三種常用混凝土早期減縮抗裂材料的試驗(yàn)研究

隨著泵送設(shè)計(jì)的廣泛應(yīng)用和高性能混凝土的開(kāi)發(fā)，化學(xué)外加劑的廣泛應(yīng)用，尤其是減水劑的廣泛應(yīng)用，顯著增加了混凝土的收縮。學(xué)術(shù)界對(duì)此有了更一致的認(rèn)識(shí)?；炷恋脑缙谑湛s增大,隨之而來(lái)的問(wèn)題是裂縫出現(xiàn)的時(shí)間大大提前,有的裂縫發(fā)生在拆模時(shí),有的甚至發(fā)生在混凝土澆注后12h之內(nèi)。目前混凝土工程中常用的減縮抗裂材料包括膨脹劑補(bǔ)償收縮、減縮劑減少收縮以及聚丙烯纖維阻裂增韌。目前我國(guó)混凝土的收縮試驗(yàn)是根據(jù)GBJ82《混凝土耐久性和長(zhǎng)期力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行的,該試驗(yàn)方法對(duì)混凝土3d之內(nèi)的早期收縮無(wú)法反映?；炷猎缙谙嚓P(guān)的試驗(yàn)研究多集中于抗裂試驗(yàn),對(duì)早期塑性收縮的研究也相對(duì)較少。文中通過(guò)對(duì)同水灰比試驗(yàn)條件下三種常用材料對(duì)混凝土早期收縮性能的影響進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究,明確三種常用材料對(duì)混凝土早期塑性收縮的影響,以期為混凝土工程中的實(shí)際應(yīng)用提供參考。1原材料和試驗(yàn)方法1.1高效減水劑及減縮劑粗骨料:碎石,最大粒徑31.5mm。細(xì)骨料:河砂,細(xì)度模數(shù)為2.61。水泥:P.O.42.5水泥(浙江都水泥有限公司生產(chǎn))。聚丙烯纖維:聚丙烯拉絲異型纖維(杭州華馳新型建筑材料有限公司生產(chǎn))。減水劑:脂肪族高效減水劑TA201(浙江大東吳建設(shè)新材料有限公司生產(chǎn))。減縮劑:浙江大學(xué)建筑材料研究所開(kāi)發(fā)研制的新型減縮劑ZDD-A。膨脹劑:HL-HEA高效混凝土膨脹劑(浙江合力新型建材有限公司生產(chǎn))。1.2混凝土配合比試驗(yàn)文中采用的混凝土早期收縮測(cè)量裝置是浙江大學(xué)建筑材料研究所自行設(shè)計(jì)的,詳見(jiàn)圖1。本試驗(yàn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30,混凝土水灰比為0.46,為了保持各配比混凝土同坍落度,用水量略有差異。為了更客觀地比較,三種材料的摻量均采用生產(chǎn)廠家的推薦摻量。即聚丙烯纖維摻量為0.9kg/m3,膨脹劑摻量為8%,等量取代水泥,減縮劑摻量為1.6%?；炷僚浜媳纫?jiàn)表1。每種試驗(yàn)條件下有六組試件,包括不摻任何外加材料的基準(zhǔn)試件、三組單摻聚丙烯纖維、減縮劑、膨脹劑的試件、一組聚丙烯纖維和減縮劑雙摻的試件,一組聚丙烯纖維和膨脹劑雙摻的試件、在相對(duì)濕度60±5%、溫度20±2℃的恒溫、恒濕養(yǎng)護(hù)室內(nèi)敞開(kāi)自然養(yǎng)護(hù)。凝土澆注后5h(初凝)為混凝土收縮的起測(cè)時(shí)間,整個(gè)測(cè)量過(guò)程采用千分表人工讀數(shù)。2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1雙摻膨脹劑的混凝土減縮性能本試驗(yàn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30,水灰比為0.46,同水灰比條件下混凝土的配合比及實(shí)測(cè)坍落度詳見(jiàn)表1。摻入聚丙烯纖維和膨脹劑的混凝土早期收縮曲線(xiàn)如圖2所示。從表1和圖2中可以看出:截至澆筑后3d,混凝土的收縮曲線(xiàn)趨于平穩(wěn)。與基準(zhǔn)混凝土比較,摻加聚丙烯纖維和膨脹劑的混凝土收縮值分別從571.2×10-6mm降低至451.9×10-6mm、449.9×10-6mm,減縮率分別為20.89%和21.24%。也就是說(shuō),在本試驗(yàn)條件下,盡管作用機(jī)理不同,摻量為0.9kg/m3的聚丙烯纖維和摻量為8%的膨脹劑都具有一定的減縮效果,且減縮率極為接近。值得注意的是,與基準(zhǔn)混凝土相比,聚丙烯纖維和膨脹劑雙摻的混凝土3d的收縮值從571.2×10-6mm降低至369.4×10-6mm,減縮率達(dá)到35.33%,見(jiàn)圖2。這一數(shù)值將單摻聚丙烯纖維和單摻膨脹劑的混凝土減縮率分別降低了14.4%、14.1%。從中可以看出雙摻膨脹劑和聚丙烯纖維對(duì)于減小混凝土早期收縮具有一定的復(fù)合效果,可以較為明顯地提高單摻這兩種材料的減縮率。摻入膨脹劑的混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷“收縮-膨脹”的過(guò)程,膨脹會(huì)在一定程度上補(bǔ)償混凝土的早期收縮,這一補(bǔ)償收縮的過(guò)程可以從摻加膨脹劑的試件JH、JHP的收縮曲線(xiàn)中明顯地看出:在6~24h這一時(shí)間段內(nèi),混凝土收縮曲線(xiàn)有明顯的回落,這也是膨脹劑表現(xiàn)出明顯效應(yīng)的時(shí)間段。聚丙烯纖維能夠降低混凝土早期收縮的主要原因可能是纖維在混凝土內(nèi)部形成了三維亂向體系,這一方面有效抑制了混凝土中骨料的集中和下沉,提高了混凝土的勻質(zhì)性,另一方面阻斷了混凝土內(nèi)部水分溢出的通道,延緩或減少了水分的散失,進(jìn)而降低了混凝土早期由于水分散失形成的收縮。雙摻聚丙烯纖維和減縮劑對(duì)降低混凝土早期收縮表現(xiàn)出了良好的疊加效果。分析其原因,是因?yàn)榕蛎泟┲械呐蛎浗M分發(fā)揮作用需要良好的外部濕度條件,而聚丙烯纖維的摻入在一定程度上阻隔了水分散失通道,一部分原本可能散失的水分滯留在混凝土內(nèi)部;這部分滯留的水分一方面為膨脹劑中的膨脹組分發(fā)揮效應(yīng)提供了良好的外部條件,另一方面又降低了混凝土因水分散失引起的收縮。2.2減縮劑的減縮機(jī)理?yè)饺刖郾├w維和膨脹劑的混凝土早期收縮曲線(xiàn)如圖3所示。從表1和圖3中可以看出:截至澆筑后3d,混凝土的收縮曲線(xiàn)趨于平穩(wěn)。與基準(zhǔn)混凝土比較,摻加減縮劑的混凝土收縮值從571.2×10-6mm降低至303.7×10-6mm,減縮率達(dá)到46.83%。而減縮劑和聚丙烯纖維雙摻的收縮值318.2×10-6mm,較基準(zhǔn)混凝土減縮率為44.29%,這與減縮劑單摻的減縮率極其接近。因此,雙摻纖維和減縮劑對(duì)減縮劑的減縮效果并無(wú)明顯提高。減縮劑是通過(guò)水的物理過(guò)程起作用,因此幾乎不存在水泥適應(yīng)性的問(wèn)題。減縮劑的主要作用機(jī)理是通過(guò)可以降低混凝土孔隙水的表面張力,進(jìn)而減小毛細(xì)孔失水時(shí)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。減縮劑能使混凝土孔隙水的粘度增加,并增強(qiáng)水分子在凝膠體中的吸附作用,從而能進(jìn)一步減小混凝土的最終收縮值。從減縮劑的作用機(jī)理分析可以看出,減縮劑對(duì)外部條件尤其是水分條件的要求相對(duì)較低,因此,相對(duì)膨脹劑相來(lái)說(shuō),其減縮效應(yīng)的發(fā)揮也更為穩(wěn)定;這也可能是減縮劑與聚丙烯纖維雙摻不具有疊加效果的原因所在。2.3通過(guò)對(duì)三種材料措施對(duì)混凝土初收縮值的影響的分析結(jié)合前期收縮試驗(yàn)結(jié)果,我們可以對(duì)這三種混凝土減縮抗裂材料做一個(gè)全面的比較。2.3.1減縮劑的使用效果試驗(yàn)結(jié)果表明:從聚丙烯纖維、膨脹劑和減縮劑的減縮率來(lái)看,三種材料的排序如下:減縮劑≈減縮劑+聚丙烯纖維>膨脹劑+聚丙烯纖維>膨脹劑>聚丙烯纖維,減縮劑具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。單從減少混凝土早期收縮的角度來(lái)看,而最有效的措施是單摻減縮劑,其次是聚丙烯纖維和減縮劑或膨脹劑復(fù)合使用,而膨脹劑和聚丙烯纖維單摻的效果相對(duì)較差。考慮到減縮劑已經(jīng)具有較大的減縮率,而加入聚丙烯纖維對(duì)其減縮率并無(wú)明顯提高,從經(jīng)濟(jì)性考慮,如果僅做減縮措施,減縮劑和聚丙烯纖維不宜雙摻。2.3.2減縮抗裂材料的篩選從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出:在本試驗(yàn)條件下,減縮劑減小混凝土早期收縮的效果最為明顯,減縮率可達(dá)45%以上,雙摻聚丙烯纖維和膨脹劑也具有相當(dāng)好的減縮效果,減縮率達(dá)到35%以上,相對(duì)而言,單摻聚丙烯纖維和膨脹劑效果不甚明顯,減縮率在20%左右。從裂縫數(shù)量和裂縫寬度的變化情況來(lái)看,聚丙烯纖維可以有效抵抗裂縫的擴(kuò)展,具有較好的阻裂效果。從提高混凝土早期減縮抗裂性能來(lái)看,三種材料的優(yōu)劣次序?yàn)?減縮劑≈減縮劑+聚丙烯纖維>聚丙烯纖維+膨脹劑>聚丙烯纖維>膨脹劑?？紤]到減縮劑經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較高,雙摻聚丙烯纖維和膨脹劑也是提高混凝土早期收縮抗裂性能的有效措施。3混凝土減縮劑的應(yīng)用摻膨脹劑補(bǔ)償收縮、摻減縮劑減小收縮、摻纖維限制收縮是目前改善混凝土早期收縮抗裂性能的三種主要材料措施,文中通過(guò)早期收縮試驗(yàn)對(duì)這三種措施做了對(duì)比分析,總結(jié)如下:(1)在同水灰比條件下,膨脹劑、減縮劑和聚丙烯纖維都能有效降低混凝土的早期收縮值。截至混凝土澆筑后3d,這三種材料的減縮率分別為20.90%和21.24%、44.29%,減縮劑的減縮率明顯高出另兩種材料。(2)雙摻聚丙烯纖維和膨脹劑和聚丙烯纖維