减缩剂对水泥基材料早期水化及收缩变形性能的影响

第40卷第1期2007年2月武汉大学学报(工学版)

Engineering Journal of Wuhan University Vol.40No.1Feb.2007

收稿日期:2006203221

作者简介:陈美祝(19742),女,湖北蕲春人,博士后,副研究员,主要从事水泥混凝土材料及固体废弃物综合利用研究.基金项目:硅酸盐材料工程教育重点实验室(武汉理工大学)开放课题基金资助项目(编号:SYS JJ 2005208).

文章编号:167128844(2007)0120078205

减缩剂对水泥基材料早期水化及

收缩变形性能的影响

陈美祝1,周明凯1,吴少鹏1,何　真2

(1.武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,湖北武汉　430070;2.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉　430072)

摘要:采用非接触式电阻率测定仪和半绝热实验方法分别研究了减缩剂对常温和半绝热条件下的水泥浆体早

期水化的电阻率和温升的影响,对比研究了减缩剂对水泥砂浆在干燥条件和常温水中养护时的线性长度变化与强度发展情况的影响,应用五路裂缝测定仪研究了减缩剂在水泥砂浆中的抗裂效果.结果表明:在常温条件下减缩剂会延缓水泥早期水化,而在半绝热条件下则会加速水泥早期水化;减缩剂主要提高干燥环境下的水泥砂浆的抗裂性能,降低其线性收缩值与强度增长,推迟其约束收缩初始开裂时间,而对水中养护的砂浆无补偿收缩效应,因此不利于控制热裂缝.分析表明,减缩剂在水泥基材料中应用时不仅具有物理作用,而且具有化学作用.

关键词:水泥基材料;减缩剂;早期水化;自由收缩;初始开裂时间

中图分类号:TU 528.2 文献标志码:A

E ffect of shrinkage 2reducing admixture on hydration and shrinkage

deform ation of cement 2based m aterials at early ages

CH EN Meizhu 1,ZHOU Mingkai 1,WU Shaopeng 1,H E Zhen 2

(1.Key Laboratory for Silicate Materials Science and Engineering of Ministry of Education ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070,China ;2.State Key Laboratory of Water Resources

and Hydropower Engineering Science ,Wuhan University ,Wuhan 430072,China )

Abstract :Elect rical resistivity at normal temperat ure and semi 2adiabatic temperat ure 2rise of cement pastes wit h variant do sage of shrinkage 2reducing admixt ures (SRA )were tested using a non contact re 2sistivity meter and a semi 2adiabatic apparat us respectively.Free linear change and st rengt h develop ment of t he correspo nding mortars under drying and water curing conditions were st udied ;and t he initial cracking time of mortars cured at drying conditions was detected using a five 2group crack apparat us.The result s show t hat t he SRA retards early hydration of cement pastes at normal temperat ure but acceler 2ates early hydration at semi 2adiabatic conditions.The SRA mortars cured in drying conditions show a lower linear shrinkage value ,a lower strengt h develop ment and a later initial cracking time.However ,t he SRA mortars cured in water show a higher shrinkage at earlier ages and consequently SRA may not be able to control t hermal cracking.The result s indicate t he SRA has p hysical and chemical effect s in ce 2ment 2based materials.

K ey w ords :cement 2based materials ;shrinkage 2reducing admixt ure ;hydration at early ages ;f ree shrink 2age ;initial cracking time

　第1期陈美祝,等:减缩剂对水泥基材料早期水化及收缩变形性能的影响

减缩剂是一种新型的减少混凝土收缩开裂的外加剂,国外从20世纪80年代开始研制,国内学者在20世纪90年代开始关注,近几年的研究和报道比较多,但由于许多关键技术和应用成本等问题尚未解决,未能被广泛应用.目前,人们一般认为减缩剂的主要作用机理是通过降低混凝土孔隙水的表面张力来减小毛细孔失水时产生的收缩应力,从而大幅度减少混凝土收缩,提高混凝土的抗变形性能[1].减缩剂不仅可减小干缩,而且还能大幅度减少混凝土早期的自收缩和塑性收缩[2].目前国内外的研究较多集中在减缩剂的作用机理及其减缩效果方面,而对减缩剂对水泥水化影响方面的研究则比较少.一般只是要求减缩剂不会对水泥的水化凝结造成异常的影响,而具体地对水泥水化过程有如何的作用则不清楚.为此,本文主要研究了减缩剂对不同条件下养护的水泥基材料早期水化以及变形性能的影响,以期获得减缩剂在水泥基材料中的作用机制,为解决工程实际问题提供有益的信息.

1　实　验

1.1　原材料及性能

贵州水泥厂乌江牌42.5普通硅酸盐水泥,细度

2.8%(80μm 筛),其化学成分见表1.减缩剂为上海麦斯特建材有限公司提供的T etraguard TM AS20,其推荐掺量为1.0%～2.5%,将减缩剂配制成不同浓度的水溶液测试其表面张力,结果于图1所示,可见该减缩剂可有效降低水溶液的表面张力.T etra 2guard TM AS20是世界上第一种能够降低混凝土和砂

浆干缩、防止开裂的化学外加剂,1985年引进国内的,因此比较具有代表性.砂为G B/T17671中国ISO 标准砂.水采用蒸馏水(电阻率试验用)和自来水,试验中均将水温控制在(20±1)℃

.

图1　25℃时减缩剂浓度对溶液表面张力的影响

表1　水泥的化学成分w

%

SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO SO 3

LOI Na 2O +0.64K 2O

26.317.32 4.0256.023.35 2.25 1.67

0.65

1.2　实验方法

水泥浆体的电阻率测试采用非接触式电阻率测定仪[3,4],试样的水灰比、减缩剂掺量与砂浆试样相同.试样在室温下制备,采用蒸馏水并控制温

度(20±1)℃,浆体机械搅拌3min ,然后迅速倒入圆环形模具中开始测试,利用专门的分析软件进行数据处理.

采用自行设计的半绝热温升自动在线监测装置[5],测试水泥水化热.试验前将水泥(每个试样的水泥用量为400g )放在(20±1)℃室内恒温,拌合水为自来水并控制水温为(20±1)℃,机械搅拌3min ,然后迅速倒入模具中,同时开始测试并立即

做好密封措施,数据采集设为1min 取一个点.砂浆线性自由变形与强度实验分别采用25mm ×25mm ×280mm 与40mm ×40mm ×160mm 三联模成型,在(20±1)℃,相对湿度≥95%的养护室中养护18h 后脱模.用于测试线性变形的试件立即测试初始长度和重量,然后和测试强度试件均送入(20±1)℃、相对湿度50%的干燥室以及20℃水中养护至各龄期测试.胶砂比为1∶2,水胶比0.40(下同).

砂浆初始开裂时间的测试采用五路裂缝测定仪,该仪器可同时监测5个试样的不同开裂时间,其具体的实验原理见文献[3,4].试样采用椭圆型的试模以增加裂纹的播散速率,成型后放在(20±1)℃、相对湿度≥95%的养护室中养护18h ,脱去外模后放在(20±1)℃、相对湿度50%的条件下测试其开裂时间.

2　实验结果

2.1　水泥浆体早期水化的电阻率

从图2中可以看到,减缩剂的掺入增大了水泥浆体硬化前的电阻率,使电阻率曲线变化较为

缓和,曲线的突变点相对于基准样滞后,说明减缩剂在正常使用温度下对水泥水化有一定的缓凝效应(化学作用),抑制了水泥初期离子的溶出,进而推迟了水化反应和硬化速率,这种差别在电阻率曲线上非常清楚地反映了出来.这与Tetraguard TM AS202SRA 因剂量和温度而延长凝结时间1～2h 的技术参数相一致.在终凝后,掺

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