内养生剂对大体积混凝土收缩变形特性的影响研究

蒋子杰 王彬 王祖坚

摘要：目前公路大体积混凝土工程中较少采用内部养护方法，文章通过研究内养生调节大体积混凝土温度分布均匀性以及收缩变形特性，分析对比掺入内养生剂的混凝土与普通混凝土的内外温度差。研究表明：掺入内养生剂有利于调节大体积混凝土温度均匀性，在不同养护条件下掺入不同剂量内养生剂时，内养生剂掺量越大，收缩率减小的幅度越大，而0.2%的内养生剂掺量的效果及经济性最佳。

关键词：内养生剂;大体积混凝土;温度分布;收缩变形

0 引言

外加剂在水泥混凝土中应用十分广泛，混凝土中基本都会添加一种或多种外加剂，主要包括减水剂、缓凝剂、早强剂、引气剂、膨胀剂、超塑化剂等，用以改善混凝土某一方面的性能。水泥混凝土外加剂的起源可以追溯到20世纪20年代初期美国在混凝土中使用的亚硫酸盐纸浆废液，随后在1935年成功研制了木质素磺酸盐为主要成分的“普浊里”减水剂，20世纪40年代中期开发了轻基酸盐类减水剂，20世纪60年代初又开发了聚合物材料。同在20世纪60年代，日本、德国分别研制了减水率高达20%的高效减水剂，促使混凝土进入了一次飞跃性发展期[1-3]。

根据现有研究成果，各类外加剂在大体积混凝土中的作用总结如下：缓凝剂能够延缓水泥的凝结时间，降低水化反应作用，推迟温升峰值的到来时间;减水剂能够减少用水量，提高相同水灰比条件下的工作性能，在一定程度上抑制了水化放热;膨胀剂为混凝土提供预压应力，抵消由于混凝土收缩变形、温度梯度引起的拉应力，起到良好的补偿收缩的作用。除此之外，为减少大体积混凝土开裂病害，在大体积混凝土工程中会应用一些特殊水泥混凝土，如UEA补偿收缩混凝土、纤维混凝土、预应力混凝土、配筋混凝土等，其能够有效提高大体积混凝土的抗裂性能，但由于使用这些特殊混凝土会大量增加工程成本，因此未能广泛地推广应用[4-6]。

内养生剂通过逐渐释放水分维持混凝土内部充分湿润养生，能够减少拌和用水量，提高内部温湿度分布均匀性，减缓水化放热和自收缩、干燥收缩。然而，目前公路大体积混凝土工程中少见采用内部养护的方法，因此有必要对其在大体积混凝土抗裂控制方面的可行性进行研究。

1 研究方案

研究内养生材料缓释水分内部养生及收缩变形调控技术，调节混凝土内部不同位置的温湿度均匀性分布，抑制自干燥发生，控制硬化水泥混凝土自收缩和干燥收缩。在混凝土试件中不同位置布设温度传感器，检测不同掺量内养生剂的大体积水泥混凝土内部温度，分析内养生剂对大体积混凝土内部温度的影响;检测内养生剂不同掺量条件下，水泥混凝土不同龄期的自收缩与干燥收缩，分析添加内养生剂的大体积水泥混凝土收缩变形的变化规律。

2 内养生剂对混凝土温度分布均匀性的影响

采用普通混凝土与掺配0.2%的内养生剂的混凝土进行对比，将两者放入室内，采用泡沫箱分别成型，在泡沫箱中心及侧面（距表面1 cm）处分别埋设温度传感器，如图1所示。

根据检测不同监测点不同时间的温度值，绘制曲线，如图2所示。

根据图2检测结果看出，在同一时间点，内养生混凝土中心与表面的温度绝对差值比普通混凝土的小，如24 h时，普通混凝土的绝对差值为4.2 ℃，内养生混凝土的绝对差值仅有0.4 ℃。混凝土温度升高主要源于水泥水化放热反应，内养生混凝土不同位置的绝对温差较小，反映内部不同位置的水化放热反应程度基本一致，因此内养生剂有利于调节大体积混凝土温度均匀性。

3 内养生剂对自收缩的影响

分別在基准混凝土中添加不同掺量的内养生剂，取0、0.1%、0.2%、0.3%。成型100 mm×100 mm×515 mm长方体试件，采用蜡封法覆盖试件表面并用薄膜包裹严实，使混凝土试件处于密封环境中。根据养护龄期，检测混凝土试件不同龄期的自收缩率，根据试验结果绘制混凝土自收缩曲线图（如图3所示）。

从图3试验结果看出，随着龄期的增长，不同配比的混凝土自收缩率逐渐增大，7 d龄期增长速率较大，之后龄期有所减缓。相对于基准混凝土，各龄期内养生混凝土的自收缩率均有所下降，证明内养生剂对减小混凝土收缩变形是有效果的。28 d龄期内养生剂掺量分别为0.1%、0.2%、0.3%时，混凝土自收缩率分别降低了17.2%、35.5%、43.0%，显示随着内养生剂掺量的增加，自收缩率越小。掺量为0～0.2%时，自收缩率减小幅度均较大;掺量为0.2%～0.3%时，自收缩率减小幅度有所减缓。

4 内养生剂对干缩的影响

分别在基准混凝土中添加不同掺量的内养生剂，取0、0.1%、0.2%、0.3%。成型试件分别在标准养护条件及自然养护条件下进行养护，检测标内养生混凝土在不同养护条件和不同龄期下的干缩率，并以试验结果绘制干缩率曲线，分别如图4、图5所示。

根据图4～5试验结果看出，无论是标准养护条件还是自然养护条件，均呈现出不同配比的混凝土干缩率随着龄期的增长而逐渐增大。其中，前7 d龄期增长速率较快，之后龄期有所减缓。对同一龄期，自然养护的干缩率较标准养护的略大，其可能与试验时间段环境气温较高有关。

相对于基准混凝土，各龄期内养生混凝土的干缩率均有所下降，证明内养生剂对减小混凝土收缩变形是有效果的。28 d龄期内养生剂掺量分别为0.1%、0.2%、0.3%时，混凝土标准养护条件下干缩率分别降低了13.6%、37.3%、44.1%，自然养护条件下干缩率分别降低了18.8%、37.0%、45.7%，显示随着内养生剂掺量的增加，干缩率越小。掺量为0～0.2%时，自收缩率减小幅度均较大;掺量为0.2%～0.3%时，自收缩率减小幅度有所减缓。

5 结语

（1）在同一时间点，内养生混凝土中心与表面的温度绝对差值比普通混凝土的小。如24 h时，普通混凝土的绝对差值为4.2 ℃，内养生混凝土的绝对差值仅有0.4 ℃。这反映内养生混凝土内部不同位置的水化放热反应程度基本一致，内养生剂有利于调节大体积混凝土温度均匀性。

（2）不同配比混凝土的自收缩率与干缩率均呈现出收缩率随着龄期的增长而逐渐增大的趋势。其中，前7 d龄期增长速率较快，之后龄期有所减缓。对同一龄期，自然养护的干缩率较标准养护的略大，其可能与试验时间段环境气温较高有关。

（3）相对于基准混凝土，各龄期内养生混凝土的收缩率均有所下降，内养生剂掺量越大，收缩率减小的幅度越大。从使用效果及经济性角度考虑，0.2%的内养生剂掺量是较为合适的，其28 d龄期的收缩率大概能降低35%。

参考文献：

[1]杨和礼.原材料对基础大体积混凝土裂缝的影响与控制[D].武汉：武汉大学，2004.

[2]刘秉京.混凝土技术[M].北京：人民交通出版社，1998.

[3]张冠伦，张云理.混凝土外加剂原理与应用技术[M].上海：上海科学技术文献出版社，1985.

[4]钱亚军.混凝土外加剂对混凝土性能的影响分析[J].山西建筑，2008，34（34）：164-165.

[5]宋良瑞.外加剂的选用对基础大体积混凝土裂缝的影响与控制[J].混凝土，2013（2）：143-146，151.

[6]付 华.大体积混凝土裂缝控制理论与工程应用研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2004.

作者简介：蒋子杰（1985—），工程师，主要从事高速公路建设管理工作;

王 彬（1989—），工程师，硕士研究生，主要从事高速公路建设及养护新材料研发工作;

王祖坚（1987—），工程师，硕士研究生，主要从事高速公路建设管理工作。