聚羧酸系减水剂对早期混凝土收缩变形的影响

聚羧酸系减水剂对早期混凝土收缩变形的影响

石远忠

桂林市佳源混凝土有限公司

【摘要】本文为探讨聚羧酸系减水剂对早期混凝土收缩变形的影响，将一个品牌不同类型的聚羧酸系减水剂掺入到混凝土当中，对其早期收缩变形的影响和规律进行研究，分析结果，总结规律，以供参考。

【关键词】聚羧酸系减水剂;早期混凝土;收缩变形;影响

当前，我国社会经济快速发展，城市建筑业也取得长足的进步，在这样的背景下，越来越多人关注混凝土技术的应用，如混凝土化学外加剂，试图对高校减水剂的性能进行更深入和广泛的研究，探讨其在改善拌和硬化混凝土综合性能以及施工方式上的作用。而聚羧酸系减水剂无疑是我国目前应用量最大，应用范围最广的一种减水剂。结合笔者多年的研究实践发现，目前很多建筑甚至有90%的比例都或多或少地存在裂缝的问题，且早期裂缝现象非常普遍。混凝土裂缝的成因非常复杂，除了结构设计、建筑施工、环境条件和荷载受力等因素外，预拌混凝土日益复杂的材料组分和配合比设计的影响也不能忽视。相关研究表明：减水剂的大量应用是混凝土收缩变形增大、开裂现象严重的诱因之一。通过对多家预拌混凝土生产企业所用减水剂产品的调查，选取三种类型（缓凝型、标准型、早强型）的聚羧酸系减水剂作为研究对象，采用非接触式位移测量法，研究聚羧酸系减水剂在固定配合比条件下对早龄期混凝土收缩变形的影响，得到不同类型聚羧酸系减水剂对早龄期混凝土收缩变形的影响规律，探讨不同类型聚羧酸系减水剂影响早龄期混凝土收缩变形的机理，为预拌混凝土生产企业合理选择减水剂以及对混凝土配合比进行减缩设计提供依据。

1.试验原材料与试验方法

1.1试验原材料

水泥、砂、碎石、水、矿物掺合料、减水剂。（水泥技术指标见图1，减水剂概况见图2）

图1水泥技术指标检测结果

图2三种类型聚羧酸系减水剂的概况

1.2试验方法

根据GB/T5008-2009（普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准）规定，采用CABR-NES型非接触式混凝土收缩变形测定仪测定早龄3d混凝土的自由收缩变形。试件尺寸为100mm×100mm×515mm棱柱体，试验在温度（20±2）℃，相对湿度（60±5）%的恒温恒湿条件下进行。

2.试验方案设计

根据混凝土配合设计规程JCJ55-2011，采用绝对体积法设计C40混凝土配合比试验方案，其中包括未掺减水剂的基准组JZ和掺加少量不同类型的聚羧酸系的试验组，研究其在固定配合比条件下对混凝土早期收缩变形的影响。见表3。

表3基准组混凝土试验配合比

3.试验结果与分析

3.1标准型聚羧酸系减水剂对早龄期混凝土收缩变形的影响

标准型聚羧酸系减水剂对早龄期（3d）混凝土收缩变形的影响结果表明：基准组JZ在试验之初所产生的收缩变形较小，5~10h以内收缩变形加快，收缩率达到100×10，之后趋于稳定，缓慢发展^[1]。在68h时达到最大收缩率200×10,72h收缩率下降至168×10。在固定配合比条件下，外掺标准型聚羧酸系减水剂的试验组在试验之初所产生的收缩变形微小，在4~15h收缩率增长迅速，并在9h时赶超基准组收缩率，出现239×10的峰值，在15~72h呈现平稳回落回升的趋势，但都比基准组收缩率大，3d周期中最大收缩率可达到254×10。

在固定配合比的条件下，外掺标准聚羧酸系减水剂增大了3d龄期混凝土收缩变形的原因是多种因素综合作用的结果。除了浆骨比降低的原因外，它对混凝土收缩变形的影响受到毛细孔细化和孔溶液表面张力降低及含气量增加等多重因素的影响^[2]。

一方面，聚羧酸系减水剂使混凝土中部分毛细孔细化，混凝土中孔径变小，使同量水分蒸发产生的收缩变大，这将使混凝土早期收缩变大；聚羧酸系减水剂使混凝土含气量有所增加，降低了混凝土的抗变形能力，也会导致收缩率有所增加；聚羧酸系减水剂的碱含量低，因而引入到混凝土孔溶液中的碱金属离子相对较少，而碱金属离子浓度的增加会引起毛细孔中相对湿度的下降，从而增大早期混凝土的自由收缩。另一方面，聚羧酸系减水剂的掺入能够降低混凝土中孔溶液的表面张力，这会减小收缩率。有关研究表明^[3]，在低水胶比时，面张力的降低对混凝土收缩产生的影响是主要的，引气作用产生的影响是次要的。因为在低水胶比时，混凝土中毛细孔的孔径较小，根据Laplace方程，毛细孔径越小，降低孔溶液的表面张力对减小收缩变形的影响越大。

3.2缓凝型聚羧酸系减水剂对早龄期混凝土收缩变形的影响

在固定配合比条件下，外掺缓凝型聚羧酸系减水剂的试验组的收缩率始终呈现负值状态，说明混凝土不仅不收缩，反而产生了微膨胀，伴随着时间的推移，到达3d龄期时的混

凝土膨胀率达到88×10。试验结果充分体现了缓凝型聚羧酸系减水剂独特的减缩功效。缓凝型聚羧酸系减水剂的掺入，会使预拌混凝土在前期的水化反应和初凝时间推迟，水泥浆体的凝结快慢取决于水泥的早期水化作用。缓凝型聚羧酸系减水剂缓凝作用遵循“吸附-络合”机理。即由于缓凝型聚羧酸系减水剂在水泥颗粒表面的吸附阻止了SO4²-在C3A周围的聚集,从而有效地控制了铝酸盐相的早期水化;减水剂分子中的亲水性基团,能与水分子中氢原子形成氢键,生成缔合分子,束缚了水分子的运动,使得一定阶段内的水化反应速度降低，同时水化反应速度的降低使得硬化时化学收缩量降低；另一方面混凝土中孔溶液的表面张力的降低，会减小收缩率^[4]。在上述因素的共同作用下，缓凝型聚羧酸系减水剂掺入预拌混凝土中会降低混凝土3d龄期的收缩变形。

3.3早强型聚羧酸系减水剂对早龄混凝土收缩变形的影响

在固定配合比条件下，外掺早强型聚羧酸系减水剂在试验之初产生微膨胀，在4～12h其收缩率增长迅猛，在12～16h依然缓慢增长，并达到峰值466×10，在16～72h呈现

波浪式的缓慢升降趋势，并维持在430×10附近波动。相比基准组而言，外掺早强型聚羧酸系减水剂大大增加了混凝土3d龄期收缩变形。和缓凝型聚羧酸系减水剂相比，早强型聚羧酸系减水剂使水泥水化时间提前。研究表明：分子结构上，早强型AN4000-3聚羧酸系减水剂具有长侧链，侧链分布较疏，主链上的-COOH比较密集，对水泥的吸附锚固作用强，吸附速度快，长侧链更提供了超强的空间位阻效应；主链中的活性基团链接通过离子键、氢键、共价键、范德华力相互作用，改变水泥颗粒表面电位，产生静电斥力。在静电斥力和空间位阻斥力的共同作用下，分散了絮状物质，释放出结合水和空气，为胶凝材料提供充足的游离水，水化程度大大提高，形成的固相物质分布更加均匀，结构更加致密，孔隙率减少，前期化学收缩量也会明显提高，从而和标准型聚羧酸系减水剂相比又进一步的增大了混凝土3d龄期的收缩变形。

4.结束语

不同类型的聚羧酸系减水剂对早龄期混凝土的收缩变形均产生了不同程度的影响，影响程度和效果随着聚羧酸系减水剂类型的不同而有所不同。其中早强型与标准型减水剂因分散作用和毛细孔细化作用，增大了早龄其混凝土收缩变形的可能性，考虑这些因素，在混凝土应用过程中需综合分析，谨慎应用。

参考文献

[1]刘丽霞.聚羧酸减水剂对混凝土收缩性能的影响[D].重庆大学材料科学与工程学院,2011

[2]孙振平,杨辉.高效减水剂对水泥砂浆早期自收缩的影响[J].建筑材料学报,2014,16(6)

[3]姚燕.高性能混凝土的体积变形及裂缝控制[M].中国建筑工业出版社：北京,2011,2(3)

[4]吴久龙.减水剂对高性能混凝土收缩的影响[J].中国新产品新技术,2018,2(17)