高效减水剂在现代混凝土中的应用

邓 晴

（惠州市大禹工程质量检测中心有限公司，广东 惠州 516001）

现代混凝土，是指掺入多种提升性能的材料合成的混凝土，该类混凝土的配比设计相对较为复杂，需结合材料的多方因素，具有满足现代建筑应用需求、高强度、高耐久性等特点[1]，因此，在现在的混凝土建筑施工时，主要是以该类混凝土为主[2]。高效减水剂是用于混凝土制备过程中的一种减少掺水量的添加剂，其减水率均在20%以上，可降低水泥的用量，在一定程度上降低了建设成本[3]，并且高效减水剂具有水泥散热能力，添加减水剂后，可明显提升水泥混合物的流动性和混凝土的坍落度，在减少用水量的同时，混凝土的工作性能也显著提升[4]。但是高效减水剂在添加过程中，如果掺量过多，则会导致混凝土发生泌水现象。为充分掌握高效减水剂在现代混凝土中的应用效果[5]，以水库大坝工程为例，对高效减水剂在现代混凝土中的应用情况进行相关分析。

1 试验方法

1.1 工程概况

某水库大坝治理工程等级为V 等，工程总投资3 631.97 万元，工程内的主要建筑和次要建筑物的等级，均为5 级。由于该工程包含多个部分的建设内容，现仅以泄洪洞重建中的混凝土应用为例展开分析。

1.2 材料和仪器

1.2.1 试验材料

（1）该工程使用的水泥为P.O42.5 水泥，其物理性能参数见表1；细集料细度模数为2.8，含泥量为1.98%，属于低碱活性骨料；粗集料为粒径在5~25 cm 范围内的碎石，针片状含量为5.04%，压碎指标值为3.22%，含泥量为0.75%，属于连续级配，同属于低碱活性骨料；粉煤灰选择I 级粉煤灰。

表1 P.O42.5 水泥的物理性能

（2）乙烯基乙二醇醚聚氧乙烯醚（GPEG3000）、丙烯酸（AA）、异构酯（MA1000）、巯基丙酸（MPA）、双氧水（H2O2）、异构脂、氢氧化钠、水。

1.2.2 试验仪器

试验和样本制备所需仪器设备为：混凝土搅拌机、坍落度筒、压力试验机、水泥混凝土养护箱、泌水仪。

1.3 样本制备

1.3.1 减水剂制备

将GPEG3000 和水放入烧杯中，将两者搅拌均匀后，将AA、MA1000、MPA 加入烧杯中，搅拌均匀后，获取混合液体A，备用。

重新准备1 个烧杯，将还原剂和水加入烧杯中，将两者充分搅拌均匀制备混合液体B。

在保证温度为12℃~14℃之间的情况下，向新的烧杯中加入H2O2，并进行搅拌，持续时间为5 min；时间达到后采用滴入的方式将A 和B 加入烧杯中，该滴加过程需在1 h 内完成，完全滴入后，液体温度为26℃~30℃之间，并维持该温度1 h。将保温结束后的液体倒入碱液中进行中和处理[6]，使其pH 值在6~7 之间，加入适量的水之后，即可获取40%固含量聚羧酸高效减水剂。制备完成的减水率性能指标参数见表2。

表2 减水率性能指标参数

1.3.2 混凝土样本制备

将制备完成的聚羧酸高效减水剂和水泥、粗、细骨料等原材料相结合，制备3 种不同高效减水剂掺量的混凝土样本，分别用G01、G02、G03表示，样本尺寸为2.0 m×1.5 m×1.2 m，制备配比见表3。

表3 混凝土样本制备配比

1.4 物理性能测试方法

混凝土测试标准为《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）；混凝土性能测试标准为CECS13：2009，测试内容包含抗压强度、抗折强度以及抗渗性。水泥净浆坍落度的标准在180~220 mm 之间。

收缩应力计算方法：

水库大坝在建设时需充分考虑其收缩应力，为分析加入高效减水剂后，现代混凝土的应用性能[7]，采用虚拟载荷法计算G01、G02、G03的收缩应力[8]，基于对混凝土大坝徐变具有较大影响的有效弹性模量Ecsφ进行收缩力的判断，其计算公式为：

式中：Ec——混凝土的弹性模量；

ΨL——徐变因子；

φ（t，t0）——徐变系数，

t、t0——分别为计算龄期和加载龄期。

虚拟载荷法进行收缩应力计算时，徐变效应的混凝土大坝面板收缩变形等效应虚拟载荷P0的计算公式为：

式中：εsh（t，τ）——混凝土的收缩应变值，其中τ 表示大坝的钢梁结合龄期；

Ac——混凝土大坝面板截面面积。充分考虑徐变效应，对混凝土大坝面板的应力进行计算，其公式为：

式中：A0——换算截面面积；

n0，L和I0，L——分别表示Ecsφ的钢材和混凝土换算弹性模量比值和换算截面惯性矩；

y0和yc——均表示换算距离，前者对应混凝土大坝面至截面形心，后者对应混凝土大坝面上任意点至截面形心。

2 实验结果分析

2.1 物理性能分析

获取G01、G02、G03混凝土配比净浆在不同时间下的坍落度试验结果以及三种混凝土样本在不同时间下，抗压强度、泌水率的结果见表4。

表4 混凝土配比净浆坍落度试验结果

分析表4 的测试结果：三种不同高效减水剂掺量的混凝土净浆和制备样本，在相同的测试条件下，其坍落度、抗压强度、泌水率三个指标的结果存在一定差异，其中，样本G01、G03的净浆坍落度均存在超过标准范围的现象，G02样本的结果满足应用检测标准，位于180~220 mm 之间；并且G01的抗压强度和泌水率性能结果明显低于G02和G03两种样本的性能结果；进一步对比G02和G03样本的试验结果得出，两者的抗压强度和泌水率性能结果差距较小，同时结合坍落度的结果，确定G02样本的性能最佳，因此，结合试验工程的使用需求和使用环境，选择G02样本的配比作为最后应用方案。

2.2 收缩应力分析

为分析G01、G02、G03混凝土配比样本在应用过程中的收缩应力情况，获取3 种样本在不同的载荷作用下，样本的上缘和下缘的收缩应力结果见图2。

图2 样本上缘和下缘的收缩应力结果

分析图2 测试结果可知：G01、G02、G03三种样本在受到相同载荷作用时，收缩应力发生不同程度的变化，按照相关标准判断，G01、G03收缩应力变化幅度较大，超过应用标准范围；G02的收缩应力在2~5 MPa 之间，满足应用标准。

3 结论

为满足工程和建筑使用要求，对现代混凝土的性能提出了不同的较高需求，所以混凝土配比需以其应用性能作为首要衡量指标。减水剂作为提升混凝土性能的一种常见添加剂，具有较好的应用效果，但是其掺入量直接影响混凝土的性能与工程质量。通过对不同高效减水剂掺量下混凝土的性能分析，设定最佳高效减水率配比，确保了混凝土的使用性能，可为相关工程建设提供一定参考依据。