圖表所反映的信息，相比于萘系減水劑和脂肪族減水劑，聚羧酸減水劑具有著抑制砂漿自收縮與干燥收縮的作用。

4　結(jié)語(yǔ)

水泥基材料收縮開(kāi)裂性能與高效減水劑的種類之間存在這一定的聯(lián)系。相比于萘系減水劑和脂肪族減水劑，聚羧酸減水劑不會(huì)表現(xiàn)出存在會(huì)加劇混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。聚羧酸減水劑所具有抑制砂漿自收縮與干燥功能可以為水泥基材料的質(zhì)量提供一定保障。

[1]李彥青，郝光明，羅 應(yīng)，孔紅星，李利軍，王勤為.以蔗糖及對(duì)氨基苯磺酸為原料高效減水劑的合成[J].新型建筑材料，2017，44（01）：81～85.

[2]李國(guó)新，曾志英，陳暢，史琛，李娜.泥粉對(duì)摻高效減水劑水泥漿體流動(dòng)性的影響及對(duì)策研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2013，32（07）：1340～1345+1351.

[3]何廷樹(shù)，申富強(qiáng)，王福川，王會(huì)安.復(fù)合使用高效減水劑與緩凝劑對(duì)水泥水化歷程的影響[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2007（06）：796～800.