减缩剂对混凝土性能影响的研究

林云雷 LIN Yun-lei；杨博 YANG Bo

（①南京水利科学研究院材料结构研究所，南京 210029；②南京水利科学研究院河流海岸研究所，南京 210029）

0 引言

随着现代基础设施的不断完善，混凝土作为重要的工程材料，其需求量也是日益增多，让学术界对其性能的要求也就越来越高。在混凝土拌合之后，由于会受到塑性收缩、自收缩、干燥收缩以及各种收缩的影响[1-3]，会导致其出现收缩开裂的问题，从而对混凝土的耐久性有不利影响。目前减少混凝土的收缩问题的方法有：掺入膨胀剂补偿收缩、掺入纤维、掺入减缩剂等[4]。掺入膨胀剂的混凝土确实可以补偿收缩，但是在低水胶比混凝土中的收缩补偿效果不太好，无法充分反应。纤维可以在一定程度上减少收缩，但当纤维分布不均时，也不利于混凝土的耐久性。而减缩剂在混凝土的使用，能有效地减少混凝土的收缩，为混凝土收缩的减少提供了稳定的方法[5]。

1 实验方案

1.1 原材料

1.1.1 水泥

水泥为海螺水泥厂生产，规格为P·O42.5，其化学组成与基本性能参数见表1和表2所示。

表1 水泥的化学组成

表2 水泥的基本参数

1.1.2 细骨料

细骨料选用湖南湘江产河砂，中砂，其级配曲线符合Ⅱ区要求，基本性能参数见表3。

表3 砂的性能指标

1.1.3 减缩剂

减缩剂选用南京瑞迪建设科技有限公司新研制的Mt多羟基化合物，用Mt表示，Mt多羟基化合物是由秸秆中提取的多羟基化合物合成的表面活性剂，能够有效地降低孔隙水表面张力。

1.1.4 减水剂

减水剂选用南京瑞迪建设科技有限公司生产的保坍型聚羧酸减水剂，固含量为20%，掺量为1.0%。

1.2 配合比

实验选用的基准配合比如表4。减缩剂选用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%以及0.5%五种掺量，测其性能。

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表4 基准混凝土配合比（kg/m3）

1.3 实验方法

1.3.1 混凝土抗压强度实验

混凝土抗压强度实验参照SL/T 352-2020《水工混凝土实验规程》进行，试件尺寸为150mm×150mm×150mm，养护温度20±2℃，相对湿度95%以上。分别测其3d、7d、28d、60d的抗压强度，测定龄期从脱模后放入养护室算起。

1.3.2 劈裂抗拉强度实验

混凝土的劈裂抗拉强度混凝土抗压强度实验参照SL/T 352-2020《水工混凝土实验规程》进行，试件尺寸为150mm×150mm×150mm，养护条件同上。分别测其3d、7d、28d、60d的劈裂抗拉强度。

1.3.3 塑性收缩实验

混凝土塑性收缩实验采用平板开裂法，实验装置、试件尺寸以及实验步骤按照SL/T 352-2020《水工混凝土实验规程》进行。实验时，将成型好的试样放在20±2℃，相对湿度60±5%的室内，在风速5±0.5m/s的风扇吹拂下，24h后，测量和记录裂缝的数量、长度以及宽度。计算单位面积上的总开裂面积，以此数据作为指标。

1.3.4 自收缩实验

自收缩实验参照孙振平[6]等的砂浆自收缩方法，整个试验装置是由100ml锥形瓶，带孔皮塞，10ml带刻度滴管组装而成，装置如图1所示。

试验方法如下：先检查装置气密性，用机油浸润装置内部，将拌好的混凝土称取100g放入锥形瓶中，用润滑油加满，塞好瓶塞，将油面加至0刻度线，然后放置在干缩室养护。从拌合后，每隔24h读取一次滴管读数，记录时间，持续观察7d。自收缩的值计算如公式（1）：

式中：V0为初始体积值（cm3）；

Vt为t时体积值（cm3）；

m为装入锥形瓶中混凝土质量（g）；

ε为混凝土在t时间自收缩值（cm3/g）。

1.3.5 干燥收缩实验

混凝土塑性收缩实验按照SL/T 352-2020《水工混凝土实验规程》进行。将成型好的试样放在20±2℃，相对湿度60±5%的室内，试件尺寸100mm×100mm×600mm，分别测定1d、7d、14d、21d、28d、35d、42d、49d、56d的干燥收缩。

2 试验结果与分析

2.1 减缩剂对混凝土力学性能的影响

图2、图3分别是减缩剂对混凝土劈裂抗拉强度和抗压强度影响的试验结果。从图2可以看出，Mt多羟基化合物在掺量少于0.3%的时候，混凝土的劈裂抗拉强度是随着掺量的增加而增加，随着掺量的进一步增加，混凝土的劈拉强度随着掺量的增加而呈下降趋势。在Mt多羟基化合物掺量为0.3%时，其劈拉强度最高，与空白组混凝土相比，其7d、28d、60d劈拉强度分别提高了7%、10%、18%。可见，随着龄期的递增，Mt多羟基化合物对提高混凝土劈拉强度的增量越来越大。

从图3可以看出，Mt多羟基化合物对混凝土的抗压强度有不利影响。试验结果表明：在设计掺量范围内，混凝土的抗压强度随着掺量的升高而降低，在掺量从0.1%增加到0.3%时，其7d和28d的抗压强度呈上升趋势，60d强度呈下降趋势。当掺量从0.3%增加到0.4%时，28d和60d的抗压强度递减较大。

2.2 减缩剂对混凝土塑性收缩的影响

图4是减缩剂对混凝土塑性收缩影响的试验结果。从图中可以看出，在设定的掺量范围内，Mt多羟基化合物对增强混凝土的抗塑性开裂能力有着积极的作用。在掺量为0.1%时，开裂面积最小，相对于空白组混凝土减少了88%。当掺量为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%时，开裂面积相对于空白组混凝土分别减少了85%、83%、66%以及51%。可见当掺量从0.3%增加到0.5%时，开裂面积大幅度增加，但相对于空白组混凝土，开裂面积仍然减少。Mt多羟基化合物作为表面活性剂，可以降低孔隙水的表面张力，以此减小毛细孔失水时产生的收缩应力不仅可以降低平板开裂面积，而且还可以延缓开裂的时间，对平板开裂有利[7]。

2.3 减缩剂对混凝土自收缩的影响

图5是单掺减缩剂对混凝土自收缩影响的试验结果。由图5可知，六组试样自收缩的趋势基本类同，在1～3d内完成了主要的自收缩。在Mt多羟基化合物的作用下，混凝土的自收缩值有了较大幅度的降低。混凝土的自收缩值随着减缩剂掺量的增加而降低，当Mt的掺量最大时，混凝土的自收缩值最小。与空白组混凝土相比，当Mt多羟基化合物掺量为0.5%时，其1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d自收缩值分别降低了46%、33%、24%、23%、21%、20%、19%。可见随着龄期的增加，混凝土自收缩值随之减少，但降低的幅度却逐渐变小。Mt多羟基化合物可以减少毛细孔溶液的表面张力，使得在水泥水化过程中由于失水而产生的应力减小，以此减小了毛细孔中因水泥水化失水而引起的收缩应力[8-9]。

2.4 减缩剂对混凝土干缩的影响

图6 是单掺减缩剂对混凝土干燥收缩影响的试验结果。由图6可知，试样的干燥收缩发展的趋势基本相同，在前14d，干燥收迅速发展，14d之后趋势趋于平缓。Mt多羟基化合物能够有效地降低混凝土的干燥收缩。效果最好的是当掺量为0.5%的时候，和空白组相比，其1d、3d、7d、21d、28d、35d、42d、49d、56d的干燥收缩分别降低了46%、32%、30%、23%、26%、27%、27%、26%、28%、26%。随着龄期的增加，下降的幅度也随之降低。干燥收缩是混凝土在停止养护后，处于不饱和的湿空气内，内部的毛细孔和凝胶孔的吸附水蒸发而引起的收缩[10-11]。而减缩剂可以降低孔隙溶液的表面张力，根据拉普拉斯公式可知，随着孔隙溶液表面张力的降低，当混凝土毛细孔和凝胶孔蒸发吸附水而引起的负压也随之减小，从起到降低混凝土干燥收缩的效果。

3 结论

①Mt多羟基化合物在掺量0.3%之前对混凝土劈拉强度有积极的影响，掺量过大时反而对劈拉强度有不利影响；不管掺量如何，Mt对抗压强度一直是负面影响，对混凝土抗压强度不利。

②Mt多羟基化合物对减少混凝土的收缩有极大的作用；Mt能够有效地减少塑性收缩，但掺量越多，开裂面积也随之增大；在自收缩和干燥收缩方面Mt有相同的效果，可以减少自收缩和干燥收缩，随着掺量的增加，自收缩和干缩也随之降低。