王文彬

(福建省建科院檢驗(yàn)檢測(cè)有限公司)

0 引言

進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速前進(jìn)。房屋建筑行業(yè)對(duì)建筑物的質(zhì)量提出了更高的需求，高性能混凝土成為土木工作者研究的重點(diǎn)。目前，研究者對(duì)于高性能混凝土的研發(fā)主要從工藝創(chuàng)新和組分創(chuàng)新開(kāi)展。向混凝土中摻入高效減水劑是重要的提高混凝土性能的途徑之一[1,2]。精細(xì)化研究組分對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律對(duì)研發(fā)兼具優(yōu)良工作性能、力學(xué)性能及使用性能的高品質(zhì)混凝土具有十分重要的工程意義。

外摻劑的含固量是指外摻劑內(nèi)部的固體組分含量，對(duì)混凝土內(nèi)部的水泥具有分散作用，可有效改善其工作性能，并且可以降低水泥及水的用量，節(jié)約建筑材料的使用，為環(huán)境友好型建筑提供更好的基礎(chǔ)。目前，研究者針對(duì)外摻劑摻量對(duì)混凝土的性能研究已經(jīng)初具規(guī)模[3-5]。王安軍等人分析了PC-HB 減水劑對(duì)混凝土性能的影響，認(rèn)為其可以顯著提高混凝土的早期抗拉及抗壓強(qiáng)度[3]。何中建、沈雅雯等人認(rèn)為減水劑可有效提升混凝土的力學(xué)強(qiáng)度[4,5]。但是針對(duì)外摻劑組分含固量對(duì)混凝土的力學(xué)性能影響研究相對(duì)較少。基于上述的研究背景，本文重點(diǎn)分析了不同養(yǎng)護(hù)齡期下外摻劑含固量（20%、25%、30%）對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度的影響，有助于高性能混凝土的配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)建設(shè)高質(zhì)量精品工程具有十分重要的意義。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

原材料包括天然粗集料、河砂、水泥、減水劑、水和粉煤灰。

⑴天然粗集料為石灰?guī)r碎石，5～20mm 粒徑范圍，級(jí)配合格，表觀密度為2.51g/cm3，堆積密度為1.3g/cm3。砂為河砂，細(xì)度模數(shù)為2.3，符合規(guī)范粒徑規(guī)定。

⑵水泥為強(qiáng)度等級(jí)42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間為140min，終凝時(shí)間為210min，其他指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

⑶粉煤灰為Ⅱ級(jí)粉煤灰，其密度為2.1g/cm3，細(xì)度為8.6。

⑷試驗(yàn)用水為自來(lái)水，減水劑為引氣減水劑，減水率≥40%。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中的要求進(jìn)行不同類型的外摻劑含固量的混凝土的配合比設(shè)計(jì)。基于基準(zhǔn)配合比，主要分析了減水劑含固量（20%、25%、30%）對(duì)混凝土抗壓及抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律，不同類型的混凝土配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比 （kg/m3）

1.3 試件澆筑與養(yǎng)護(hù)

混凝土的試件制備過(guò)程主要包括干組分材料的拌和、混合料的拌合及養(yǎng)護(hù)的過(guò)程，具體制備流程示意圖如圖1所示。

圖1 混凝土試件制備流程圖

⑴模具內(nèi)部均勻涂抹脫模劑，依次加入稱量好的粗骨料、細(xì)砂、粉煤灰及水泥，攪拌時(shí)間為1min，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠓娇蛇M(jìn)行下一個(gè)工序[6]。

⑵向上述混合的材料中加入50%的水，然后將減水劑與剩余的50%水按比例混合，再倒入上述拌合均勻的材料中，充分?jǐn)嚢?min，獲取拌合均勻的混合料；將其裝入涂抹脫模劑的模具中，在振搗臺(tái)上振搗至無(wú)明顯大氣泡為止，隨后用刮刀抹平；放置在室溫下成型后進(jìn)行脫模[7-10]；

⑶脫模后將試件先進(jìn)行編號(hào)區(qū)分，然后放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行3d、7d 及28d 齡期的養(yǎng)護(hù)以后再進(jìn)行力學(xué)性能（抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度）的測(cè)試。

1.4 測(cè)試方法

依據(jù)GB/T 50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)不同減水劑含固量的混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。

2 減水劑含固量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響的研究

不同養(yǎng)護(hù)齡期下混凝土抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2 所示。從圖2 得知，整體上混凝土的抗壓強(qiáng)度與減水劑含固量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。一方面由于如果減水劑中的含固量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致減水率過(guò)高，容易出現(xiàn)泌水、離析等不良現(xiàn)象；另一方面由于減水率越大導(dǎo)致混凝土內(nèi)部單位用水量減小，混凝土水化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的膠凝材料也隨之減少，進(jìn)而降低混凝土的強(qiáng)度。更有可能的是，混凝土內(nèi)部水分減少會(huì)使得混凝土內(nèi)部干燥，容易產(chǎn)生裂縫，進(jìn)一步弱化混凝土的強(qiáng)度。此外，3d 養(yǎng)護(hù)條件下，含固量從20%增加到30%，混凝土的抗壓強(qiáng)度降低了16.9%；28d 養(yǎng)護(hù)條件下，含固量從20%增加到30%，混凝土的抗壓強(qiáng)度降低了25.1%。因此，與3d齡期養(yǎng)護(hù)條件相比，28d 齡期養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的抗壓強(qiáng)度隨減水劑含固量的增加下降幅度更加明顯。這是由于隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，混凝土內(nèi)部的水化反應(yīng)更加顯著，更加需要水的參與，而高含固量的減水劑會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部水分含量更少，對(duì)混凝土性能的影響更加顯著。

圖2 不同養(yǎng)護(hù)齡期下混凝土抗壓強(qiáng)度

3 減水劑含固量對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度影響的研究

不同養(yǎng)護(hù)齡期下混凝土抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3 所示。從圖3 得知，不同含固量減水劑在不同養(yǎng)護(hù)齡期下混凝土抗拉強(qiáng)度的演變規(guī)律與抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律相對(duì)一致。同樣的原因是由于隨著含固量的增加，混凝土內(nèi)部的水分含量降低，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部水化反應(yīng)弱化，水化產(chǎn)物降低，且增加了干燥導(dǎo)致的混凝土裂縫的產(chǎn)生，導(dǎo)致了整體上混凝土內(nèi)部抗拉強(qiáng)度有所損傷。此外，3d 養(yǎng)護(hù)條件下，含固量從20%增加到30%，混凝土的抗拉強(qiáng)度降低了12.9%；28d 養(yǎng)護(hù)條件下，含固量從20%增加到30%，混凝土的抗拉強(qiáng)度降低了19.6%。因此，與3d 齡期養(yǎng)護(hù)條件相比，28d 齡期養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的抗拉強(qiáng)度隨減水劑含固量的增加下降幅度同樣更加顯著。但是與混凝土抗壓強(qiáng)度相比，變化幅度較低。上述現(xiàn)象表明減水劑含固量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響高于對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)度的影響，由于混凝土抗拉強(qiáng)度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混凝土的抗壓強(qiáng)度值。

圖3 不同養(yǎng)護(hù)齡期下混凝土抗拉強(qiáng)度

4 結(jié)語(yǔ)

⑴混凝土的抗壓強(qiáng)度與減水劑含固量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；與3d 齡期養(yǎng)護(hù)條件相比，28d 齡期養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的抗壓強(qiáng)度隨減水劑含固量的增加下降幅度更加明顯。

⑵不同含固量減水劑在不同養(yǎng)護(hù)齡期下混凝土抗拉強(qiáng)度的演變規(guī)律與2 中的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律相對(duì)一致。