摘要：混凝土的早期收縮開裂問題已成為國內外專家的研究熱點，為了研究混凝土必不可少的組成之一的減水劑對混凝土開裂性能的影響，采用福州大學的發(fā)明專利/水泥基材料抗裂性能測試誘導開裂法及其裝置0進行減水劑品種和由減水劑摻量改變而導致混凝土坍落度變化對混凝土早期開裂性能的影響試驗研究。試驗研究結果表明:外加劑品種對混凝土的開裂性能有一定的影響。摻三聚氰胺系減水劑混凝土的抗裂性能優(yōu)于摻萘系和聚羧酸系減水劑混凝土，摻萘系減水劑混凝土的抗裂性能最差。而且，即使同屬萘系減水劑，不同的廠家、不同品牌的減水劑對混凝土開裂性能的影響也不盡相同?；炷恋奶涠葘炷恋拈_裂性能有一定的影響，坍落度在11~18cm之間的混凝土抗裂性能相對較好。

　　自20世紀30年代末減水劑問世以來，減水劑技術得到了迅猛的發(fā)展與廣泛的應用，已經成為混凝土中必不可少的第五組分，在混凝土生產中大量使用。由于實際應用中混凝土的評定指標僅僅為混凝土的強度與坍落度，除非在特殊部位還有其抗?jié)B性能等指標的要求，從而造成混凝土的發(fā)展過程主要是混凝土強度等級與坍落度不斷提高的過程，而忽視了混凝土的體積穩(wěn)定性的問題，也使得減水劑的生產與應用只注重減水率的大小。體積穩(wěn)定性不良的直接后果就是引發(fā)裂縫^[1]，特別是混凝土的早期收縮開裂問題已引起國內外專家學者的高度重視?；炷恋牧芽p具有記憶性，若混凝土的早期的收縮裂縫不及時處理或處理不當，就會加速混凝土的劣化，這不但會影響建筑物的外觀、使用功能，還會對結構安全性和耐久性構成威脅^[2]。而外加劑的品種及改變其摻量所導致混凝土坍落度的變化對混凝土早期開裂性能的作用尚不明確。本文通過試驗研究分析外加品種及改變其摻量所導致混凝土坍落度的變化對混凝土早期開裂性能的影響。

　　1試驗原材料及其方法

　　1.1原材料及試驗方案

　　水泥為福建順昌水泥廠生產的煉石牌P#O42.5級水泥;粉煤灰為漳州后石電廠生產的級粉煤灰，二者的化學成分見表1;砂為閩江河砂，細度模數為2.7;石子為5~25mm連續(xù)級配的碎石;外加劑為浙江五龍化工股份有限公司生產的萘系減水劑FDN、上海建筑科學研究院生產的聚羧酸系減水劑PCA、中國建筑科學研究院生產的三聚氰胺系減水劑MEL、福州創(chuàng)先工程材料有限公司生產的FDN-1和FDN-2高效減水劑、天津科學研究院生產的UNF-5高效減水劑和福建建筑科學研究院以FDN外加劑為母體復合的TW10高效減水劑。

　　為了研究減水劑品種、混凝土坍落度對混凝土的開裂性能的影響，共設計了14組混凝土配合比。其中以外加劑品種為參數的混凝土配合比是根據各種外加劑的性能調整摻量，使得混凝土的坍落度保持在200mm左右。以坍落度為參數的混凝土配合比見表2，其中所采用的外加劑為浙江五龍化工股份有限公司生產的萘系減水劑FDN。

　　1.2 試驗方法

　　傳統(tǒng)的平板法試驗具有混凝土開裂時間遲，且裂縫觀測難、誤差大等缺點，本試驗方法采用福州大學的發(fā)明專利/水泥基材料抗裂性能測試誘導開裂法及其裝置0^[3]，結構如圖1所示。中間的隔板引導裂縫發(fā)展，以便于觀測。

　　試件成型后置于相對濕度為(605)%，溫度為(253)e環(huán)境中。用放大倍數為40倍的裂縫觀測儀進行觀測裂縫的發(fā)展，開始每隔5min觀察一次，直至裂縫貫穿。裂縫貫穿后，每2h觀測一次，直至12h。水分蒸發(fā)試驗所用的模具是直徑150mm、高50mm的圓筒，每小時用感量為0.1g的電子天平稱量一次。

　　2 試驗結果與分析

　　2.1外加劑品種對混凝土早期開裂性能的影響

　　2.1.1不同品牌萘系減水劑對混凝土早期開裂性能的影響

　　本組試驗條件在平板的上方點兩個150W的碘鎢燈，并加風速3m/s。從圖2以看出，外加劑品種對混凝土的開裂時間影響較小，但是對混凝土的開裂面積與最大裂縫寬度影響較大，混凝土的開裂面積大小排列順序為:UNF-5>FDN-2>FDN-1>TW-10>FDN，開裂時間的大小排列順序為:UNF-5>FDN-1>TW-10>FDN-2>FDN。其中使用UNF-5的混凝土板開裂面積及最大裂縫寬度遠大于其他的混凝土，其開裂面積是摻其他外加劑的3倍以上，而且也是最早開裂;使用FDN的混凝土開裂面積較其他3種減水劑低50%左右，最大裂縫寬度相對較小，裂縫也是最遲出現(xiàn)的;其他3種外加劑雖有差別，但基本相當。從摻TW-10型減水劑與摻FDN減水劑混凝土開裂性能的差別也說明了在進行減水劑復合時，應考慮復合后其對混凝土開裂性能的影響。

　　2.1.2不同品種高效減水劑對混凝土早期開裂性能的影響

　　從圖3看出，外加劑品種對混凝土的開裂時間影響很小，但是使用三聚氰胺系減水劑的混凝土開裂面積及最大裂縫寬度相對較小，其開裂面積分別是使用聚羧酸系減水劑和萘系減水劑的72%和55%，最大裂縫寬度是使用聚羧酸系減水劑和萘系減水劑的52%左右。而且外加劑品種對混凝土的水分蒸發(fā)量基本無影響。混凝土開裂性能的差別可能是與外加劑的組分對混凝土收縮和凝結過程影響的不同而導致的。

　　2.2混凝土坍落度對其早期開裂性能的影響

　　從圖4可以看出，隨著混凝土坍落度的提高，混凝土的裂縫出現(xiàn)時間總體上是隨之推遲，當混凝土坍落度為6cm的混凝土裂縫出現(xiàn)時間較不摻減水劑的混凝土推遲了2h左右，這可能是減水劑能夠提高水泥凝聚體的分散度，改變吸附水和游離水的比例，提高游離水的數量，使其可蒸發(fā)自由水量增加，雖然摻入減水劑會增大混凝土早期的水分蒸發(fā)，但是其毛隙孔的負壓增加幅值有可能還是降低的，即釋放出來的自由水的量遠大于水分蒸發(fā)量的增加值。同時，因為減水劑吸附在水泥顆粒上時，阻礙了水泥與水的反應，推遲了新晶體的生產，早期水化階段明顯推遲，延緩了水泥的凝結時間^[4] ，而混凝土的開裂時間與其初凝時間密切相關^[5]，從而使其開裂時間推后?；炷撂涠葹?4cm的混凝土裂縫出現(xiàn)時間較坍落度為22cm的混凝土推遲0.5h左右，這是由于坍落度為24cm的混凝土出現(xiàn)較為嚴重的離析泌水，在混凝土表明形成一自養(yǎng)護層，從而使混凝土的開裂時間延遲?；炷恋拿谒㈦x析對混凝土形成自養(yǎng)護層，減少了混凝土的早期干燥收縮，但是也降低了混凝土內部的相對濕度與自由水分。從而增大了混凝土的自生收縮，使得當混凝土的坍落度超過18cm后，隨著坍落度的提高，其開裂面積和最大裂縫寬度增大。坍落度在11~18cm之間的混凝土開裂面積相對較小，坍落度為15cm和18cm的混凝土最大裂縫寬度相對較小。混凝土坍落度為15cm時其開裂面積為不摻減水劑和坍落度為24cm混凝土的62%左右;混凝土坍落度為6cm混凝土的開裂面積是不摻減水劑混凝土的76%;混凝土工作坍落度為24cm是坍落度為22cm混凝土的1.14倍。摻入適量的減水劑使混凝土的坍落度在11~18cm之間，可能會使混凝土的自由水含量較為合適而且又有適當的緩凝作用，使得混凝土的自生收縮和干燥收縮量較小，而使混凝土的整體收縮和強度發(fā)展結合點最佳，從而使其開裂性能最好。不摻外加劑的混凝土其坍落度非常差，混凝土干硬振搗不密實，使得混凝土內部結構比較松散，混凝土水化反應生產的凝膠體在顆粒之間填充慢，混凝土強度低。同時，混凝土內部空隙的相對濕度較低，水分蒸發(fā)引起的相對濕度降低較快。在這兩者的共同作用之下混凝土的裂縫發(fā)展迅速，開裂面積與最大裂縫寬度均較摻適量減水劑的混凝土大。隨著減水劑摻量的提高，水泥凝聚體的分散度提高，混凝土的毛細孔細化，同時，摻入減水劑降低溶液的表面張力，降低了毛細孔張力，根據Laplace方程，毛細孔的細化與表面張力降低程度的綜合作用將最終決定它們的影響方式。

　　3 結論

　　通過改進的平板法試驗研究外加劑品種及混凝土的坍落度對混凝土開裂性能的影響，可以得到如下結論:

　　(1)在保證混凝土坍落度相當的條件下，外加劑品種對混凝土的開裂性能有一定的影響。摻三聚氰胺系減水劑混凝土的抗裂性能優(yōu)于摻萘系和聚羧酸系減水劑混凝土，摻萘系減水劑混凝土的抗裂性能最差。而且，即使同屬萘系減水劑，不同廠家、不同品牌減水劑對混凝土的開裂性能的影響也不盡相同。減水劑的復合也會影響混凝土的開裂性能，所以為了滿足施工的需要，進行減水劑復合時，應考慮復合后的減水劑對混凝土開裂性能的影響。

　　(2)混凝土的坍落度對混凝土的開裂性能有一定的影響。隨著混凝土坍落度的提高，混凝土的裂縫出現(xiàn)時間總體上是隨之推遲。坍落度在11~18cm之間的混凝土抗裂性能相對較好。其中，混凝土坍落度為15cm時其開裂面積為不摻減水劑和坍落度為24cm混凝土的62%左右。在實際工程應用中應防止混凝土出現(xiàn)嚴重的泌水、離析等現(xiàn)象。

　　(3)環(huán)境溫度與溫差及其風速對混凝土裂縫出現(xiàn)的時間及其開裂面積作用顯著，所以對于高強高性能混凝土的施工更應該注意早期的溫控措施。使混凝土的整體收縮和強度發(fā)展結合點最佳，從而使其開裂性能最好。不摻外加劑的混凝土其坍落度非常差，混凝土干硬振搗不密實，使得混凝土內部結構比較松散，混凝土水化反應生產的凝膠體在顆粒之間填充慢，混凝土強度低。同時，混凝土內部空隙的相對濕度較低，水分蒸發(fā)引起的相對濕度降低較快。在這兩者的共同作用之下混凝土的裂縫發(fā)展迅速，開裂面積與最大裂縫寬度均較摻適量減水劑的混凝土大。隨著減水劑摻量的提高，水泥凝聚體的分散度提高，混凝土的毛細孔細化，同時，摻入減水劑降低溶液的表面張力，降低了毛細孔張力，根據Laplace方程，毛細孔的細化與表面張力降低程度的綜合作用將最終決定它們的影響方式。

　　參考文獻:

　　[1]馬保國，王信剛，梁文泉，等。摻高效減水劑水泥砂漿的早期開裂研究[J].建筑材料學報，2005，8(6):593-598。

　　[2]張風臣，劉翠蘭，陳擁軍.改進型環(huán)形收縮試驗方法[J]。蘭州理工大學學報，2006，32(1):126-129。

　　[3]鄭建嵐，羅素蓉，王雪芳，等。水泥基材料抗裂性能測試誘導開裂法及其裝置:中國，ZL200410061492.1[P].2007-02-07.

　　[4]吳中偉，廉慧珍。高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社，1999.

　　[5]DiasWPS.Influenceofmixandenvironmentonplasticshrinkagecracking[J].MagazineofConcreteResearch，2003，55(4):385-394.