高效减水剂对预拌混凝土早期收缩变形的影响研究

郑细勇

（福建省交设工程试验检测有限公司，福建 漳州 350026）

0 引言

20世纪90年代后期，现浇钢筋混凝土楼板已成为我国住宅结构的主流体系，然而受混凝土材料特性影响，楼板裂缝成为建筑工程面临的主要质量问题之一，并成为社会各界关注的热点话题。众所周知，收缩裂缝、温差裂缝等是建筑混凝土楼板裂缝的主要表现形式，其中收缩裂缝与预拌混凝土材料质量及配比之间具有直接联系。在水泥水化、硬化过程中，混凝土强度以及弹性模量增强的同时，在空隙中水含量减少的情况下，其体积会产生相应的减缩或收缩[1]。依据相关研究成果，混凝土中的水泥石承受的拉应力会随着龄期增长而增长，当水泥石抗拉强度无法承受拉应力时，收缩裂缝也就随之产生。作为混凝土固有物理性质，仅能通过技术手段缩小收缩幅度，而无法将其完全消除。现阶段国内外技术界对减水剂与预拌混凝土早期收缩方面的研究成果相对较少，难以为预拌混凝土生产中减水剂调配提供参考意见。鉴于此，本文通过设计试验的形式，对高效减水剂对预拌混凝土早期收缩变形的影响进行分析。

1 试验方案

1.1 试验原材料

为验证高效减水剂对预拌混凝土早期收缩变形的影响，选取某预拌混凝土厂提供的P·O32.5R型混凝土材料，机制砂细度模数为3.4、混凝土试块28d龄期条件下其抗折及抗压强度分别为8.2MPa及42.2MPa。调配混凝土所用的粗、细骨料分别为花岗岩碎石以及含泥量为3.0%、细度模数为3.1的河砂。其中，花岗岩碎石材料级配控制在Ф5～20mm范围内，其中Ф5～10mm与Ф10～20mm碎石分别占40%以及60%。同时采用F类Ⅱ级粉煤灰。

本次试验所用高效减水剂主要包括以下几种：WRA1缓凝高效减水泵送剂(液剂)，推荐掺量1.5%；WRA2增强-引气—缓凝高效减水泵送剂(液剂)，推荐掺量1.5%；FDN高效减水剂(粉剂)，推荐掺量0.5%。

1.2 试验方案设计

混凝土早期收缩变形是指混凝土在早期情况下，受水化作用以及不饱和环境影响产生的收缩变形，高性能混凝土早期收缩开裂问题尤为显著[2]。为确保科学、精准地检验高效减水剂对预拌混凝土强度以及收缩性的影响，设计两种配合比进行对比试验：

（1）设定基准混凝土以及掺减水剂混凝土坍落度保持基本一致状态进行试验，其中坍落度需要控制在80±10mm范围内，主要通过掺入高效减水剂实现降低水泥浆用量目标，表1为方案一的混凝土配比情况；

表1 方案一混凝土配比情况

（2）在推荐掺量范围内尽可能地提升高效减水剂掺量以及水泥浆用量，实现将基准混凝土坍落度由80±10mm提升至150±10mm，表2为方案二混凝土配比情况。

表2 方案二混凝土配比情况

1.3 试验研究内容

（1）采用满足相同的工作性和试配强度要求,保持水胶比及砂率不变,以“减水剂种类+掺量”为试验变量的混凝土配合比设计新思路；通过试配得到满足设计目标的每种减水剂的最佳掺量,从而确定四组混凝土的试验配合比，获取基准混凝土以及掺减水剂混凝土坍落度值以及抗压强度值，并在此基础上获取混凝土材料收缩应变值及龄期拟合曲线[3]。

（2）采用非接触式位移法跟踪测量三组混凝土试样3d、7d、28d龄期的收缩变形率,研究外掺三种减水剂后，混凝土收缩变形规律以及实际作用效果。并获取提升减水剂以及水泥浆用量条件下混凝土坍落度以及强度，并在此基础上绘制混凝土试件收缩应变值随龄期变化曲线，探究在提升减水剂以及水泥浆用量的条件下，其对混凝土性能的影响。在明确新拌混凝土达到规定坍落度范围要求后，依照不同配比设计分别制备3个规格为100mm×100mm×515mm的试件，并放置于成型室内进行养护，1d后拆模并进行试验。利用标准混凝土收缩仪对试件初始长度进行测定，随后分别对相同养护条件下的不同龄期混凝土试件长度进行测定，并对试件收缩应变值εc( ×10-6)进行计算，计算公式如式（1）所示[4]。除此以外，还对100mm×100mm×100mm成型试件的3d、7d以及28d抗压强度值进行测定。

式中：

L0——混凝土收缩仪测定出的试件初始长度，mm；

Lt——不同龄期条件下长度，mm；

Lb——标称长度。标称长度测定方式为515mm减去两端铜头埋入试件长度。

本次研究主要依照我国现行《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）规定的非接触法进行。所用的非接触式混凝土收缩变形测定仪为CABR-NES型设备，如图1所示。本次实验设定在温度20±2℃、相对湿度60±5%的恒温恒湿条件下开展[5]。

图1 非接触式位移法试验装置

2 试验结果及分析

2.1 维持混凝土强度以及坍落度条件，降低水泥浆用量

对基准混凝土以及掺减水剂混凝土的坍落度及抗压强度进行测定，结果见表3。从表3可知，实验过程中混凝土坍落度以及抗压强度并未超出标准范围，满足80±10mm的要求[5]。在掺入高效减水剂操作时，由于受到两种试验混凝土材料坍落度差值较小的影响，混凝土中水泥及水用量在掺入高效减水剂后明显降低，基准混凝土收缩应变值拟合曲线始终保持在掺减水剂混凝土曲线上方。通过上述情况能够发现，在基准混凝土及掺减水剂混凝土两种材料的收缩应变值变化中，后者收缩应变值变化明显低于前者，这种情况也表明了在坍落度值差异较小的情况下由于减水剂中缓凝等成分会导致收缩应变值提升，而利用减水剂可以有效降低水泥浆用量[6]。表4为不同外加剂种类条件下的水泥用量与混凝土坍落度变化情况。

表3 基准混凝土以及掺减水剂混凝土的坍落度及抗压强度

表4 不同外加剂种类条件下的水泥浆用量与混凝土坍落度变化情况

2.2 提升减水剂掺量以及水泥浆用量，提升混凝土坍落度值

在提升减水剂以及水泥浆用量的条件下，对混凝土坍落度以及强度进行测定并得出如表5所示结果。由表5可知，受WAR1以及FDN减水率相对较低影响，在掺入推荐掺量情况下，必须通过加大水泥浆用量的手段实现将混凝土坍落度值由基准标准提升至150±10mm的目的，而WAR2中含有复合引气成分，相较于其他两种减水剂，其减水率相对较高，由此，在掺入推荐掺量时，即使不提升水泥浆用量也可达成提升混凝土坍落度值目的[7]。

表5 提升减水剂以及水泥浆用量的条件下混凝土坍落度以及强度测定结果

通过对此方案设计条件下的混凝土收缩应变值与龄期拟合曲线分析可知，浆体会随着坍落度提升而逐渐稀释，此时虽然相较于基准混凝土，掺减水剂混凝土水泥浆用量明显降低，但是受WAR1以及WAR2中复合的混凝土以及引气成分影响，其均存在超过基准混凝土收缩应变值的几率，究其原因在于掺入减水剂后水泥颗粒间距有所提升，为水分的析出与蒸发提供有利条件。

通过对不同试验条件下的掺WAR1以及WAR2混凝土收缩应变值进行对比可得出如图1所示的曲线。

图1 混凝土试件收缩应变值随龄期变化曲线

由图1可知，利用提升减水剂掺量提升混凝土坍落度时，相较于低坍落度值混凝土，其收缩应变值会呈现出较为显著的增长趋势，这种情况在掺入WAR2减水剂的混凝土中表现尤为显著。因此，施工单位在实际开展混凝土现浇作业时应注意依照工程建设实际需求对坍落度值进行控制，以实现缩减混凝土收缩幅度的目的。

3 结束语

综上所述，随着工程建设对预拌混凝土需求量的大幅提升，为切实保障工程安全性，施工单位应注意加强对混凝土早期收缩变形的控制力度。本文通过设计试验，可得出以下结论：（1）高效减水剂复合成分不仅影响新拌水泥浆性能，还会影响混凝土强度以及收缩性能，施工单位应加强对此方面的重视度；（2）在特定水泥浆用量条件下，水泥基材料的收缩应变值虽然会出现增强情况，但是其抗折强度下降幅度并不明显，部分情况下可能会出现增加情况，且折压比提升可以为提升现浇混凝土抵抗收缩应力提供有利条件。