论文部分内容阅读
摘要：本章主要探讨减水剂的品种、聚羧酸高效减水剂掺量在同水灰比和同坍落度两种情况下对混凝土抗裂性能的影响。
关键词：减水剂；收缩；裂缝；混凝土
中图分类号：TU528.042.2文献标识码： A 文章编号：
1减水剂对混凝土的影响
减水剂对水泥和混凝土具有很高的分散作用，能较好地保持混凝土的坍落度，掺减水剂可以使混凝土拌合物的流动性大大提高，或者在保持相同流动性的情况下大幅度减少混凝土拌合物的用水量，同时可使混凝土具有高耐久性。合理地使用减水剂，可以获得非常显著的技术、经济效益。减水剂的应用可大幅度减少混凝土用水量，使低水胶比的实现成为可能，推动了高强混凝土的发展同时也对混凝土各种性能起到很大的改善作用，从而使混凝土具有了许多优良特性。但是，在高性能混凝土中应用减水剂也带来了一定的负面效应，其中最突出的一点就是混凝土收缩裂缝出现的几率增多，收缩是混凝土长期稳定性能的一项重要指标，收缩对混凝土结构的变形、裂缝的形成和扩展以及预应力损失具有相当大的影响，严重时有可能危及整个结构的安全性。相关文献显示，在混凝土尤其是高性能混凝土中，减水剂是影响其收缩变形的一个重要因素。
2试验方案及试验结果的分析讨论
2.1实验方案和配合比
本文共设计了10组混凝土。其中，C1为未掺减水剂的基准混凝土；在保持混凝土配合比不变和混凝土坍落度在200±20mm范围内的情况下，设计了外加剂掺加萘系、脂肪族和聚羧酸三种不同品种高效减水剂的C2-C4三组混凝土；在保持混凝土水灰比不变和混凝土坍落度（200±20mm)不变两种情况下，设计了不同聚羧酸高效减水剂掺量的C4-C10七组混凝土。所有混凝土的配合比、坍落度和抗压强度见表1。
表1掺高效减水剂的混凝土配合比、坍落度及抗压强度
2.2高效减水剂对混凝土开裂性能的影响
掺高效减水剂的所有配比混凝土的开裂性能参数见表2。
表2掺高效减水剂的混凝土开裂性能参数
2.2.1高效减水剂品种对混凝土开裂性能的影响
图1显示了高效减水剂品种对混凝土24h内的最大裂缝宽度和总开裂面积的影响。由图1可以看出，在同水灰比（0.42)、同坍落度（200±20mm)下，不同品种的高效减水剂对混凝土的最大裂缝宽度影响较大。使用聚羧酸减水剂的混凝土24内最大裂缝宽度分别是使用萘系和脂肪族减水剂的47.2%和65.8%。混凝土24h内的最大裂缝宽度大小排列顺序为：萘系减水剂>脂肪族减水剂>聚羧酸减水剂。从图1还可知，使用聚羧酸减水剂和脂肪族减水剂的混凝土单位面积的总开裂面积相差不大，基本相当。使用萘系减水剂的混凝土单位面积的总开裂面积较大，分别是使用聚羧酸减水剂和脂肪族减水剂混凝土的159.5%和156.4%。
可见，在同水灰比同坍落度下，与萘系和脂肪族减水剂相比，使用聚羧酸减水剂在一定程度上能降低混凝土的开裂风险，特别是降低混凝土24h内的最大裂缝宽度。因此，在实际工程应用中，选择聚羧酸高效减水剂可以相对提高混凝土的抗裂性能。相对于萘系和脂肪族减水剂而言，聚羧酸高效减水剂的表面张力较低,根据毛细孔张力学说可知，孔溶液表面张力降低，毛细孔负压降低，混凝土收缩降低。另外，掺聚羧酸减水剂的混凝土毛细孔负压在终凝以前的塑性-弹塑性转变阶段增长迅速，而萘系减水剂的毛细孔负压在终凝之后快速增长。因此，相对于萘系和脂肪族减水剂而言，聚羧酸减水剂表现出良好的抗开裂性能。
图1不同高效减水剂品种的混凝土抗裂性能
2.2.2同水灰比，聚羧酸减水剂掺量对混凝土开裂性能的影响
图2显示了同水灰比下，不同聚羧酸高效减水剂掺量对混凝土24h内的最大裂缝宽度和总开裂面积的影响。由图2可以看出，在保持混凝土配合比不变时，聚羧酸减水剂的渗入增加了混凝土24h内的最大裂缝宽度和总开裂面积，加剧了混凝土的开裂风险。与未掺减水剂的空白混凝土相比，聚羧酸减水剂掺量为0.6%-1.5%的混凝土最大裂缝宽度分别增加46.2%、76.9%、92.3%和115.4%。从图2还可以看出，同水灰比，聚羧酸减水剂掺量在0.6%-1.5%范围，混凝土总开裂面积随掺量增加而增加；聚羧酸减水剂掺量为0.6%的C5混凝土总开裂面积比未掺减水剂的C1混凝土增幅较小，约为14.5%;掺量为0.9%-1.5%的混凝土总开裂面积比未掺减水剂的C1混凝土增幅较大，分别为71.3%、123.0%、130.2%。
这是因为在同水灰比时，聚羧酸减水剂的掺入提高了水泥颗粒间的分散度，增加了游离水含量，使混凝土内部形成大量连通孔道，自由水的蒸發速率增加，毛细孔负压増加，混凝土收缩增加，导致混凝土的裂缝宽度和开裂面积增加。另外，未掺聚羧酸减水剂的混凝土多余自由水分被水泥颗粒包裹在内部，随水泥颗粒水化的进行自由水才被大量释放出来，这部分水在早期相对不易蒸发失去。聚羧酸减水剂掺量为0.6%的混凝土流动性也相对较低，减水剂掺入后形成的连通孔道少，水分蒸发速率也相对较低。同时，未掺减水剂和掺0.6%聚羧酸减水剂的混凝土凝聚性较好，各组分间的粘结强度较高，能有效阻止裂缝的扩展，使混凝土表面出现的裂缝较短。
图2在同水灰比（0.42)下，不同聚羧酸减水剂掺量的混凝土抗裂性能
可见，混凝土的开裂性能与混凝土的坍落度存一定的联系。在同水灰比、满足施工要求时，坍落度在50-80mm的混凝土抗裂性能相对较好。
2.2.3同坍落度，聚羧酸减水剂掺量对混凝土开裂性能的影响
图3为同坍落度，不同聚羧酸减水剂掺量对混凝土24h内的最大裂缝宽度和总开裂面积的影响。从图3可知，在控制混凝土坍落度为200±20mm范围时，聚羧酸减水剂掺量在0.6%-1.5%范围内（w/c为0.50-0.40)，混凝土24h内最大裂缝宽度和总开裂面积随聚羧酸减水剂掺量增加而减小。聚羧酸减水剂掺量为1.5%(w/c=0.40)的C10混凝土最大裂缝宽度和总开裂面积最小，抗裂性能最佳，其最大裂缝宽度和单位面积的总开裂面积分别是聚羧酸减水剂掺量为0.6%-1.2%混凝土的63.6%、75.8%、84.0%和64.6%、78.7%、82.7%。
在控制混凝土坍落度为200±20mm范围时，混凝土的水灰比随聚羧酸减水剂掺量的增加而逐渐降低。在水灰比为0.50-0.40内，水灰比越低，未水化的水泥颗粒越多，这些未水化的水泥颗粒在颗粒间距较小时会产生有利的中心质效应，减少界面过渡层的薄弱环节，使混凝土体系能抵抗较大的毛管压力，同时，拌合物体系的黏聚性较好，产生的塑性沉降较小。因此在同塌落度下(w/c=0.50-0.40),聚羧酸减水剂掺量增加，体系整体开裂面积减小。可见，通过聚羧酸减水剂掺量来控制混凝土塌落度相同时，随聚羧酸减水剂掺量增加，开裂风险降低，掺1.5%聚羧酸减水剂（w/c=0.40)的混凝土开裂风险最低，抗裂性最佳。
图3在同坍落度（200±20mni)下，不同聚羧酸减水剂掺量的混凝土抗裂性能
2.3混凝土的开裂与收缩关系探讨
减水剂的掺入会增加体系游离水含量，使混凝土内部形成大量连通孔道，改变自由水的蒸发速率，而对体系水化过程中基体内部湿度的影响相对较小。在同水灰比（0.42)和同坍落度（200±20mm)两种情况下，聚羧酸减水剂在0.6%?1.5%的掺量范围内，混凝土的总开裂面积变化趋势与砂浆的干燥收缩变化趋势较为吻合。因此，在同水灰比和同坍落度两种情况下，对混凝土的总开裂面积与砂浆28d干缩进行线性回归分析，如图4和图5所示。
图4同水灰比，掺聚羧酸减水剂混凝土的总开裂面积与28d干燥收缩的线性回归
由图4可知，在同水灰比（0.42),聚羧酸减水剂掺量在0.6%-1.5%范围，混凝土总开裂面积与28d干燥收缩有良好的线性关系。因此，在同水灰比下，掺聚羧酸减水剂提高混凝土流动性时，干燥收缩是引起混凝土开裂的主导因素。
图5同坍落度，掺聚羧酸减水剂混凝土的总开裂面积与28d干燥收缩的线性回归
由图5可知，在同坍落度（200±20mm)下，聚羧酸减水剂掺量在0.6%-1.5%(水灰比0.50-0.40)范围内，混凝土的总开裂面积与干燥收缩有良好的线性关系。因此，在同坍落度下，水灰比在0.50-0.40范围内，掺聚羧酸减水剂降低体系水灰比时，干燥收缩是引起混凝土开裂的主导因素。
3结论：
同水灰比同坍落度下，萘系和脂肪族减水剂增大砂装自收缩和干燥收缩，增大混凝土最大裂缝宽度和总开裂面积，加剧混凝土开裂风险。与萘系和脂肪族减水剂相比，聚羧酸减水剂能抑制砂浆收缩，降低混凝土开裂风险，尤其能显著降低混凝土最大裂缝宽度。
参考文献：
[1]阎培渝,廉慧珍·用整体论方法分析混凝土的早期开裂及其对策[J]·建筑技术,2003
[2]钱晓倩,詹树林,方明晖,等.减水剂对混凝土收缩和裂缝的负影响[J].铁道科学与工程学报,2004.
关键词：减水剂；收缩；裂缝；混凝土
中图分类号：TU528.042.2文献标识码： A 文章编号：
1减水剂对混凝土的影响
减水剂对水泥和混凝土具有很高的分散作用，能较好地保持混凝土的坍落度，掺减水剂可以使混凝土拌合物的流动性大大提高，或者在保持相同流动性的情况下大幅度减少混凝土拌合物的用水量，同时可使混凝土具有高耐久性。合理地使用减水剂，可以获得非常显著的技术、经济效益。减水剂的应用可大幅度减少混凝土用水量，使低水胶比的实现成为可能，推动了高强混凝土的发展同时也对混凝土各种性能起到很大的改善作用，从而使混凝土具有了许多优良特性。但是，在高性能混凝土中应用减水剂也带来了一定的负面效应，其中最突出的一点就是混凝土收缩裂缝出现的几率增多，收缩是混凝土长期稳定性能的一项重要指标，收缩对混凝土结构的变形、裂缝的形成和扩展以及预应力损失具有相当大的影响，严重时有可能危及整个结构的安全性。相关文献显示，在混凝土尤其是高性能混凝土中，减水剂是影响其收缩变形的一个重要因素。
2试验方案及试验结果的分析讨论
2.1实验方案和配合比
本文共设计了10组混凝土。其中，C1为未掺减水剂的基准混凝土；在保持混凝土配合比不变和混凝土坍落度在200±20mm范围内的情况下，设计了外加剂掺加萘系、脂肪族和聚羧酸三种不同品种高效减水剂的C2-C4三组混凝土；在保持混凝土水灰比不变和混凝土坍落度（200±20mm)不变两种情况下，设计了不同聚羧酸高效减水剂掺量的C4-C10七组混凝土。所有混凝土的配合比、坍落度和抗压强度见表1。
表1掺高效减水剂的混凝土配合比、坍落度及抗压强度
2.2高效减水剂对混凝土开裂性能的影响
掺高效减水剂的所有配比混凝土的开裂性能参数见表2。
表2掺高效减水剂的混凝土开裂性能参数
2.2.1高效减水剂品种对混凝土开裂性能的影响
图1显示了高效减水剂品种对混凝土24h内的最大裂缝宽度和总开裂面积的影响。由图1可以看出，在同水灰比（0.42)、同坍落度（200±20mm)下，不同品种的高效减水剂对混凝土的最大裂缝宽度影响较大。使用聚羧酸减水剂的混凝土24内最大裂缝宽度分别是使用萘系和脂肪族减水剂的47.2%和65.8%。混凝土24h内的最大裂缝宽度大小排列顺序为：萘系减水剂>脂肪族减水剂>聚羧酸减水剂。从图1还可知，使用聚羧酸减水剂和脂肪族减水剂的混凝土单位面积的总开裂面积相差不大，基本相当。使用萘系减水剂的混凝土单位面积的总开裂面积较大，分别是使用聚羧酸减水剂和脂肪族减水剂混凝土的159.5%和156.4%。
可见，在同水灰比同坍落度下，与萘系和脂肪族减水剂相比，使用聚羧酸减水剂在一定程度上能降低混凝土的开裂风险，特别是降低混凝土24h内的最大裂缝宽度。因此，在实际工程应用中，选择聚羧酸高效减水剂可以相对提高混凝土的抗裂性能。相对于萘系和脂肪族减水剂而言，聚羧酸高效减水剂的表面张力较低,根据毛细孔张力学说可知，孔溶液表面张力降低，毛细孔负压降低，混凝土收缩降低。另外，掺聚羧酸减水剂的混凝土毛细孔负压在终凝以前的塑性-弹塑性转变阶段增长迅速，而萘系减水剂的毛细孔负压在终凝之后快速增长。因此，相对于萘系和脂肪族减水剂而言，聚羧酸减水剂表现出良好的抗开裂性能。
图1不同高效减水剂品种的混凝土抗裂性能
2.2.2同水灰比，聚羧酸减水剂掺量对混凝土开裂性能的影响
图2显示了同水灰比下，不同聚羧酸高效减水剂掺量对混凝土24h内的最大裂缝宽度和总开裂面积的影响。由图2可以看出，在保持混凝土配合比不变时，聚羧酸减水剂的渗入增加了混凝土24h内的最大裂缝宽度和总开裂面积，加剧了混凝土的开裂风险。与未掺减水剂的空白混凝土相比，聚羧酸减水剂掺量为0.6%-1.5%的混凝土最大裂缝宽度分别增加46.2%、76.9%、92.3%和115.4%。从图2还可以看出，同水灰比，聚羧酸减水剂掺量在0.6%-1.5%范围，混凝土总开裂面积随掺量增加而增加；聚羧酸减水剂掺量为0.6%的C5混凝土总开裂面积比未掺减水剂的C1混凝土增幅较小，约为14.5%;掺量为0.9%-1.5%的混凝土总开裂面积比未掺减水剂的C1混凝土增幅较大，分别为71.3%、123.0%、130.2%。
这是因为在同水灰比时，聚羧酸减水剂的掺入提高了水泥颗粒间的分散度，增加了游离水含量，使混凝土内部形成大量连通孔道，自由水的蒸發速率增加，毛细孔负压増加，混凝土收缩增加，导致混凝土的裂缝宽度和开裂面积增加。另外，未掺聚羧酸减水剂的混凝土多余自由水分被水泥颗粒包裹在内部，随水泥颗粒水化的进行自由水才被大量释放出来，这部分水在早期相对不易蒸发失去。聚羧酸减水剂掺量为0.6%的混凝土流动性也相对较低，减水剂掺入后形成的连通孔道少，水分蒸发速率也相对较低。同时，未掺减水剂和掺0.6%聚羧酸减水剂的混凝土凝聚性较好，各组分间的粘结强度较高，能有效阻止裂缝的扩展，使混凝土表面出现的裂缝较短。
图2在同水灰比（0.42)下，不同聚羧酸减水剂掺量的混凝土抗裂性能
可见，混凝土的开裂性能与混凝土的坍落度存一定的联系。在同水灰比、满足施工要求时，坍落度在50-80mm的混凝土抗裂性能相对较好。
2.2.3同坍落度，聚羧酸减水剂掺量对混凝土开裂性能的影响
图3为同坍落度，不同聚羧酸减水剂掺量对混凝土24h内的最大裂缝宽度和总开裂面积的影响。从图3可知，在控制混凝土坍落度为200±20mm范围时，聚羧酸减水剂掺量在0.6%-1.5%范围内（w/c为0.50-0.40)，混凝土24h内最大裂缝宽度和总开裂面积随聚羧酸减水剂掺量增加而减小。聚羧酸减水剂掺量为1.5%(w/c=0.40)的C10混凝土最大裂缝宽度和总开裂面积最小，抗裂性能最佳，其最大裂缝宽度和单位面积的总开裂面积分别是聚羧酸减水剂掺量为0.6%-1.2%混凝土的63.6%、75.8%、84.0%和64.6%、78.7%、82.7%。
在控制混凝土坍落度为200±20mm范围时，混凝土的水灰比随聚羧酸减水剂掺量的增加而逐渐降低。在水灰比为0.50-0.40内，水灰比越低，未水化的水泥颗粒越多，这些未水化的水泥颗粒在颗粒间距较小时会产生有利的中心质效应，减少界面过渡层的薄弱环节，使混凝土体系能抵抗较大的毛管压力，同时，拌合物体系的黏聚性较好，产生的塑性沉降较小。因此在同塌落度下(w/c=0.50-0.40),聚羧酸减水剂掺量增加，体系整体开裂面积减小。可见，通过聚羧酸减水剂掺量来控制混凝土塌落度相同时，随聚羧酸减水剂掺量增加，开裂风险降低，掺1.5%聚羧酸减水剂（w/c=0.40)的混凝土开裂风险最低，抗裂性最佳。
图3在同坍落度（200±20mni)下，不同聚羧酸减水剂掺量的混凝土抗裂性能
2.3混凝土的开裂与收缩关系探讨
减水剂的掺入会增加体系游离水含量，使混凝土内部形成大量连通孔道，改变自由水的蒸发速率，而对体系水化过程中基体内部湿度的影响相对较小。在同水灰比（0.42)和同坍落度（200±20mm)两种情况下，聚羧酸减水剂在0.6%?1.5%的掺量范围内，混凝土的总开裂面积变化趋势与砂浆的干燥收缩变化趋势较为吻合。因此，在同水灰比和同坍落度两种情况下，对混凝土的总开裂面积与砂浆28d干缩进行线性回归分析，如图4和图5所示。
图4同水灰比，掺聚羧酸减水剂混凝土的总开裂面积与28d干燥收缩的线性回归
由图4可知，在同水灰比（0.42),聚羧酸减水剂掺量在0.6%-1.5%范围，混凝土总开裂面积与28d干燥收缩有良好的线性关系。因此，在同水灰比下，掺聚羧酸减水剂提高混凝土流动性时，干燥收缩是引起混凝土开裂的主导因素。
图5同坍落度，掺聚羧酸减水剂混凝土的总开裂面积与28d干燥收缩的线性回归
由图5可知，在同坍落度（200±20mm)下，聚羧酸减水剂掺量在0.6%-1.5%(水灰比0.50-0.40)范围内，混凝土的总开裂面积与干燥收缩有良好的线性关系。因此，在同坍落度下，水灰比在0.50-0.40范围内，掺聚羧酸减水剂降低体系水灰比时，干燥收缩是引起混凝土开裂的主导因素。
3结论：
同水灰比同坍落度下，萘系和脂肪族减水剂增大砂装自收缩和干燥收缩，增大混凝土最大裂缝宽度和总开裂面积，加剧混凝土开裂风险。与萘系和脂肪族减水剂相比，聚羧酸减水剂能抑制砂浆收缩，降低混凝土开裂风险，尤其能显著降低混凝土最大裂缝宽度。
参考文献：
[1]阎培渝,廉慧珍·用整体论方法分析混凝土的早期开裂及其对策[J]·建筑技术,2003
[2]钱晓倩,詹树林,方明晖,等.减水剂对混凝土收缩和裂缝的负影响[J].铁道科学与工程学报,2004.