水化反应增强剂对道路混凝土早期强度及早期开裂性能的影响.pdf

2 0 1 O年 第 6期 (总 第 2 4 8 期 ) N u mb e r 6 i n 2 0 l O ( T o t a l N o 2 4 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATE剐 L AND ADMI NI CU! d o i ： 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 0 0 6 0 2 0 水化反应增强剂对道路混凝土早期强度 及早期开裂性能的影响 李益进 ，何凡 。孙鑫鹏 ( 中南大学 土木建筑学院 ，湖南 长沙 4 1 0 0 0 5 ) 摘要 ： 研究 了水化反应增强剂 ( Mi x C o n v e r t e r )对道路混凝土早期强度及早期 开裂性 能的影 响。采用平板开裂法对水化反应增强剂 Mi x C o n v e r t e r 混凝土抗裂性能进行研究， 以及对其物理力学性能的研究表明： 混凝士中掺人 0 4 Mix C o n v e r t e r 能够使水泥的水化反应加 速并更加充分 ， 减少混凝土施工时泌水现象 ， 增加混凝土 内部的密实性 ， 改善其柔韧性 ， 从而增加其早期强度 ； 有效地抑制混凝土 的早期开 裂 ； 提高了混凝土的耐久性 ， 为配置高性能混凝土提供 了基础 ， 具有 广阔的工程应用前景 。 关键词 ： 混凝土 ；水化 ；早期强度 ；早期开裂 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 6 6 0 2 Effe c t of Mi xCon ve r t e r on t he ea r l y s t r e ng t h o f r oa d c onc r e t e an d t he pr oper t i es of e a r l y- ag e c r a c k i ng L Y i -j i n ， HEF a n ， S U NXi n - p e n g ( C i v i l E n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e e tu r eC o l l e g e o f C e n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 0 5 ， C h i n a ) W e s t u d i e d t h e e f f e c t s o f M i x Co n v e r t e r o n t h e e a r ly s t r e n g t h a n d e arl y - a g e c roc k i n g p r o p e r ti e s o f r o a d - c o n c r e t e Fl a t - p i an t c r a c k i n g me t ho d Wa S u s e d t o r e s e a r c h a n t i c r a c k i n g p e r f o r ma n c e o f Mi x Co n v e r t e r - c o n c r e t e ， a s we l l a s i t s p h y s i c a l and me c h a ni c a l pr o p e r t i e s ， the s t u d i e s h a v e s h own tha t ： c o n c ret e mi x e d wi t l l 0 4 Mi x Co n v e r t e r c a n a c c e l e r a t e the c e me n t h y d r a t i o n rea c t i o n an d ma k e i t mo r e f u l l y r e d u c e t h e b l e e d in g o f o o n c ret e c o n s t r u c ti o n ， i n c r e aSe the d e n s i ty o f c o n c r e t e ， i mp r o v e i t s fl e x i b i l i ty， t h e r e b y i n c r e aSi n g t h e e a r ly s e n g t h 。 e ff ect i v e l y s u p p res s i n g the e a r l y - a g e c rac k i n g a n d e n h an c i n g the d u r a bi l i ty o f the c o n c r e t e， Mi x Co n v e r t e r p r o v i d e s t h e f u nd a t i o n f o r h i g h - p e r f o r ma n c e c o nc r e t e， tha t h a s a br o a d a p pl i c a t i o n p r o s p e c t Ke y wor d s： C O l l C ret e； h y d r a t i o n； e a r l y s t r e n g t h； e a r l y a g e c r a c k i ng 0 引言 如今混凝土路面变得越来越复杂， 对建筑材料的性能标准 要求也越来越高。水泥混凝土路面作为一种高级路面结构形 式， 其早期强度和早期开裂问题一直是工程界所关注的问题 1】 ， 为了适应当前建筑材料的高标准以及道路混凝土早期强度及早期 抗裂性能， 本试验采用美国格雷士公司生产的常青牌混凝土水化 反应增强剂 Mi x C o n v e r t e r 来改善混凝土的性能， Mi x C o n v e r t e r 作 为一种特制的胶质普通矿物化的火山灰质液体添加剂， 能改善 传统混凝土配合 比设计， 形成一种坚固、 密实不渗水的混凝土 结构， 能够很好的改善混凝土的综合性能， 可用来配制高性能 混凝土， 具有较高的工程应用价值。 1 试验 原材料 水泥： 湖南益阳东方 P O4 2 5级水泥， 其主要性能指标见 表 1 。 砂： 采用湘江中砂， 细度模数为2 6 5 ， 表观密度为 2 6 2 0 k g m ， 含泥量为 0 9 。 石子 ： 旺兴建材碎石 ， 5 - 3 1 5 n l r n连续级配。 增强剂： 采用美国格雷士公司生产的常青牌混凝土水化反 收稿 日期 ：2 0 1 0 - -0 1 - 2 2 6 6 应增强剂Mi x C o n v e r t e r ， 其主要技术性能见表 2 。 拌合水： 自来水。 表 1 水泥主要性能指标 表 2 Mix C o n v e r t e r 的主要技术性能 2试 验 方 法 ( 1 ) 抗压强度与抗折强度均按 GB T 5 o o 8 1 -2 o o 2 ( 普通混 凝土力学性能试验方法标准 进行测试。 抗压强度测试采用尺 寸为 1 0 0 mmx 1 0 0 mmx 1 0 0 i n n l 的非标准立方体试件， 分别测 定其在 7 、 1 4 、 2 1 、 2 8 d的抗压强度；抗折强度测试采用尺寸为 1 0 0 mmx l O 0 mmx 4 0 0 mi n的非标准棱柱体试件， 分别测定其在 1 4 、 2 8 d的抗折强度 。 ( 2 ) 混凝土开裂试验采用平板法， 使用模具参考 Y K a s a i 等人脚 研制的仪器 自行制造 ， 其结构尺寸为 6 0 0 mr n x 6 0 0 m mx 8 0 to n i ， 如 图 1 、 2 。 图 1 抗裂试验模具 试 件 图 2 平板开裂装置示意图 ( 3 ) 平板开裂试验过程。按预定的配合比拌和混凝土 ； 浇筑， 振实， 抹平； 用塑料薄膜覆盖 2 h后 ， 用 4 O w 的电风扇吹 混凝土表面 ， 连续吹 2 4 h为止 ； 记 录初裂时间 、 裂纹数量 、 裂纹长 度和最大宽度。开裂的评定指标： 根据 2 6 h的裂纹情况计算 下列 3 个参数 ； 平均开裂面积 a = l 2 N( W L ) ； 单位面积开裂 数 目 b = N A( 条 mz ) ； 单位面积 的总开裂面积 c b ( mmZ m ) 式 中： 为第 i 个裂纹的最大宽度 ， mm； L 为第 个裂纹的长度 ， mm； N为总裂纹数目； A为0 3 6 x 3 mz 。评定开裂等级的准则： 仅 有非常细的裂纹 ； 平均开裂面积小于 1 0 m ； 单位面积开裂数小 于 1 0 条 mz ； 单位面积总开裂面积小于 1 0 0 mm2 m 。开裂等级 划分： 按照上述 4个准则将开裂程度划分为5个等级： I 级 满足 所有 的 4个条件 ； I I 级 一 满 足 3 4 ； I I I 级 一 满足 2 4 ； I V级一 一个 也 不满足。 3 试验 内容及 结果 3 1 配合 比设计 未掺入 Mi x C o n v e r t e r 的混凝土的配合 比设计 ， 参照普通混 凝土配合 比设计 ； 配制成非标准试件， 掺人 Mi x C o n v e r t e r 的试 样： 以混凝土的单位立方米总质量为基数 ， 参考基准混凝土配 合比， Mi x C o n v e r t e r 的掺人量按水泥单位立方米用量的 0 3 、 0 4 、 0 , 5 计算， 水泥用量减少 3 5 ( 按混凝土的单位立方米总 量计算) ， 细骨料增加 4 3 ( 按混凝土的单位立方米总量计算) ， 粗骨料增加 0 7 ( 按混凝土的单位立方米总量计算 ) ， 水减少 0 9 ( 按混凝土的单位立方米总量计算) ， 按此重新调整配合比， 配合比设计见表 3 。 表 3 混凝土 的配合 比 3 2 养护制度 试块养护制度都采用：在标准养护室分别养护 7 、 1 4 、 2 1 d 和 2 8 d ， 再进行抗压 、 抗折强度试 验。对于抗 开裂试 验 ， 进行洒 水养护 ， 观测其 2 4 h内的开裂情况 。 3 3 试验结果分析 r 3 3 1 Mi x C o n v e r t e r 对混凝土早期强度的影 响 未掺 入 Mi x C o n v e r t e r 的基 准 混凝 土 试件 与 掺入 0 4 的 Mi x C o n v e r t e r 混凝 土试件 的抗压 与抗 折强度测试结果 ( 已转化 为标准试件结果 ) 见表 4 。 表 4基准混凝土与 Mi x C o n v e r t e r 混凝土强度 由表 4可知 ， 掺加 0 3 的 Mi x C o n v e r t e r 的混凝 土试件抗压 强度与基准混凝土相当， 0 5 的掺量对混凝土早期强度有所改善， 而掺加 0 4 Mi x C o n v e r t e r 的混凝土试件比未掺人的 7 d抗压强 度提高了 1 0 7 ， 1 4 d抗压强度提高了 1 1 3 ， 2 1 、 2 8 d抗压强 度分别提高了 1 2 2 及9 1 ， 且 2 8 d抗折强度提高了3 5 8 ， 明显 的提高混凝土的早期强度， 说明混凝土中掺人少量Mi x C o n v e r t e ， 对改善其早期强度效果显著。 Mi x C o n v e r t e r 能够提高混凝土 的早期强度可 以从 Mi x C o n v e e r 改善混凝土内部结构得以解释 ： Mi x C o n v e r t e r 是一种胶质 的、 普通矿物化的、 火山灰质液体， 在与混凝土拌和过程中参与 水 化反应 ， 能够 增加氢氧化 钙的生成量 ， 生成的氢氧化钙 明显 地高于普通混凝土内部生成的氢氧化钙， 随后 ， Mi x C o n v e r t e r 将 氢氧化钙转化为水化硅酸钙( C S H) 凝胶。 水化硅酸钙凝胶与其 他水化产物能够有效地填充混凝土中的细小孔隙， 降低混凝土 的毛细孔隙率、 使气孔尺寸更小 ， 增加混凝土的密实度， 从而提 高混凝土的早期强度。另外， 在混凝土养护过程中， Mi x C o n v e r t e r 能够使混凝土的水化程度尽可能的大， 并大量生成对混凝土有 益的水化硅 酸钙凝 胶( C S H) ， 水化硅酸钙凝胶( C S H) 最终将 占据混凝土的毛细与胶凝孔隙， 大大地增大了混凝土的密实度， 使得混凝土 的强度显著提高。 3 3 2 Mi x C o n v e r t e r 对混凝土开裂性能 的影响 为了验 证 Mi x C o n v e r t e r 对混凝土抗裂性能 的影 响， 采用对 比试验对配制混凝土进行试 验。 试件成型时环境温度 3 5， 相对湿度 7 6 ， 采用高倍显微镜 连续观测 2 4 h ， 试验记录见表 5 ， 混凝土抗裂 I生 能试验结果见表 6 。 由表 6可知 ，掺加 Mi x C o n v e r t e r 混凝 土试 件 2 4 h内表面 未出现裂缝 ， 而基准混凝土 4 h后开始出现 裂缝 ， 基准混凝土平 均开裂积为 3 0 2 m2 单位面积开裂数目为 4 2 3 条 m2 。由此可见， 掺加 Mi x C o n v e r t e r 的混凝土明显改善了混凝土的塑性开裂性 能， 混凝土的塑性收缩主要是由于混凝土表面的失水速度大于 混凝土 的泌水速度 ， 从 而引起混凝 土表面 的毛 细孔 脱空 ， 在毛 细管的张力作用下 ， 导致混凝 土的宏观体积 收缩 。由于固定在 铁模周边 的钢条限制 了这种塑性收缩 ， 使混凝 土试 件 内部产生 了拉应力 ， 当混凝土内部的拉应力大于其抗拉强度时， 便会导 致收缩裂缝产生3 。试验观测发现 ， 混凝 土拌和成型后 ， 基准混 下转第 8 2页 67 4 3 】 王琼， 严捍东再生骨料透水性混凝土初步研究I J 安徽理工大学学 报： 自然科学版， 2 o o 4 ( 1 ) ： 3 2 3 8 4 4 陈莹， 黄海华。 严捍东 再生骨料透水性混凝土特性及其在路面6 专 中 的应用 J 】 建筑技术， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 1 ) ： 3 2 3 3 【 4 5 1 1开涛， 林宗寿 ， 万惠文 ， 等 废弃混凝土的再生利用研究【J 】 国外建 材科技， 2 0 0 4 。 2 5 ( 1 ) ： 7 一 l 4 4 6 】 万惠文， 水中和， 林宗寿， 肖开涛 再生混凝土的环境评价f J 1 武汉理 - r - ： 学学报， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 4 ) ： 1 7 2 3 【 4 7 邢锋， 冯乃谦， 丁建彤再生骨料混凝土 J 混凝土与水泥制品， 1 9 9 9 ( 2 ) ： 1 0 1 3 4 8 】 孔德玉 天然与再生骨料混凝土水灰比统一定则( I ) 粗骨料强 度的影响田 建筑材料学报， 2 0 0 3 ， 6 ( 2 ) ： 1 2 9 1 3 4 4 9 O T S U K I N， MI Y A Z A T O S ， YO DS U D J A 1 wI n f l u e n c e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e o n i n t e r r a c i a l t r a n s i t i o n z o n e ， s t r e n g t h， c h l o ri d e p e n e t r a t i o n a n d c a r b o n a t i o n J o u r n a l of Ma t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 3 ， 1 5 ( 5 ) ： 4 4 3 45I 【 5 O 】 朱映波再生混凝土的耐久性及其改善措施【 J J j 昆 凝土， 2 0 0 4 ( 7 ) ： 3 1 一 上接第 6 7页 表 5 抗裂性能试验记录 凝土试件泌水严重， 而掺人 Mi x C o n v e r t e r 的混凝土试件未发生 泌水现象， 由此可见， Mi x C o n v e r t e r 的掺人 ， 能够显著的降低混 凝土的泌水 ， 从而有效地防止混凝土 的塑性收缩开裂。 柔韧性是评价抗裂材料的重要性能之一 一 ， 其I 平 价方法及指 3 3 5 t l O mR R K， L I MB A C HI Y A M C S u i t a b i l i t y o f r e c y c l e d a g g r e g a t e f o r u s e i n B S 5 3 2 8 d e s i g n a t e mi x e s mP r o c e e d i n g s o f t h e I n s ti t u t i o n o f C i v i l E n g i n e e r s ， 1 9 9 9 ，1 3 4 ( 3 ) ： 2 5 7 2 7 4 5 2 1 B C J S t u d y o n r e c y l e d a g g r e g a t e and r e c y c l e d a g g r e g a t e 【 刀 C o n c r e t e J o u r n a l ， 1 9 7 8 ， 1 6 ( 7 ) ： 1 8 3 1 【 5 3 MU K H E R J E E D， C H AK R u B 0 R T Y s A s t a t i s t i c a l s t u a y O il c o n p r e s - s i v e s t r e n gth o f r e c y c l e d c o n c r e t e ，J o u rna l o f t h e I n s t i t u t i o n of E 一 n e e r s J C i v i l E n g i n e e r i n g D i v i s i o n ， 2 0 0 3 ， 8 3 ( 2 ) ： 2 1 9 2 2 0 f 5 4 H AN S E N T C， N A R U D H S t r e n gth s o f r e c y c l e d c o n c r e t e m a d e f r o m c r u s h e d c o n c r e t e c o a r s e a g g r e g a t e 【 J J C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 8 3 ， 5 ( 1 ) ： 7 9 - 8 3 作者简 介 单位地址 ： 联 系电话 ： 吕智英( 1 9 8 0 一 ) ， 女， 讲师， 硕士， 主要从事混凝土组成材 料、 检测与试验性能分析及工程应用研究。 河南省南阳市南阳师范学院土木建筑学院( 4 7 3 0 o 0 ) 1 3 7 2l 8 3 5 7 3 9 标有断裂能、 弹性模量及柔度系数。为了直观简单地反映混凝土 中外加材料对其柔韧性的改性效果， 采用抗折比及折压比来评 价掺入 Mi x C o n v e r t e r 后混凝土强度及柔韧性方面的改善作用鲫 。 表 7显示了掺入 0 4 Mi x C o n v e r t e r 混凝土2 8 d的抗压强度， 抗折强度比基准混凝土提高了9 1 、 3 5 8 。 可知 Mi x C o n v e r t e r 对混凝土 2 8 d抗压强度和抗折强度有明显提高， 另外， 掺人 Mi x C o n v e r t e r 的混凝土试件折压比也有较大提高， 比基准混凝 土高出 2 4 2 ， 明显改善高强混凝土的脆性 ， 柔韧性显著增强； 这主要是因为 Mi x C o n v e r t e r 能确保早期生成的水泥浆能立即 覆盖混凝土集料， 明显地改进混凝土中水泥浆一 集料黏结质量， 从根本上消除潜在的微小裂缝 ， 通过这一良好的界面传递应力， 最终增加混凝土的抗折强度， 限制宏观裂缝的产生、 扩展。 正是由于这些原因， 掺入 Mi x C o n v e r t e r 能够充分提高混凝 土的密实性， 显著增加其强度 ， 并能有效地抑制混凝土内部的 微观裂缝， 控制或减少宏观裂缝产生与发展； 混凝土的密实性 增加 ， 裂缝得到有效控制 ， 混凝土的耐久性也将显著提高嘲 。 表 6 塑性开裂试验结果 表 7 混凝土 2 8 d力学性能试验结果 MP a 4结论 ( 1 ) 掺入 0 4 Mi x C o n v e r t e r 的混凝土早期抗压强度 、 抗折强 度明显高于基准混凝土。2 8 d 抗压、 抗折强度达 4 8 2 9 、 5 7 2 MP a ， 能够满足道路混凝土的路用性能要求。 ( 2 ) 掺入 Mi x C o n v e r t e r 能增强混凝土的工作性， 降低施工 时的泌水性， 防止水分的蒸发， 能有效地控制早期裂缝的开展。 ( 3 ) Mi x C o n v e r t e r 能够使水泥水化反应更加充分 ， 改善混 凝土内部结构 ， 使混凝土内部更加密实， 明显提高混凝土早期 强度及早期开裂性能 。 8 2 参考文献 ： 1 吴 国雄 水泥 混凝土路面开裂机理及破坏 过程研究【 D 】 西南交通大 学 ， 2 0 0 3 2 李丽， 孙伟， 刘志勇 用 早期塑性收缩开裂 混凝土 ， 2 o o 3 ( 1 2 ) ： 3 3 3 6 3 】吕智英， 王新征 ， 王光彬 钢纤维增强混凝土抗裂性能试验研究【 J 】 南 阳师范学院学报 ， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 4 2 4 4 f 4 申爱琴， 朱建辉， 等 聚合物改性超细水泥修补混凝土结构物微裂缝 的性能及机理 J 1 _ 中国公路学报， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 4 6 5 1 5 j 王志， 胡晓波， 等异形钢纤维混凝土性能试验研究 J 混凝土， 2 0 0 3 ( 1 1 ) ： 2 5 2 7 作者简介： 李益进( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 副教授， 研究方向： 高性能混凝土材料。 单位地址： 湖南中南大学铁道校区土木建筑学院( 4 1 O 0 0 5 ) 联系电话 ： 0 7 3 1 - 8 2 6 5 5 2 2 7