高效减水剂对水泥基材料收缩开裂的影响分析

王静

（上海市嘉定区建设工程质量检测中心有限公司　上海　201800）

前言

近代材料科学技术的发展，让水泥基材料的耐久性成为了人们在建筑领域所关注的重要问题。高性能混凝土是高性能水泥基材料中的代表元素。在提升普通混凝土技术上，注重现代混凝土技术的应用，有助于混凝土材料的耐久性、工作性与适用性的提升。根据高效减水剂技术的发展现状，以蔗糖及氨基苯磺酸为原料的高效减水剂的制备工艺已经得到了一些学者的关注。高效减水剂对水泥基材料收缩开裂的影响的分析，可以为水泥混凝土工程结构研究工作的开展提供一定的理论支持。

1　混凝土收缩与开裂的关系

水泥基材料收缩开裂现象是混凝土收缩与开裂的关系的体现。在固体材料领域，裂缝现象可以被看作是一种较为常见的不连续现象[1]。一般情况下，粘着裂缝和水泥石裂缝等裂缝是较为常见的混凝土裂缝形式。根据裂缝现象的产生原因，混凝土裂缝现象可以表现为荷载裂缝、次荷载裂缝等多种形式。不论是荷载裂缝还是次荷载裂缝，二者均与直接应力和次应力之间有着较为密切的联系。混凝土的体积变化是导致非荷载裂缝问题的主要原因。一般情况下，混凝土在自由收缩条件下并不会产生开裂现象，但是从建筑施工的设计情况来看，混凝土经常处于约束状态。在约束状态下，混凝土所产生的拉应力可能会超过混凝土自身的抗拉强度，此时混凝土会出现开裂现象。在水泥混凝土收缩变形问题的影响下，形变裂缝，也会成为引发混凝土结构裂缝问题的重要因素。在对混凝土开裂现象进行分析以后，我们可以发现，与之相关的建筑结构物耐久性下降的问题会造成严重的经济损失。

2　高效减水剂对水泥及材料收缩开裂的影响的实验分析

2.1　实验原材料

根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》的相关内容，平板刀口约束法是人们研究高效减水剂品种及聚羧酸减水剂应用量对混凝土开裂性能的影响的重要研究方法。试验过程中所使用的水泥为某水泥生产企业利用窑外分解新型干法生产的普通硅酸盐水泥。表1所示的内容为水泥的物理力学性能。

表1　水泥的物理力学性能

根据表格中所反映的信息，应用于实验过程的细集料为细度模数3.0的河沙材料，此类材料的含泥量为2.2%，泥块含量为0.8%。试验所需的石灰石碎石（粗集料）的粒径在5～20mm之间，含泥量为0.06%，泥块含量为0.24%。试验过程中所应用的高效减水剂主要有以下几种类型：①固含量为20%的聚羧酸系高效减水剂；②固含量为40%的脂肪族类高效减水剂；③粉状萘系减水剂；上述三种减水剂的参量分别为水泥用量的0.5～1.5%、1～2%和 0.5～1.5%[2]。

2.2　实验方法

在平板刀口约束法应用于水泥基材料开裂评价以后，试验人员需要根据相关实验规范的要求，将已经制备完成的混凝土材料浇筑至模具之中，并要在浇筑完成以后进行振捣处理。在避免骨料外露问题的同时，试验人员需要保证混凝土表面的平实度。在试件成型30min以后，相关人员需要通过调节风扇位置和风速的方式调节风俗，风速调节区域为试件表面中心处正上方100mm处。（根据一些学者的研究结果，试件表面中心处正上方100mm处的理想风速为8m/s，笔者对这一观点持肯定态度，除此以外，根据实际情况的需要，风向需要平与试件表面和裂缝诱导器）。试件存储环境的湿度值需要控制在18～20℃之间；环境湿度需要控制在55～65%之间。在调节风扇位置和风速的同时，试验人员需要实时观察试件的开裂情况，并要在实验开始24h以后观察裂缝数量、宽度及长度等因素。如果刀口之中存在有多种裂缝，试验人员需要将这些裂缝相加折合成一条裂缝，并要借助专用化的裂缝测宽设备进行测量。平均开裂面积、开裂裂缝的数量恶化单位面积内的总开裂面积是这一试验方法所关注的主要试验指标。

水泥砂浆收缩测定方法的应用，要求人们在试验进行过程中，关注骨料种类变化所引起的收缩率波动问题。现阶段用于测定水泥基材料砂浆收缩的主要材料为ISO标准砂配制的砂浆。根据试验的需要，实验人员可以将砂浆胶凝材料控制为450g，水灰比与混凝土的水灰比之间的理想比例为1：3。除此以外，试验人员需要保证同一配比的干缩试样与自收缩试样同时成型。试验过程中所应用的三联试模成型试样为40mm×40mm×160mm的试样。试验过程所需的收缩试件模器两端需要安装铜侧头。在砂浆入模完成以后，试验人员在对混凝土表面进行捣实、抹平处理以后，需要在模型表面覆盖塑料薄膜或湿布，以避免水分散失问题的出现。在水泥基龄期为0～12h的情况下，试验人员需要每隔3h开展一次数据测读；在龄期为12～72h阶段，试验人员的数据测度频次为每12h一次，在72～168h之间，试验人员需要每天完成一次数据测读。收缩测试终龄期为7d，7d以后，试验人员需要在完成干燥试样脱模处理以后，将水泥基实践置于水中进行养护，养护的时间为2d，水温需要控制在20℃左右。在完成养护以后，水泥基存储环境的环境温度需要控制在17～23℃之间；环境相对湿度需要控制在46～54%之间。

3　试验结果分析

3.1　高效减水剂对水泥基材料开裂性能的影响

根据水泥基混凝土抗裂性能试验及水泥砂浆收缩测定试验的内容，试验人员在试验进行过程中，需要保证混凝土混合比的一致性。并要在对不同种类的减水剂进行应用的基础上，对高效减水剂品种度混凝土抗裂性能的影响进行分析。表2所示的内容为不同高效减水剂品种的混凝土配合比、坍落度与强度的变化情况。

表2　不同高效减水剂品种的混凝土配合比、坍落度与强度

根据上述表格所反映的信息，不同种类的高效减水剂品种对水泥基材料收缩开裂的影响主要集中在了最大裂缝宽度及单位面积内的总开裂面积等多种因素。以不同减水剂对混凝土最大裂缝宽度大小为例，聚羧酸减水剂应用以后的混凝土单位面积总开裂面积与脂肪族减水剂的混凝土单位面积总开裂面积之间具有一定的相似性。应用萘系减水剂的混凝土单位面积的总开裂面积高于其他两种减水剂的单位面积总开裂面积，故而在对最大裂缝宽度和单位面积总开裂面积等因素进行综合分析以后，可以发现，聚羧酸减水剂的应用，具有着降低混凝土开裂风险的作用。这种高效减水剂可以让混凝土在24h内的最大裂缝宽度得到控制[3]。

因为实验环境控制在在水灰比相同的环境下，聚羧酸减水剂掺量与水泥颗粒分散度之间会呈现出正相关关系，前者的增加，可以发挥出提升分散度的作用。体积流动度游离水含量的增加，可以在提升自由水蒸发速率的基础上，加剧混凝土的开裂。在坍落度相同的情况下，混凝土24h内的最大裂缝宽度与减水剂掺量之间存在一种负相关关系，单位面积总开裂面积与掺量之间也具有负相关关系。

3.2　高效减水剂对水泥基材料收缩性能的影响

高效减水剂水泥砂浆收缩测定方法的实验原理为借助水泥砂浆的收缩分析混凝土的收缩情况。表3所示的内容为不同品种高效减水剂水泥砂浆配合比对及胶砂流动度的变化情况。

表3　不同品种高效减水剂水泥胶砂配比及流动度

根据上述图表所反映的信息，相比于萘系减水剂和脂肪族减水剂，聚羧酸减水剂具有着抑制砂浆自收缩与干燥收缩的作用。

4　结语

水泥基材料收缩开裂性能与高效减水剂的种类之间存在这一定的联系。相比于萘系减水剂和脂肪族减水剂，聚羧酸减水剂不会表现出存在会加剧混凝土开裂风险问题。聚羧酸减水剂所具有抑制砂浆自收缩与干燥功能可以为水泥基材料的质量提供一定保障。

[1]李彦青，郝光明，罗 应，孔红星，李利军，王勤为.以蔗糖及对氨基苯磺酸为原料高效减水剂的合成[J].新型建筑材料，2017，44（01）：81～85.

[2]李国新，曾志英，陈畅，史琛，李娜.泥粉对掺高效减水剂水泥浆体流动性的影响及对策研究[J].硅酸盐通报，2013，32（07）：1340～1345+1351.

[3]何廷树，申富强，王福川，王会安.复合使用高效减水剂与缓凝剂对水泥水化历程的影响[J].硅酸盐学报，2007（06）：796～800.