摘要 外加劑是用于混凝土拌和中改變混凝土性能的重要化學(xué)物質(zhì)，其品種和用量的不同會(huì)對(duì)混凝土性能產(chǎn)生不同影響。為了利用外加劑增強(qiáng)混凝土抗裂性和預(yù)防收縮徐變，文章通過(guò)試驗(yàn)分析外加劑對(duì)混凝土收縮開(kāi)裂的影響，確定外加劑品種與摻量的不同對(duì)混凝土收縮開(kāi)裂的具體影響，旨在探尋外加劑與砂漿收縮、混凝土開(kāi)裂之間的關(guān)系，為合理選擇外加劑和科學(xué)控制外加劑摻量提供參考。

關(guān)鍵詞 混凝土；外加劑；收縮開(kāi)裂

中圖分類號(hào) TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）07-0133-03

0 引言

外加劑技術(shù)的創(chuàng)新有助于混凝土行業(yè)的快速發(fā)展，科學(xué)、合理地應(yīng)用外加劑可以更精準(zhǔn)、高效地控制混凝土性能。但隨著國(guó)內(nèi)水泥標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整，化學(xué)外加劑摻入混凝土后早期收縮開(kāi)裂問(wèn)題嚴(yán)重，對(duì)建筑工程質(zhì)量構(gòu)成極大威脅。因此，探究外加劑對(duì)混凝土收縮開(kāi)裂的影響具有必要性，以便合理調(diào)整混凝土配合比、外加劑摻量與類型，改善混凝土性能。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

該次試驗(yàn)所需原材料包括水泥、外加劑、集料和水，其中水泥采用外加劑檢測(cè)專用產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)如見(jiàn)表1。

外加劑有以下三種：減水率為20%的高濃粉狀萘系高效減水劑（TK）；工業(yè)級(jí)葡萄糖酸鈉（糖鈉）為緩凝劑；工業(yè)無(wú)水硫酸鈉（Na2SO4）作為早強(qiáng)劑。集料為細(xì)河砂與石灰石碎石。水為潔凈自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 基本性能試驗(yàn)

混凝土配合比設(shè)計(jì)、和易性、力學(xué)性能測(cè)定分別按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55—2019）《普通混凝土拌和物性能測(cè)試方法》（GB/T 50080 —2016）《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2019）進(jìn)行[1]。水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定按照《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》（GB/T2419—2005）進(jìn)行。

1.2.2 耐久性試驗(yàn)

混凝土抗裂性能試驗(yàn)。按照《普通混凝長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法（GB/T 50082—2009）》進(jìn)行。采用平板刀口約束法對(duì)混凝土開(kāi)裂情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有混凝土24 h內(nèi)的最大裂縫寬度和單位面積總開(kāi)裂面積。計(jì)算單位面積的總開(kāi)裂面積采用公式：

c =a·b （1）

式中，a——裂縫平均開(kāi)裂面積，計(jì)算公式為；b——單位面積開(kāi)裂裂縫數(shù)目，計(jì)算公式為 ；wi——第i條裂縫最大寬度；li——第i條裂縫長(zhǎng)度；N——縱裂縫數(shù)目；A——平板面積[2]。

砂漿收縮試驗(yàn)。按照ISO標(biāo)準(zhǔn)配制砂漿，分別測(cè)定不同齡期下砂漿的干縮率，并采用第28 d齡期干縮率表征砂漿干縮受外加劑的影響。計(jì)算砂漿收縮率采用公式（2）：

εi=（l0?li）l （2）

式中，l0——初始測(cè)量長(zhǎng)度；li——某齡期測(cè)量長(zhǎng)度； l——試件有效長(zhǎng)度[3]。

2 混凝土配合比

混凝土配合比中保持其他原材料用量不變，僅對(duì)水灰比與外加劑摻量進(jìn)行改變，在水灰比為0.3、0.4、0.5時(shí)，配合比情況如表2所示。其中0.3、0.4表示低水灰比，0.5表示高水灰比。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

3.1 高效減水劑對(duì)混凝土收縮開(kāi)裂的影響

在不同水灰比下，摻入不同劑量高效減水劑后混凝土基本性能與耐久試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，隨著高效減水劑摻量的提高初裂時(shí)間逐漸遷移，但在24 h之后，混凝土最大裂寬與開(kāi)裂面積之間并未同時(shí)隨著開(kāi)裂時(shí)間遷移而形成統(tǒng)一對(duì)應(yīng)關(guān)系，反而在不同水灰比下呈現(xiàn)出不同的變化。不同水灰比、不同高效減水劑摻量下混凝土開(kāi)裂面積如圖1所示。

綜合表3與圖1，在高水灰比下，隨著高效減水劑摻量的增加，混凝土24 h后的裂寬變大、開(kāi)裂面積變大、裂縫數(shù)目也有所增多，該結(jié)果意味著提高高效減水劑摻量會(huì)導(dǎo)致混凝土早期抗開(kāi)裂性能下降。但在低水灰比下，高效減水劑摻量提高并未使裂縫寬度擴(kuò)大和開(kāi)裂面積增加，反而縮短混凝土初凝時(shí)間，改善其早期抗開(kāi)裂性能。

減水劑是一種在不改變混凝土坍落度前提下減少拌和用水的外加劑，其在混凝土中的作用機(jī)理如下：當(dāng)水泥通過(guò)水化反應(yīng)釋放出帶正電荷的鈣離子后會(huì)吸附在帶負(fù)電荷的水泥顆粒表面，導(dǎo)致水泥粒子帶正電荷，但減水劑分子帶負(fù)電荷，其吸附在鈣離子上，則會(huì)使水泥顆粒表面形成一種帶負(fù)電荷的溶劑化膜，其可以作為一種介質(zhì)，影響水泥粒子表面能，降低水化反應(yīng)過(guò)程中水泥分散體熱力學(xué)不穩(wěn)定性，簡(jiǎn)單來(lái)講，就是使水化反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行。同時(shí)，減水劑的應(yīng)用會(huì)使水泥粒子動(dòng)電電位增大，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的靜電斥力，對(duì)水泥粒子絮凝結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，使水泥粒子以分散形式存在，且在阻止絮凝結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中溶劑膜本身也會(huì)發(fā)揮重要作用，其可以對(duì)空間進(jìn)行保護(hù)。此外，由于溶劑化膜存在，水泥的初期水化反應(yīng)并不強(qiáng)烈，從而可以使游離水量提高，增強(qiáng)水泥流動(dòng)性。因此，減水劑切實(shí)可以通過(guò)提升水泥凝聚體分散度使吸附水、游離水的比例得到改善，使游離水?dāng)?shù)量增多，從而在增強(qiáng)砂漿流動(dòng)性的同時(shí)不影響其穩(wěn)定性[4]。在該作用機(jī)理下，相同水灰比條件下高效減水劑摻量增加后，游離水越來(lái)越多，會(huì)加大混凝土失水率，導(dǎo)致混凝土表面毛細(xì)管出現(xiàn)張力，容易產(chǎn)生裂縫。隨著混凝土固結(jié)，其強(qiáng)度大幅度地提高，在裂縫以及自身自收縮的影響下，混凝土凝結(jié)速率越來(lái)越慢。

綜合來(lái)看，在高水灰比條件下，高效減水劑摻量的提升會(huì)對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間產(chǎn)生影響，此時(shí)高效減水劑無(wú)法改善混凝土早期抗收縮開(kāi)裂性能。在低水灰比條件下，提升高效減水劑摻量，會(huì)使混凝土凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，影響水化效果，早期會(huì)出現(xiàn)毛細(xì)孔過(guò)粗情況，但干燥收縮值偏低；且高摻量下減水劑也會(huì)發(fā)揮緩凝作用，使混凝土自收縮之后，收縮值不斷下降，從而可以確定減水劑對(duì)改善混凝土早期收縮開(kāi)裂性具有一定價(jià)值。

3.2 復(fù)配緩凝劑對(duì)混凝土收縮開(kāi)裂的影響

在不同水灰比下，由高效減水劑復(fù)配緩凝劑，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出復(fù)配緩凝劑后混凝土24 h開(kāi)裂面積明顯小于單摻高效減水劑。且在高水灰比條件下，復(fù)配緩凝劑后初裂時(shí)間提早、24 h后裂寬增大、裂縫條數(shù)較多，表示混凝土早期存在明顯的抗裂性能不足問(wèn)題。在低水灰比時(shí)，混凝土的初凝時(shí)間均有所前移，裂縫也相對(duì)減少，表示復(fù)配緩凝劑可以改善低水灰比混凝土早期抗裂性。

綜合來(lái)看，復(fù)配緩凝劑后，通過(guò)發(fā)揮緩凝作用可以降低混凝土早期強(qiáng)度，使其收縮開(kāi)裂性能也隨之下降，但也會(huì)發(fā)揮減水作用，避免早期析出過(guò)多水，從而使初裂時(shí)間前移。當(dāng)混凝土水灰比較高時(shí)，緩凝劑的摻入延緩混凝土凝結(jié)，使其早期強(qiáng)度下降，更易產(chǎn)生裂縫；當(dāng)水灰比較低時(shí)，緩凝作用較小，可以與混凝土早期自收縮“滯后效應(yīng)”相抵，使其早期總收縮值減小。因此，高效減水劑復(fù)配緩凝劑時(shí)，僅在低水灰比混凝土中可以發(fā)揮改善其早期抗裂性能的作用。

3.3 復(fù)配早強(qiáng)劑對(duì)混凝土收縮開(kāi)裂的影響

在不同水灰比下，由高效減水劑復(fù)配早強(qiáng)劑，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出，高效減水劑復(fù)配早強(qiáng)劑后，混凝土早期開(kāi)裂面積明顯大于單摻高效減水劑。在高水灰比條件下，雖然使混凝土初凝時(shí)間有所延長(zhǎng)，但早期抗開(kāi)裂性能并未改善，反而偏低。在低水灰比條件下，出現(xiàn)與上述相同情況，僅可以看出混凝土初凝時(shí)間有所推遲，抗裂性能并未得到明顯改善。

綜合來(lái)看，在混凝土中加入早強(qiáng)劑后，以硫酸鈣為主要成分的早強(qiáng)劑在與水泥水化反應(yīng)后產(chǎn)生的氫氧化鈣相遇后會(huì)發(fā)生置換反應(yīng)，生成氫氧化鈉以及硫酸鈣[5]。該反應(yīng)過(guò)程為：Na2SO4+Ca（OH）2+nH2O→2NaOH+CaSO4·2H2O+（n-2）H2O。而該反應(yīng)期間需要消耗大量的水，會(huì)使游離水減少，因此，加入早強(qiáng)劑后會(huì)降低混凝土的失水率。同時(shí)，反應(yīng)中生成的CaSO4·2H2O活性高，遇到水泥熟料中的鋁酸三鈣也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，從而加速硫鋁酸鈣的析出速度。在新生成的氫氧化物可以使水泥熟料中C3A石膏的溶解更充分，為加速生成硫鋁酸鈣創(chuàng)造了條件，使混凝土中硫鋁酸鈣含量大幅提高，從而加速混凝土硬化，使其早期強(qiáng)度提升。因此，復(fù)配早強(qiáng)劑后混凝土開(kāi)裂時(shí)間較晚，但并不代表混凝土早期抗裂性能增強(qiáng)，因開(kāi)裂后裂縫快速發(fā)展，24 h內(nèi)開(kāi)裂趨勢(shì)則不斷增強(qiáng)。此外，復(fù)配早強(qiáng)劑后可以提升混凝土早期強(qiáng)度，但水泥水化反應(yīng)程度也大幅度提高，會(huì)使混凝土構(gòu)件有更多毛細(xì)孔，經(jīng)電鏡分析也可以發(fā)現(xiàn)混凝土中硫鋁酸鹽晶體更多，均填充在毛細(xì)孔內(nèi)，從而進(jìn)一步提升混凝土早期干燥收縮值，也加劇混凝土的自收縮?？偠灾?，早強(qiáng)劑可以增強(qiáng)混凝土早期強(qiáng)度，但在任何水灰比條件下其均會(huì)使混凝土早期抗裂性能下降。

4 結(jié)論

外加劑會(huì)對(duì)混凝土收縮開(kāi)裂產(chǎn)生實(shí)際影響，但外加劑品種不同、摻量不同產(chǎn)生的影響不同?；炷潦湛s開(kāi)裂主要受其強(qiáng)度與早期收縮的影響，在低水灰比條件下其收縮開(kāi)裂主要受早期收縮影響，在高水灰比條件下其收縮開(kāi)裂主要受強(qiáng)度影響。因此，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，摻入不同品種與劑量的外加劑后，可以得出以下結(jié)論：①在低水灰比條件下，摻入高效減水劑（摻量不宜過(guò)高）以及復(fù)配適量的緩凝劑均有利于改善混凝土早期抗收縮開(kāi)裂性能，但加入早強(qiáng)劑無(wú)法改善早期抗收縮開(kāi)裂性能。②在高水灰比條件下，增加高效減水劑摻量或復(fù)配大量緩凝劑均無(wú)法提升混凝土早期抗收縮性，可以通過(guò)降低減水劑摻量或減少緩凝組分改善，但加入早強(qiáng)劑無(wú)法改善早期抗收縮開(kāi)裂性。

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