高效減水劑對水泥基材料收縮開裂的影響分析

周娜　韓文輝

摘要：社會的進步、經濟的發展，推動著我國城市化建設進程不斷加快，這樣的背景下，建筑行業也得到了迅速發展。科學技術的發展，推動著建筑施工技術的改進與完善，為促進建筑建設質量的提高奠定了良好的基礎。但除了施工技術之外，建筑建設質量還受到諸多其他因素的影響。如水泥基材料質量的優劣，便在很大程度上影響著建筑物的整體建設效率與效果。隨著近代材料科學的發展，使得水泥基材料的質量穩定性、安全性、耐久性受到了建筑領域越來越多的重視。文章主要探討了高效減水劑對水泥基材料收縮開裂的影響，以供參考借鑒。

關鍵詞：高效減水劑；水泥基材料；收縮開裂

當今時代背景下，人們的生活水平得到了明顯的提高，必須提高建筑建設質量，創造出符合人們實際需求的、高質量的建筑物，才能使建筑行業能夠適應社會發展要求，得到更好的生存與發展。高效減水劑對水泥基材料收縮開裂的影響的研究，重點在于對高效減水劑對砂漿干燥收縮、砂漿自收縮的影響進行分析，但其前提是混凝土水灰比、砂漿水灰比一致。[1]下文中，筆者以混凝土收縮、混凝土開裂作為入手點，來探討高效減水劑對水泥基材料收縮開裂的影響。

1 水泥基材料收縮開裂

混凝土收縮、混凝土開裂是水泥基材料收縮開裂的主要原因與具體體現。通常來說，混凝土裂縫比較常見的形式主要有水泥石裂縫、粘著裂縫。根據裂縫產生原因的不同，還可以將混凝土裂縫分為荷載裂縫形式以及次荷載裂縫形式，這兩種裂縫形式與直接應力、次應力密切相關。非荷載裂縫出現的原因主要是混凝土的體積出現了變化。[2]自由收縮條件下，混凝土一般不會發生開裂問題，但是，通過分析建筑的實際施工設計情況發現，混凝土多數情況下為約束狀態，在這樣的狀態下，其產生的拉應力有很大的幾率會超過其自身抗拉強度，導致裂縫現象的出現。水泥基材料混凝土出現收縮變形，導致形變裂縫出現之后，便會誘發混凝土結構裂縫的出現，影響水泥基材料的質量，若將使用在建筑工程的實際建設過程中，便會給建筑工程的施工及使用埋下諸多安全隱患。加強對水泥基材料收縮開裂問題的研究，對實現建筑行業的持續發展，有著十分重要的意義。

2 高效減水劑對水泥基材料收縮開裂的影響實驗

2.1 材料

按照GBT500822009中的內容，針對高效減水劑對混凝土收縮開裂及性能、聚羧酸減水劑對混凝土收縮開裂及性能這兩個課題進行研究的時候，可以采取平板刀口約束方法。[3]本研究實驗中所使用的材料包括：①高效減水劑。聚羧酸系高效減水劑，固含量20%，參量占水泥總用量的0.5%～1.5%；脂肪族類高效減水劑，固含量40%，參量占水泥總用量的1%～2%；粉狀萘系高效減水劑，參量占水泥總用量的0.5%～15%。②硅酸鹽水泥。其物理力學性能如下：比表面積382m2/kg，初凝156min、終凝231min、3d抗折強度4.7MPa、28d抗折強度8.6MPa、3d抗壓強度27.2MPa、28d抗壓強度532MPa。③河沙，細度模數3.0，泥塊含量0.8%，含泥量22%。④粗集料石灰石碎石，粒徑5mm～20mm，泥塊含量024%，含泥量0.06%。

2.2 方法

使用平板刀口約束方法，對水泥基材料裂縫進行評估后，應根據相關規范要求，將制備完成的混凝土澆筑到模具中，并給予振搗處理。[4]這個過程中，需要預防骨料外露問題，還要確保混凝土表面具有理想的平實度，以避免誤差的出現，確保實驗結果的準確度。試件成型30min之后，應對風扇位置進行調節，并要對風速進行適當的調節，具體的調節區域是試件表面中心位置的正上方100mm處，該位置的風速為8m/s。[5]試件存儲時，應嚴格控制溫濕度，溫度為18℃～20℃，濕度為55～65%。對風速、風扇位置進行調節的時候，需要對試件開裂情況進行檢查，24h后，再次觀察試件上的裂縫數量、長度、寬度。若是刀口中有多種裂縫，則需要將其折合為一條裂縫，使用專用裂縫測寬設備來對其進行準確的測量。試驗指標包括開裂裂縫數量、平均開裂面積以及單位面積內的總開裂面積。

使用水泥砂漿收縮測量方法的時候，試驗過程中，應注重骨料種類變化而帶來的收縮率波動現象。就目前來說，對水泥基材料砂漿收縮進行試驗研究的時候，需要使用ISO標準砂所配制的砂漿，砂漿膠凝材料450g，其水灰比與混凝土水灰比之間的比例為1：3。與此同時，應確保配比相同的自收縮試樣、干縮試樣可以同時成型。三聯試模成型試樣的尺寸為40mm×40mm×160mm。將銅側頭安裝在收縮試件模器的兩端位置。砂漿入模后，搗實、抹平混凝土表面，并覆蓋濕布或塑料薄膜，以預防水分散失。水泥基材料齡期為≤12h的時候，每隔3h就要測讀一次數據；水泥基材料齡期在12h～72h之間的時候，每隔12h測讀一次數據；水泥基齡期在72h～168h之間的時候，每隔24h測讀一次數據。7d為收縮測試的終齡期，7d后，干燥試樣，并進行脫模處理，然后將其放到水中養護2d，水溫20℃左右為宜。養護完成后，存儲水泥基的時候，應嚴格控制環境溫濕度，溫度為17℃～23℃，濕度為46%～54%。

3 高效減水劑對水泥基材料收縮開裂的影響實驗結果分析

3.1 對收縮性能的影響

測定高效減水劑對收縮性能的影響，其實驗原理為，分析根據水泥砂漿的收縮情況，對混凝土的收縮情況進行分析。[6]本研究實驗結果發現：水泥砂漿配合比、高效減水劑摻量相同的情況下，高效減水劑的類型不同，則膠砂流動度也有所差異。具體數據如下：水泥450g、水189g、ISO砂1350g、高效減水劑摻量1.2%的情況下，使用聚羧酸系高效減水劑，膠砂流動度為220mm，使用脂肪族類高效減水劑，膠砂流動度為240mm，使用粉狀萘系高效減水劑，膠砂流動度為235mm。由此可以看出，與脂肪族類高效減水劑、粉狀萘系高效減水劑相比，聚羧酸系高效減水劑具有抑制砂漿干燥收縮、自收縮的效果。

3.2 對開裂性能的影響

水泥砂漿收縮檢測實驗、水泥基混凝土抗裂性能實驗過程中，必須確保混凝土混合比相同。同時應用不同類型高效減水劑，分析各種類型的高效減水劑對混凝土抗裂性能的影響。本研究實驗結果發現：水泥砂漿配合比相同的情況下，不同類型的高效減水劑，坍落度、7d強度、28d強度、混凝土配合比、最大裂縫寬度等，均有所差異。具體數據如下：水泥457kg、水192kg、砂718kg、石子1033kg的情況下，聚羧酸系高效減水劑摻量為1.2%，其坍落度為210mm、7d強度為30.4MPa、28d強度為48.6MPa、最大裂縫寬度為0.25mm；脂肪族類高效減水劑摻量為1.2%，其坍落度為180mm、7d強度為29.9MPa、28d強度為45.7MPa、最大裂縫寬度為0.53mm；粉狀萘系高效減水劑摻量為1.8%，其坍落度為190mm、7d強度為29.3MPa、28d強度為47.9MPa、最大裂縫寬度為0.38mm。

通過分析這些數據可以發現，高效減水劑的類型不同，其對水泥基材料開裂性能的影響，主要集中在單位面積內總開裂面積、最大裂縫寬度等方面尚。將不同類型高效減水劑對最大裂縫寬度的影響為例，應用聚羧酸系高效減水劑、脂肪族類高效減水劑之后，其混凝土單位面積總開裂面積具有相似性。而與聚羧酸系高效減水劑、脂肪族類高效減水劑相比，應用粉狀萘系高效減水劑，其混凝土單位面積總開裂面積明顯較高。全面分析其影響因素發現，應用聚羧酸系高效減水劑，可以降低混凝土開裂的可能性。所以說，使用聚羧酸系高效減水劑，可以在24h內有效控制混凝土的最大裂縫寬度。

本研究實驗還發現，水灰比相同的條件下，水泥顆粒分散度、聚羧酸系高效減水劑摻量之間呈正相關。聚羧酸系高效減水劑摻量增加，可以提高水泥顆粒分散度。增加體積流動度游離水含量，可以實現自由水蒸發速率的提高，從而使混凝土的開裂現象加劇。與此同時，坍落度相同的的條件下，高效減水劑摻量、混凝土24h最大裂縫寬度、單位面積總開裂面積呈負相關。

4 結語

綜上，高效減水劑對水泥基材料收縮開裂產生著明顯的影響。與脂肪族類高效減水劑、粉狀萘系高效減水劑相比，聚羧酸系高效減水劑不會加劇混凝土的開裂，可在實踐過程中推廣使用。

參考文獻：

[1]何燕，張雄，王義廷，洪萬領，顧明東.堿金屬鹽對萘系減水劑吸附分散性能的影響[J].建筑材料學報，2016，19（02）：347351.

[2]溫金保，唐修生，劉興榮，祝燁然，蔡明，馬進南，黃國泓.聚羧酸系減水劑與減縮劑對水泥基材料收縮性能的協同效應[J].新型建筑材料，2015，42（01）：3033.

[3]馬一平，游璐，薛林，王翰青，楊曉杰.水泥砂漿塑性收縮開裂多元本構方程的研究[J].粉煤灰綜合利用，2017（05）：38.

[4]李申桐，楊勇，舒鑫，劉金芝，亓帥，冉千平.星梳形聚羧酸減水劑的合成及其對水泥基材料表觀粘度的影響[J].新型建筑材料，2017，44（07）：15+23.

[5]朱靖塞，許金余，白二雷，高原，羅鑫.不同減水劑對納米CaCO_3分散性及水泥基復合材料力學性能的影響[J].混凝土，2015（08）：7173.

[6]邱志強.聚羧酸高性能減水劑在水泥和輔助性膠凝材料表面的吸附特性探析[J].福建建材，2016（07）：2728+57.

作者簡介：周娜（1983），女，山東濟南章丘人，講師，研究生，研究方向：材料加工工程；韓文輝（1987），男，山東濟南章丘人，專科，工程師，研究方向：環境藝術設計。