化学外加剂对混凝土徐变的影响规律研究

林立宽

（重庆交通大学土木建筑学院　重庆　400074　广西壮族自治区百色公路管理局　广西　百色　533000）

化学外加剂对混凝土徐变的影响规律研究

林立宽

（重庆交通大学土木建筑学院重庆400074广西壮族自治区百色公路管理局广西百色533000）

通过自制混凝土徐变的加载装置，研究萘系减水剂和减缩组分等对等比混凝土徐变的影响规律。同时，研究其徐变影响的原理。结果显示，聚羧酸减水剂可以明显控制混凝土发生徐变。其中，早强聚羧酸减水剂的效果最为明显；缓凝组分对混凝土徐变存在不利影响；聚羧酸减水剂及减缩组分能降低徐变，增加混凝土徐变。

化学外加剂；混凝土徐变；影响规律

1　前言

随着社会经济的发展，国家加大了基础设施的建设，大跨度的桥梁建设项目日益增多。混凝土是桥梁建设的一种基本材料，为了保证桥梁能够安全投入使用，保持混凝土体积的稳定性十分关键。徐变是指混凝土在恒定的荷载情况下的持续变形过程，是混凝土的体积稳定性的一部分，也是导致大跨度桥梁的预应力发生损失、变形及内力的重分布明显增加的原因之一。根据混凝土材料成分研究混凝土徐变的影响规律主要是通过对掺合料的品种、掺量以及减缩剂方面对混凝土徐变的影响。对于外加剂，尤其是对减水剂的分析研究，主要是对混凝土的浆体流变性及相关原理进行研究，对收缩及裂缝方面的影响也涉及较多。

2　实验

2.1实验原材料及配合比

水泥选用P.O.52.5标准的水泥；粉煤灰选用I级粉煤灰，细度为6.55%，表观密度为2.26g/cm3；矿粉选用S95粒的矿渣超级细粉，比表面积为400m2/kg；天然河砂的细度模数为2.7，级配区间为2区，表观密度为2.61g/cm3；粗骨料选用破碎的石灰石，粒径在5～25mm之间，表观密度为2.61g/cm3，水使用自来水即可[1]。聚羧酸减水剂具有高减水率、高分散性以及高保坍性的综合特点，在混凝土的工程中已被广泛应用[2]。本次实验中使用4种聚羧酸减水剂并进行编号为羧酸减水剂J1、J2、J3及J4，其中J1具有早强的作用；使用一种萘系减水剂为N1；两种功能组分为缓凝组分和减缩组分。

设计混凝土的要求为7d强度实现C50，弹性模量大于35.5GPa，同时掺加粉煤灰及矿粉，使用不同的减水剂及功能组分同时对掺加剂量进行调整，并将混㎝凝土初始的坍落度控制在200～220mm之间。

2.2试验方法

2.2.1徐变及内部相对湿度

自制徐变实验是通过对预应力的张拉徐变规律进行观察。试件由自制的木模成型，尺寸大小为130mm×130mm×400mm。将中间部分的预埋PVC管作为进行加载时的钢筋通道，以便于完成徐变预应力的加载。在进行7d的养护后脱模，使用100t穿心式的千斤顶加载上述PVC管内的钢筋。其中，由于含有缓凝组分的试块强度不够，应注意增加1d的养护时间再进行加载。采用振弦式的压力传感器对加载进行控制至试件棱柱体的抗压强度的40%，对应变使用埋藏在混凝土中心位置的振弦式混凝土应变计进行测量。

实验时如果发现压力传感器的数值降低超过2%，应对徐变的试件补张预应力，试验环境的温度应控制在（19±1）℃，相对湿度在（60±5）%。完成数据统计以后，计算出试件徐变度并进行对比分析。徐变度是指混凝土由应力引起的变形，具体单位为1/ MPa，通过如下公式进行计算：

式中：C（t，t0）表示自加载时t0至t时的总徐变度；εc（t，t0）表示从t0至t时的总徐变的应变；σ（t0）表示加载的应力值，单位为MPa；εtotal（t，t0）表示从t0至t时的总应变；εc（t0）表示加载时产生的瞬时性弹性应变；εgs（t，t0）g表示从t0至t时总的收缩应变。

同时，应使用内埋湿度传感器对试件内部的相对湿度演化进行监控。当试件已经成型时，再将内有钢筋外径为20mm的PVC管插到试件的中心位置。当混凝土实现初凝拔出钢筋，并吸干PVC管中的水分。再将湿度传感器放至管内，将传感器的上部用保鲜膜覆盖，再用石蜡封死管口。这样，所测出的数据即是混凝土该点时的相对湿度。

2.2.2浆体非蒸发水含量

浆体非蒸发水含量使用烧失量的方法进行测定，配合比如同混凝土中的水与胶凝材料的比值。养护7d后移至（19±1）℃，相对湿度（60±5）%的环境中。养护直至预定龄期，再将水化的浆体用压力机进行压碎，取浆体内的小碎片浸泡在异丙醇内30min，在105℃以下进行干燥24h，取出试样在950℃下进行灼烧直至恒重，测出试样的烧失量。对干基物料在相同温度下的烧失量进行校正，最终换算成为单位的质量干基物料的烧失量即是浆体非蒸发水含量。

3　实验结果

3.1不同外加剂对混凝土徐变的影响分析

通过对260d的徐变度进行分析发现，相比掺入萘系减水剂的试件，掺入早强型聚羧酸减水剂第一种试件可以降低徐变43.4%；另外3种聚羧酸减水剂降低的徐变比例分别为16.4%、19.7%和11.8%。因此，每种聚羧酸减水剂对混凝土徐变都有降低作用，尤其以第一种早强型聚羧酸减水剂效果最为明显。

3.2非可蒸发水含量分析

硬化的浆体水包含自由水及非可蒸发水，与萘系减水剂对比，聚羧酸减水剂在非可蒸发水的含量中具有延迟性。早期的非可蒸发水量比较低，后期的非可蒸发水量增长迅速。早强型聚羧酸减水剂J1的早期非可蒸发水量高于其它的聚羧酸减水剂，后期则超过了N1。而其它的组聚羧酸减水剂7d非可蒸发水量较N1j降低20.5～29.5%之间，至90d时非可蒸发水量仍低于N14.6～8.5%。此外，缓凝组分对水化具有延缓作用，减缩组分则影响不大。

3.3内部相对湿度经时演化分析

在加载早期，J1与N1内部相对湿度的损失发展比较快，其它3种聚羧酸减水剂则发展较慢，水泥及矿物掺合料的水化消耗水分是此阶段产生内部相对湿度损失的最主要原因。在成型的90d后，各组的混凝土非可蒸发水量已经达到260d的90%以上，混凝土的内部相对湿度仍然存在一定程度的降低。因此，此时混凝土产生内部相对湿度损失的原因主要是由于混凝土内部水分的外部散失所造成的。自加载后的90～260d内，掺入4种聚羧酸减水剂的混凝土的内部相对湿度分别下降比例为2.7%、2.5%、2.5%和2.2%，此阶段萘系减水剂N1的内部相对湿度则下降了3.7%。在整个加载阶段，萘系减水剂非蒸发水的总含量与后三种早强型聚羧酸减水剂基本一致，但内部的相对湿度损失数值比几种聚羧酸减水剂却高出了3.9～5.2%。因此，在整个加载过程里，聚羧酸可有效控制内部水分的扩散，进而抑制徐变的发展速度。此外，对于两种功能组分而言，缓凝组分对降低混凝土徐变具有不利影响，减缩组分则对水化作用的影响很小。

4　讨论

（1）在初始的流动度和其它组分配比均相同的条件下，相比较于萘系减水剂而言，其他几种聚羧酸减水剂都能够控制混凝土徐变的速度。其中，早强型聚羧酸减水剂的效果最显著。在加载后的260d，降低的幅度为43.3%，其它几种聚羧酸减水剂的降低幅度分别为16.1%、19.8%和11.7%。在260d的龄期，复掺减缩剂对比较不掺的情况，可控制徐变速度为18%，但是缓凝组分却让徐变提高了51.5%。

（2）普通的聚羧酸减水剂具备缓凝效果，早期非可蒸发水的含量相对比较低，但对混凝土的强度及徐变均没有明显影响。掺加早强型聚羧酸减水剂比萘系减水剂具有更高的非可蒸发水含量，强度提高，徐变变低。掺入缓凝组分可以延缓水化，使得非可蒸发水的含量在后期比较低，进而降低了混凝土的强度及抗徐变的能力[3]。

（3）早期混凝土的内部湿度损失主要是因自干燥的效应引起的，后期是因混凝土内部的水分逐渐向外界散开引起。聚羧酸减水剂及减缩组分可以降低混凝土内部的水分逐渐向外界散开，这种现象很可能是因为细化水泥的石孔结构降低了孔溶液的表面张力引起的。因而控制了混凝土内的水分传输速度，进而降低混凝土的徐变。

[1]高辉，张雄，张永娟.化学外加剂对混凝土气孔结构及水化的影响[J].功能材料，2013，44（23）：3416.

[2]杜钦.聚羧酸减水剂的早强性能及其机理研究[J].武汉理工大学，2012，01（01）：I.

[3]张异，钱春香，赵飞，何智海，曲军，郭景强，等.化学外加剂对混凝土徐变的影响规律研究[J].功能材料，2013，44（11）：1623.

TU528

A

1673-0038（2015）02-0098-02

2014-12-25

林立宽（1969-），男，高级工程师，工程硕士，主要从事公路工程建设管理工作。