高效減水劑對預拌混凝土早期收縮變形的影響研究

鄭細勇

（福建省交設工程試驗檢測有限公司，福建 漳州 350026）

0 引言

20世紀90年代后期，現澆鋼筋混凝土樓板已成為我國住宅結構的主流體系，然而受混凝土材料特性影響，樓板裂縫成為建筑工程面臨的主要質量問題之一，并成為社會各界關注的熱點話題。眾所周知，收縮裂縫、溫差裂縫等是建筑混凝土樓板裂縫的主要表現形式，其中收縮裂縫與預拌混凝土材料質量及配比之間具有直接聯系。在水泥水化、硬化過程中，混凝土強度以及彈性模量增強的同時，在空隙中水含量減少的情況下，其體積會產生相應的減縮或收縮[1]。依據相關研究成果，混凝土中的水泥石承受的拉應力會隨著齡期增長而增長，當水泥石抗拉強度無法承受拉應力時，收縮裂縫也就隨之產生。作為混凝土固有物理性質，僅能通過技術手段縮小收縮幅度，而無法將其完全消除。現階段國內外技術界對減水劑與預拌混凝土早期收縮方面的研究成果相對較少，難以為預拌混凝土生產中減水劑調配提供參考意見。鑒于此，本文通過設計試驗的形式，對高效減水劑對預拌混凝土早期收縮變形的影響進行分析。

1 試驗方案

1.1 試驗原材料

為驗證高效減水劑對預拌混凝土早期收縮變形的影響，選取某預拌混凝土廠提供的P·O32.5R型混凝土材料，機制砂細度模數為3.4、混凝土試塊28d齡期條件下其抗折及抗壓強度分別為8.2MPa及42.2MPa。調配混凝土所用的粗、細骨料分別為花崗巖碎石以及含泥量為3.0%、細度模數為3.1的河砂。其中，花崗巖碎石材料級配控制在Ф5～20mm范圍內，其中Ф5～10mm與Ф10～20mm碎石分別占40%以及60%。同時采用F類Ⅱ級粉煤灰。

本次試驗所用高效減水劑主要包括以下幾種：WRA1緩凝高效減水泵送劑(液劑)，推薦摻量1.5%；WRA2增強-引氣—緩凝高效減水泵送劑(液劑)，推薦摻量1.5%；FDN高效減水劑(粉劑)，推薦摻量0.5%。

1.2 試驗方案設計

混凝土早期收縮變形是指混凝土在早期情況下，受水化作用以及不飽和環境影響產生的收縮變形，高性能混凝土早期收縮開裂問題尤為顯著[2]。為確保科學、精準地檢驗高效減水劑對預拌混凝土強度以及收縮性的影響，設計兩種配合比進行對比試驗：

（1）設定基準混凝土以及摻減水劑混凝土坍落度保持基本一致狀態進行試驗，其中坍落度需要控制在80±10mm范圍內，主要通過摻入高效減水劑實現降低水泥漿用量目標，表1為方案一的混凝土配比情況；

表1 方案一混凝土配比情況

（2）在推薦摻量范圍內盡可能地提升高效減水劑摻量以及水泥漿用量，實現將基準混凝土坍落度由80±10mm提升至150±10mm，表2為方案二混凝土配比情況。

表2 方案二混凝土配比情況

1.3 試驗研究內容

（1）采用滿足相同的工作性和試配強度要求,保持水膠比及砂率不變,以“減水劑種類+摻量”為試驗變量的混凝土配合比設計新思路；通過試配得到滿足設計目標的每種減水劑的最佳摻量,從而確定四組混凝土的試驗配合比，獲取基準混凝土以及摻減水劑混凝土坍落度值以及抗壓強度值，并在此基礎上獲取混凝土材料收縮應變值及齡期擬合曲線[3]。

（2）采用非接觸式位移法跟蹤測量三組混凝土試樣3d、7d、28d齡期的收縮變形率,研究外摻三種減水劑后，混凝土收縮變形規律以及實際作用效果。并獲取提升減水劑以及水泥漿用量條件下混凝土坍落度以及強度，并在此基礎上繪制混凝土試件收縮應變值隨齡期變化曲線，探究在提升減水劑以及水泥漿用量的條件下，其對混凝土性能的影響。在明確新拌混凝土達到規定坍落度范圍要求后，依照不同配比設計分別制備3個規格為100mm×100mm×515mm的試件，并放置于成型室內進行養護，1d后拆模并進行試驗。利用標準混凝土收縮儀對試件初始長度進行測定，隨后分別對相同養護條件下的不同齡期混凝土試件長度進行測定，并對試件收縮應變值εc( ×10-6)進行計算，計算公式如式（1）所示[4]。除此以外，還對100mm×100mm×100mm成型試件的3d、7d以及28d抗壓強度值進行測定。

式中：

L0——混凝土收縮儀測定出的試件初始長度，mm；

Lt——不同齡期條件下長度，mm；

Lb——標稱長度。標稱長度測定方式為515mm減去兩端銅頭埋入試件長度。

本次研究主要依照我國現行《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）規定的非接觸法進行。所用的非接觸式混凝土收縮變形測定儀為CABR-NES型設備，如圖1所示。本次實驗設定在溫度20±2℃、相對濕度60±5%的恒溫恒濕條件下開展[5]。

圖1 非接觸式位移法試驗裝置

2 試驗結果及分析

2.1 維持混凝土強度以及坍落度條件，降低水泥漿用量

對基準混凝土以及摻減水劑混凝土的坍落度及抗壓強度進行測定，結果見表3。從表3可知，實驗過程中混凝土坍落度以及抗壓強度并未超出標準范圍，滿足80±10mm的要求[5]。在摻入高效減水劑操作時，由于受到兩種試驗混凝土材料坍落度差值較小的影響，混凝土中水泥及水用量在摻入高效減水劑后明顯降低，基準混凝土收縮應變值擬合曲線始終保持在摻減水劑混凝土曲線上方。通過上述情況能夠發現，在基準混凝土及摻減水劑混凝土兩種材料的收縮應變值變化中，后者收縮應變值變化明顯低于前者，這種情況也表明了在坍落度值差異較小的情況下由于減水劑中緩凝等成分會導致收縮應變值提升，而利用減水劑可以有效降低水泥漿用量[6]。表4為不同外加劑種類條件下的水泥用量與混凝土坍落度變化情況。

表3 基準混凝土以及摻減水劑混凝土的坍落度及抗壓強度

表4 不同外加劑種類條件下的水泥漿用量與混凝土坍落度變化情況

2.2 提升減水劑摻量以及水泥漿用量，提升混凝土坍落度值

在提升減水劑以及水泥漿用量的條件下，對混凝土坍落度以及強度進行測定并得出如表5所示結果。由表5可知，受WAR1以及FDN減水率相對較低影響，在摻入推薦摻量情況下，必須通過加大水泥漿用量的手段實現將混凝土坍落度值由基準標準提升至150±10mm的目的，而WAR2中含有復合引氣成分，相較于其他兩種減水劑，其減水率相對較高，由此，在摻入推薦摻量時，即使不提升水泥漿用量也可達成提升混凝土坍落度值目的[7]。

表5 提升減水劑以及水泥漿用量的條件下混凝土坍落度以及強度測定結果

通過對此方案設計條件下的混凝土收縮應變值與齡期擬合曲線分析可知，漿體會隨著坍落度提升而逐漸稀釋，此時雖然相較于基準混凝土，摻減水劑混凝土水泥漿用量明顯降低，但是受WAR1以及WAR2中復合的混凝土以及引氣成分影響，其均存在超過基準混凝土收縮應變值的幾率，究其原因在于摻入減水劑后水泥顆粒間距有所提升，為水分的析出與蒸發提供有利條件。

通過對不同試驗條件下的摻WAR1以及WAR2混凝土收縮應變值進行對比可得出如圖1所示的曲線。

圖1 混凝土試件收縮應變值隨齡期變化曲線

由圖1可知，利用提升減水劑摻量提升混凝土坍落度時，相較于低坍落度值混凝土，其收縮應變值會呈現出較為顯著的增長趨勢，這種情況在摻入WAR2減水劑的混凝土中表現尤為顯著。因此，施工單位在實際開展混凝土現澆作業時應注意依照工程建設實際需求對坍落度值進行控制，以實現縮減混凝土收縮幅度的目的。

3 結束語

綜上所述，隨著工程建設對預拌混凝土需求量的大幅提升，為切實保障工程安全性，施工單位應注意加強對混凝土早期收縮變形的控制力度。本文通過設計試驗，可得出以下結論：（1）高效減水劑復合成分不僅影響新拌水泥漿性能，還會影響混凝土強度以及收縮性能，施工單位應加強對此方面的重視度；（2）在特定水泥漿用量條件下，水泥基材料的收縮應變值雖然會出現增強情況，但是其抗折強度下降幅度并不明顯，部分情況下可能會出現增加情況，且折壓比提升可以為提升現澆混凝土抵抗收縮應力提供有利條件。