减缩剂对机制砂混凝土干燥收缩的影响.pdf
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1、高礼雄 等 : 减缩剂对机制砂混凝土 干燥 收缩 的影 响 文章 编号 : 1 0 0 1 9 7 3 1 ( 2 0 1 3 ) 1 0 1 3 9 9 0 5 减缩剂对机 制砂 混凝 土干燥 收缩的影响 高本 乙 雄 , 孑 乙 丽士 商 ( 石家庄铁道大学 材料科学与工程学院, 河北 石家庄 0 5 0 0 4 3 ) 摘 要 : 为 降低机 制砂 混 凝土 的开 裂敏 感 性 , 提 高其 应 用技 术水 平 , 通 过测 试机 制砂 混凝 土 的干 燥收 缩值 , 并 结合相 应砂 浆保 水性 和扫 描 电镜 ( S E M) 微 观形 貌分 析 , 研 究 了不 同使 用方 式 的
2、减 缩 剂 对石 粉 ( S D) 含 量 不 同的机制砂混凝土干燥收缩的影响。结果表明, 对 于 减缩 剂使 用 方 式 不 同的相 同混 凝 土试 件 , 内掺 ( S RA M) 和外涂 ( S R A C ) 都 降低 了试 件 的 干燥 收 缩 , 但 对 于 不 同的试 件其 降低 幅度 不 同 ; 对 于减 缩 剂 使 用 方 式 相 同的不 同混凝 土试件 , S R A M 更有利 于降低 石粉 含 量 为 5 的机 制 砂 混 凝 土 试 件 ( 5 - S D) 干 燥 收 缩 , 而 降 低 石粉 含 量为 1 0 的机 制砂 混 凝 土试 件 ( 1 0 一 S D)
3、 干燥 收 缩更 有 效 的减 缩 剂使 用 方 式是 S R A C; 减 缩剂 通过 阻 滞试 件 内部 自由水分 迁移渗 出, 提 高其保 水 性 , 从 而降 低 干燥 收缩值 。 关键 词 : 减 缩剂 ; 干燥 收 缩 ; 机 制砂 混 凝 土 ; 保 水 性 ; 石 粉 中图分 类号 : TU5 2 8 文献标 识 码 : A D OI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 9 7 3 1 2 0 1 3 1 0 0 0 7 l 引 言 随着 基础 建设 的大 发 展 , 使 用 量 巨大 的合 格 天 然 河砂 资 源越来 越 少 , 为 保 证 工
4、程建 设 对 细骨 料 的需 求 和工程质量 , 国内外特别是缺乏天然河砂而石灰石资 源丰 富 的 山区 已开始成 规模 系统 地开 展机 制 砂 生产 及 其在混凝土中的应用研究 , 主要包括机制砂与天然河 砂水泥基材料性能 比较 , 采用机制砂制备新型混凝 土l 2 以及 机制 砂 对 混凝 土 各项 性 能 的影 响l_ 4 , 而 机 制砂 最重 要 的技术 指标 石 粉含量 对混 凝 土性 能 的影 响 一 直 是研 究 的 热 点 。一 般 认 为 机 制 砂 混 凝 土 干 燥 收缩 随着 石粉 含 量 的增 加 呈 递增 趋 势 I 1 ” , 机 制 砂 增 加 了混凝 土
5、的开裂 敏感 性从 而成 为 推广机 制 砂 混凝 土 应用 的最 大技 术 瓶 颈 , 而 针 对 解 决 这一 技 术 难 题 的专 门研究还鲜见报道 。从材料角度降低水泥基材料干燥 收缩并减少其开裂 的两个最主要技术措施 为纤维增强 和减 缩剂 _ 】 。减 缩 剂 对 于不 同水 泥 基 材 料 的 2 8 d干 燥减缩率一般在 1 0 一 5 0 范 围口 , 主要采用 内掺方 式 并 取得 了一 系列研 究 和应 用成 果 _ 】 , 同 时也 显 现 出 与减水剂和胶凝材料相容性不好等问题导致减缩剂不 减 缩 的情 况 , 近 年来 发 现 采 用减 缩 剂 外 涂方 式 也 可
6、 以 有 效 降 低 水 泥 基 材 料 的 干 燥 收 缩 从 而 防 止 其 开 裂 1 6 , 1 7 , 而减缩剂对降低机制砂混凝 土干燥收缩是否 有效 , 其使用方式对其作用效果 的影响等问题都未见 相关研究报道 ; 采用纤维增强抗裂其效果 与纤维 的品 种选 择 至 关 重 要 口 , 同 时 纤 维 势 必 增 加 混 凝 土 的 粘 性 , 这必 将影 响 到本 身 粘 度 较 大 的机 制 砂混 凝 土 工 作 性 。 基 于此 , 为 降低 机 制砂混 凝 土的开 裂敏 感性 , 减 少 其干燥收缩 , 提高其应用技术水平 , 本文研究了采用不 同使用方式的减缩剂对含有不同
7、石粉含量的机制砂混 凝 土 的干燥 收缩 的影 响 , 并 以天然 河 砂 混凝 土 为 基 准 进 行 比较 , 结 合 混凝 土 的保 水性 和水 化 产 物 的微 观 形 貌分析揭示了其影响机理, 最终得 出了不同石粉含量 的机制砂混凝土最佳的减缩剂使用方式, 有利 于增强 推 广机 制砂 混凝 土 的应 用 。 2 实 验 2 1 原材料 水 泥为 华新 P 04 2 5水 泥 ; 粉 煤 灰 为 电 厂 干排 的 工级 粉煤 灰 , 细度 ( 4 5 m 筛 余 ) 为 6 2 5 , 表 观 密度 为 2 2 1 g c m。 ; 减 水 剂 为浙 江 五 龙化 工 股 份 有 限
8、公 司 的聚羧 酸高 效减 水 剂 ; 减 缩 剂 为 江苏 博 特 新 材料 有 限 公司研制的 J M- S RA减缩剂 ; 细骨料为 C a C O 。 含量在 9 0 以上的石灰石破碎 而成 的机制砂, 其细度模 数为 2 7 , 级配区间为 2区, 其石粉含量分别为 5 和 1 0 , 以作对 比用 的天 然河 砂细度 模数 为 2 9 , 级 配 区间 为 2 区; 粗 骨 料 为连 续 级配 的石灰 石 碎 石, 粒 径 为 5 2 0 mm; 水为 自来水 。 2 2 实验 方案 采 用天 然河 砂和 石粉 含量分 别 为 5 和 1 O 的 机 制 砂 按 相 同 的 配 合
9、 比 成 型 无 减 缩 剂 ( S R A N)的 ( 1 0 0 mm 1 0 0 mm 4 0 0 mm) 基 准 混 凝 土 , 如 表 1所 示 , 分别命名为 C o n t r o l 、 5 - S D和 1 0 一 S D; 减缩剂内掺时 ( S RA M) , 在基准配合 比的基础上按胶凝 材料 2 的 掺量加入 8 k g m。 减缩剂; 减缩剂外涂 时( S RA C) , 在 * 基金项 目: 国家重点基础研究发展计划( 9 7 3计划) 资助项 目( 2 0 0 1 C B 6 1 0 0 ) 收到初稿 日期 : 2 0 1 2 0 9 1 2 收到修改稿 日期 :
10、 2 0 1 2 1 1 - 0 5 通讯 作者 : 高礼雄 作者简介 : 高礼雄( 1 9 6 9 一) , 男 , 湖: ! L N ii 人 , 博士 , 副教 授 , 从事水泥基材料体积稳定性研究 。 1 4 0 0 助 对 料 2 0 1 3 年第1 0 期( 4 4 ) 卷 2 3 实验方 法 机制 砂混凝 土 干燥收 缩采用 架设 千分表 方 式进 行 测试; 相应的砂浆保水性参照文献 1 9 的方式进行 , 其 关键点在于恒温恒湿 , 并调节养护箱 内因空气流动引 起的水分蒸发速率控制在 2 0 3 4 g h之 间, 其实验 简 图 见 图 1所 示 。 水 化 产 物 微
11、观 形 貌 采 用 F E I Q UANT A F E G 2 5 0场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜 进 行 观 察 。 基 准混凝 土 拆 模 后 外 涂 5 O 浓 度 的减 缩 剂 溶 液 。为 揭示其影 响机理, 去掉粗骨料成 型相应 的( 4 0 mm 4 0 mm1 6 0 mm) 砂浆试件测试其保水性 , 并进行扫描 电镜 ( s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e , S E M) 微 观分析 。 表 1 基 准混 凝土 配合 比( k g m。 ) Ta bl e 1 M i x t ur e pr o
12、po r t i o ns o f t he r e f e r e n c e c o nc r e t e ( k g m。 ) 水 泥 粉 煤灰 细 骨料 粗 骨 料 水 减 水 剂 3 2 O 80 8 00 1 O 25 l 75 3 4 : g b o x Su pp o or t a r Cl apbo ar d ( a ) 混凝土干燥收缩测试简图 ( b ) 砂浆保水性测试简图 图 1 干 燥收缩 和保水 性 实验简 图 Fi g 1 Th e t e s d i a g r a m o f d r y i n g s h r i n k a g e a n d wa t e
13、r r e t e n t i d n 3结果与讨论 3 1 抗压 强度 图 2为不 同使用方式的减缩剂对 2 8 d机制砂混凝 土抗 压 强度 的影 响。 图 2 减缩 剂对 混凝 土抗 压 强度 的影响 Fi g 2 I nf l u e n c e of SRA o n c omp r e s s i v e s t r e n gt h o f COnc r et e 从 图 2可 以看 出 , 对 于相 同 的混 凝土 试件 , 相 比于 S RA N 时 , S R A C略 微增 加 了其 抗 压 强度 , 其 中以试 件 5 - S D 增 长 幅度 最 大 为 5 6 , 这
14、 应该 与 S R A C对 表面收缩开裂的改善作用有关l 1 , 而 S R A M 降低 了 其强 度 , 其 中 以试件 1 0 一 S D 降低 幅度 最 大为 l 4 , S R A M 会延缓胶凝材料的水化反应 , 从而影响其强度 发 展 。 对于减缩剂使用方式相 同的 昆 凝 土试件之间 , 相 比于 天然河砂 混 凝 土试 件 C o n t r o l , 5 石 粉 含量 的 机 制砂 增加 了混凝 土强 度 , 而 1 O 石 粉 含量 的机制 砂 反 而降低了其强度, 适量石粉在胶凝材料水化反应 中起 着微 晶核和微集料填充作用, 降低 了液相离子浓度 , 增 强 了界
15、 面粘结 强度 , 但 随着 石粉 含量 的增加 , 比表 面积 增大 , 吸附了部分外加剂和自由水 , 破坏了骨料 的颗粒 级配 , 从而导致混凝土强度 的降低 。 3 2 干燥收 缩 图 3为不同使用方式的减缩剂对机制砂混凝土干 燥 收缩 的影 响 。从 图 3可 以看 出 , 所 有混 凝 土试 件 干 燥 收缩 在 9 0 d左右 慢慢趋 于稳 定 , 基 本达 到 2 0 0 d干燥 收缩值 的 9 5 左 右 。对 于 减缩 剂 使 用 方 式 不 同 的相 同混凝 土试件 , 以 S R A N 的混凝土趋 于稳 定干燥 收缩 值为基准, S R A M 和 S R A C都 降
16、低 了试件的干燥收 缩, 但对于不 同的混凝土试件其降低幅度不同, S R A M 和 S RA C对于试件 C o n t r o l 的降低幅度较为相近 , 基本保 持在 2 5 左右 ; S R A M 对 于试 件 5 - S D 的干燥 收缩 降 低 效 果 比 S R A C更 好 , 其 降 低 幅 度 分 别 为 3 0 2 和 2 4 5 ; 而 对 于 试 件1 0 - S D, S R A M 和 S RA C的降 低 效 果 正好 相 反 , 其 降低 幅度 分 别 为 2 0 7 和 3 4 6 。据此 可知 , S RA M 和 S RA C都 可 以 降低 机制
17、砂混 凝 土 干燥 收 缩 值 , 而对 于 不 同石 粉 含 量 的机制 砂混凝 土其 降低 幅度不 同可能 与 昆凝 土 自身 的强度和孔隙特征有关 。结合图 2 可 以得知, 试 件 5 - S D强 度较 高 , 内部 孔 隙结构较 为密 实 , S R A M 时 减缩剂不易挥发跑出试件 , 从而更好地发挥减缩效果 , 而 S R A C时 由于表 面较 为密实 , 导致 减缩 剂渗 入 到试 件 的深度 有 限 , 从 而影 响其 减缩 效 果 ; 而 对 于试 件 1 0 一 S D 的情 况 , 正好相 反 。 对上述 干燥 收缩 实验结 果重新 作 图得 出减 缩剂 使 用方
18、式相同的混凝土试件之间的干燥 收缩 比较 图, 如 图 4所 示 。从 图 4可 以 看 出 , 对 于 S R A N状 态 , 以试 可 c I =、 =lacm =l 0 一 a J a尸 I J o0 高礼 雄 等 : 减缩剂 对机制砂混凝土干燥收缩 的影 响 件 C o n t r o l 趋于稳定干燥收缩值 4 4 3 1 0 为基准 , 机 制砂增加了混凝土干燥收缩值且随着石粉含量的增加 而增 大 , 试 件 5 - S D 和 1 0 一 S D 分 别 增 加 了 1 2 2 和 2 O 8 9 5 ; 对 于 S R A M 状 态 , 相 比于 试 件 C o n t r
19、 o l 趋 于 稳定 干燥 收缩值 3 3 01 0 , 试件 5 - S D的值 较为 接 近 , 仅增加 了 5 2 , 而试件 1 0 一 S D增加了 2 8 5 , 达 到 了 4 2 4 1 0 ; 对 于 S R A C状 态 , 相 比 于试 件 C o n t r o l 的基准值 3 4 1 1 0 , 试 件 5 - S D增 加 了 9 9 , 而 试件 1 0 一 S D仅 增加 了 2 6 , 仅 为 3 5 0 1 0 。 ( c ) 试 件I O - SD 6 _ _ 秸石 Age d 对 混凝 土干 燥 收缩 的影响 -SRA- N o SRA- M SRA
20、 9 0 1 20 1 Ag e d Fi g 4 I n f l ue nc e of SRA i n t h e s a m e u s i n g wa y o n d r y i n g s hr i n ka g e o f c o nc r e t e 结合图 3和 4可以看出 , 对于减缩剂使用方式 相 同的不 同混 凝 土试 件 , 机 制 砂 混 凝 土 增 加 了混 凝 土 干 燥收缩值 , S RA M 更有利于降低试件 5 - S D干燥收缩 , 而降 低试 件 1 0 一 S D干 燥 收缩 更有 效 的使 用 方 式 是 S R A C, 同时也可以看 出, 只要使
21、用了减缩剂的机制砂 混凝土趋于稳定干燥收缩值都低 于 S R A N 的天然河 砂混凝土试件 C o n t r o l 的值 。 3 3 保 水 性 一 般认 为 , 混凝 土体 积稳 定性 比如 自收缩 、 干燥 收 缩 和徐 变等 与其 内部 水 化 反 应 和水 分 迁 移 有 关 2 , B e n t z 等认 为减 缩 剂可 以降低 水 泥基 材料 的干燥 速率 , 使 试件 保持 较 高 的 内部 相 对 湿 度 , 从 而 降 低 干 燥 收 缩 防止其开裂口 , 同时也有研究采用水泥基材料 的保水 性 来评 价减 缩 剂 的减缩 性 能 1 。据 此 , 为 揭示 机 制
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