减缩剂在高性能混凝土中的应用研究
氯离子含量/%
0.03
表4
减水剂性能指标
性能指标减水剂
减水率/%
28
含气量/%
1.8
密度/（kg/m 3）
1044
碱含量/%0.75
固含量/%20.0
表3
碎石物理性能检测结果
紧堆密度/（kg/m 3）
1728
性能指标碎石
泥块含量/%
0.12
含泥量/%0.32
表观密度/（kg/m 3
）
2799
松堆密度/（kg/m 3）
1590
针片状含量/%
3.7
压碎值/%9.12
0引言
我国建筑、交通建设事业方兴未艾，高性能混凝土的应用日益广泛。高性能混凝土的开裂问题已经成为混凝土领域研究关注的热点。相应的混凝土的开裂及开裂机理的研究亦成为研究的焦点。混凝土减缩剂是解决混凝土开裂的方案之一。对掺减缩剂后混凝土的防裂效果及其对相应混凝土的各项性能指标的影响自然是学术界和工程界人士急需了解的，本试验便有针对性地对赢创德固赛公司产的减缩剂来进行全面研究。
1试验原材料和试验方法
1.1试验原材料
（1）水泥：为P ·O 42.5级水泥，密度为3.15×103
kg/m 3
。其物
理性能见表1。
（2）砂：巴河黄砂，取自长江边，属于II 区中粗砂。其物理性能指标见表2。
（3）石：5~20mm 的碎石，其物理性能指标见表3。（4）减水剂：聚羧酸高效减水剂，其具体性能指标见表4。（5）减缩剂：赢创德固赛公司生产的减缩剂。
表1
水泥的物理性能
水泥品种P ·O 42.5级
时间/min
抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 稠度/%26.85
初凝116
终凝1803d 5.6
28d 10.1
28d 49.4
3d 29.8
朱卫东1，赵青林1，陈明辉2，Stefan Stadtm üller 2，张远耀1
（1.武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北武汉430070；2.赢创德固赛（中国）投资有限公司上海分公司，上海201108）Abstract:
The mechanical property ，chloride ion diffusivity ，volume stability and crack resistance of concrete were tested to evaluate effects of
SRA.The results have shown that there is no negative effect of SRA on mechanical property of concrete ，and chloride ion diffusivity ，volume sta-bility and crack resistance of concrete were improved efficiently.Key w ords:
shrinkage reducing agent ；high performance concrete ；volume stability ；crack resistance
摘要：从力学性能、抗氯离子渗透性能、体积稳定性能、抗裂性能四个方面全面评价了减缩剂对高性能混凝土的影响。试验结果表明：减缩剂对混凝土的力学性能不会产生负面影响，能有效改善混凝土的抗氯离子渗透性能、体积稳定性能和抗裂性能。关键词：减缩剂；高性能混凝土；体积稳定性；抗裂性能中图分类号：TU528.042
文献标志码：A
文章编号：1002-3550（2008）12-0051-03
Application of shrinkage reducing agent in high perform ance concrete
ZHU Wei-dong 1，ZHAO Qing-lin 1，CHEN Ming-hui 2，Stefan Stadtm üller 2，ZHANG Yuan-yao 1
（1.School of Materials Science and Engineering ，Wuhan University of Technology ，Wuhan 430070，China ；
2.Evonik Degussa （China ）Co.，Ltd.，Shanghai Branch ，Shanghai 201108，China ）
减缩剂在高性能混凝土中的应用研究
收稿日期：2008-07-24
混
凝
土
Concrete
2008年第12期（总第230期）Number 12in 2008（Total No.230）
原材料及辅助物料
MATERIAL AND ADMINICLE
项目黄砂
泥块含量/%0
表2
巴河黄砂物理性能检测结果松堆密度/（kg/m 3
）
1535
含泥量/%1.4
表观密度/（kg/m 3）2650
1.2试验方法
（1）混凝土的抗折及抗压强度试验。混凝土的抗压强度和抗折强度的测定按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行，抗压强度试件尺寸为150mm ×150mm ×
150mm ，抗折强度试件尺寸为150mm ×150mm ×550mm 。
（2）混凝土氯离子抗渗试验。氯离子抗渗采用RCM 法。仪器
为RCM-D 型混凝土氯离子扩散系数快速测定仪。试件标准尺寸为直径100mm ，高度为50mm 。试验方法为：对试样在轴向施加外部电势，迫使负极的氯离子向试样中迁移。在试验经规定的时间后，将试样沿轴劈开，在劈开的试件表面上立即喷涂0.1mol/L AgNO 3溶液，可在约15min 后观察到白色氯化银沉淀。测量显色深度代入计算公式，即可得到混凝土氯离子扩散系数。
51··
（3）混凝土的干缩率和自收缩率。依据GBJ 82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行试验。测定混凝土收缩时以100mm ×100mm ×515mm 的棱柱体试件为标准试件。测定干缩用试块脱模后移入恒温恒湿室（室温保持在（20±2）℃，相对湿度保持在
（60±5）%）并测定其初始长度。此后，即从移入恒温恒湿室内算起，按规定的时间间隔（1、3、7、14、28、60、90d ）分别测量其变形读数。而测定自收缩的试件在脱模后需立即进行密封处理，
不得留有任何能使内外湿度交换的缝隙。试验中采取的密封方法是先进行涂蜡，然后用塑料袋包裹严实。混凝土的干缩率和自收缩率测定均采用比长仪法，然后根据测量值计算干缩率和自收缩率。
（4）混凝土的抗裂性能试验。混凝土的抗裂性能采用平板约束试件，参考日本笠井芳夫教授提出的测试方法。试件尺寸为600mm ×600mm ×63mm 。试件浇筑后立即用塑料薄膜覆盖，2h 后将塑料薄膜取下，用电风扇吹混凝土表面，风速8m/s ；从浇筑起，记录24h 后试件上裂缝数目、裂缝长度和宽度，然后计算下列三个参数：
裂缝的平均裂开面积：
a =1
N
i
ΣW i
·L i
（mm 2
/根）
单位面积的开裂裂缝数目：
b =N （根/m 2）
单位面积上的总裂开面积：
C =a ·b （mm 2
/m 2
）
式中：W i ———第i 根裂缝的最大宽度，mm ；
L i ———第i 根裂缝的长度，mm ；N ———总裂缝数目，根；A ———平板的面积0.36m 2
。
2试验结果与讨论
2.1配合比设计
本试验所采用的配合比设计强度等级为C60。考虑到尽量避免其他因素对此试验结果的影响，配合比中没有掺加混合材。具体配合比见表5。A 为没有掺加减缩剂的空白样，B 为掺加了减缩剂的对比样。
2.2减缩剂对高性能混凝土力学性能的影响
混凝土的3d 及28d 抗压强度和抗折强度结果见表6。由表6可见，减缩剂对混凝土的早期强度没有明显的影响，且从28d 强度来看，掺减缩剂后混凝土的28d 抗压强度还略有提高。
2.3减缩剂对混凝土抗氯离子渗透性能的影响
混凝土的氯离子扩散系数测试结果见表7，RCM 方法发明人提出的氯离子扩散系数标准见表8。掺入减缩剂可以减小氯离子扩散系数，提高抗氯离子渗透性能。对照表8可知，A 的抗渗等级都是抗氯离子渗透性能较好，B 的抗渗等级接近最高等级。
2.4减缩剂对混凝土体积稳定性的影响
赢创减缩剂可减少混凝土收缩的机理，主要是混凝土减缩
剂能降低混凝土中的毛细管张力。即当混凝土由于干燥而在毛细孔中形成毛细管张力使混凝土收缩时，因减缩剂的存在使得毛细管张力下降，从而使得混凝土的宏观收缩值降低。由于混凝土的干缩和自收缩的主要原因均是毛细管张力，所以混凝土减缩剂对减少混凝土的干缩和自收缩有较大的作用，而对其他原因引起的混凝土收缩（如由于混凝土温度降低引起的冷缩）则没有什么作用[1]。
因此，本试验就从混凝土的干缩和自收缩两个方面来评价减缩剂的效果。从图1可以看出，对于干缩，减缩剂的减缩率可达到33.7%；对于自收缩，减缩剂的减缩率可达到43.8%。
2.5减缩剂对混凝土抗裂性能的影响
试验采用的是日本笠井芳夫的方法，用作抗裂性评价的主
图1
减缩剂对混凝土干缩的影响
抗渗等级
抗氯离子渗透性能非常好抗氯离子渗透性能较好抗氯离子渗透性能一般不适用于严酷环境
表8混凝土的抗氯离子渗透性能评价方法
氯离子扩散系数/（10-12m 2/s ）
<22~88~16>16
表7
混凝土的氯离子扩散系数
氯离子扩散系数/（10-12m 2/s ）
4.232.06
编号A B
表6
掺和未掺减缩剂的混凝土抗压及抗折强度抗压强度/MPa 抗折强度/MPa 编号A B
3d 44.945.9
28d 59.465.3
28d 8.98.9
3d 5.95.2
表5
混凝土配合比减缩剂/%-0.5
编号A B
水泥/（kg/m 3）475475
水/（kg/m 3）153153
碎石/（kg/m 3）1058.51058.5
砂/（kg/m 3）
766.5766.5
减水剂/%1.11.1
注：减水剂的掺量是按胶凝材料的质量百分比计算，减缩剂的掺量是按混凝土的质量百分比计算。
图2
减缩剂对混凝土自
收缩的影响
52··
要依据为成型24h 后单位面积的开裂裂缝数目和单位面积上的总裂开面积两个参数。具体结果见表9。由表9可见，减缩剂的掺入可以明显减少单位面积的开裂裂缝数目和单位面积上的总裂开面积。这表明减缩剂可以在一定程度上提高混凝土的抗裂性能。
3结论
通过比较掺和未掺减缩剂混凝土的性能指标，可见掺减缩剂混凝土的收缩抗裂性能得到了明显的改善，且对混凝土的力学性能无负面影响，总结归纳研究结果可得如下结论：
（1）减缩剂对混凝土的早期强度没有明显的影响。从后期强度来看，掺减缩剂后混凝土的后期抗压强度还略有提高。
（2）减缩剂可以明显的改善混凝土的抗氯离子渗透性能。（3）减缩剂可在一定程度上减小混凝土的干缩和自收缩，减缩率在25%~45%之间。
（4）通过平板约束的方法进一步验证了减缩剂可以通过减小混凝土干缩和自收缩来改善混凝土的抗裂性。
参考文献：
[1]杨医博，高玉平，文梓芸，等.混凝土减缩剂的研究进展[J].新型建筑
材料，2002（6）.
作者简介：朱卫东（1985-），男，硕士，主要研究方向：水泥混凝土及道
路建筑材料。
单位地址：湖北省武汉市武昌珞狮路122号武汉理工大学西院35#
信箱（430070）
联系电话：134********
表9
混凝土的开裂
单位面积上的总裂开面积
/（mm 2/m 2）285.07180.28
编号A B
裂缝数目/根231106
单位面积的开裂裂缝数目/（根/m 2
）
642294
减水率均低于微波作用下减水剂的减水率。并且微波合成时间仅为2.5h ，而水浴加热的合成时间是6h ，生产周期明显较长。以上效果表明微波作用具有其独特的优势。
3.3水泥净浆流动度损失的测定
图15、16表明，减水剂低掺量时，水泥净浆流动度随时间变化明显，当掺量高时水泥净浆流动度随时间变化缓慢。比较图15、16，掺量为0.35%时，微波作用下的减水剂其净浆流动度先平缓增加，后平缓降低，变化幅度较小，表明减水剂在0.35%掺量时减水剂与水泥分散性已具有较好的适应性；与前者相比，水浴加热合成的减水剂对应的水泥净浆流动度随时间下降有所明显，表明该掺量下水浴合成的减水剂与水泥分散性的适应性稍差，但仍表现出较好的效果。而掺量0.5%、0.7%和1.0%的变化曲线表明，各减水剂净浆流动度随时间延长已基本无明显变化。
4结论
（1）合成氨基磺酸系高效减水剂的最佳工艺条件为：n （苯酚）∶n （对氨基苯磺酸）=1∶1.5；n （甲醛）∶n （对氨基苯磺酸+苯酚）=1∶1；n （尿素）：n （对氨基苯磺酸）=1∶0.3；溶液浓度为40%；微波功率250W ；聚合反应时间t =2.5h 。
（2）氨基磺酸系高效减水剂分散性能的研究结果表明，减水剂具有较好的净浆流动度，在掺量0.5%时，水泥净浆的分散效果好，无泌水和经时流动度损失小。
（3）与传统水浴加热合成相比，在微波作用下合成的氨基磺酸系高效减水剂具有较好的减水效果，其掺量为0.35%时，砂浆减水率达23.4%，掺量为0.50%时，砂浆减水率达到26.8%。
（4）微波作用下聚合时间仅为2.5h ，与文献报道相比，传统加热方式下的聚合反应时间一般在8h 左右，表明微波作用可以大大缩短聚合时间。与此同时，减水剂的合成周期由传统的10多h 减少到不足3.5h ，生产效率显著提高，能耗明显降低、并且改善了减水剂性能。
（5）物料吸收微波能是物料中极性分子与微波电磁场相互作用的结果，由于微波的热效应和非热效应，合成机理有待进一步研究。
参考文献：
[1]邱学青，蒋新元，欧阳新平.氨基磺酸系高效减水剂的研究现状与发
展方向[J].化工进展，
2003，4（23）：336-339.[2]金钦汉.微波化学[M].北京：科学出版社，2001，1-254.
[3]徐正林.氨基磺酸系高效减水剂的合成及其应用技术研究[J].化学建
材，2003（5）：44-45.[4]张孝兵，赵石林，钱晓琳.氨基磺酸系高效减水剂的合成及其性能研
究[J].化学建材，2002（6）：39-41.[5]李红侠，李建奎，李春梅，等.氨基磺酸系高效减水剂合成工艺探讨[J].
河北化工2005（4）：45-46.
[6]徐子芳，
王贞平，徐国财.ASR 氨基磺酸盐高效减水剂的合成及性能分析[J].化工进展，2005，10（24）：1181-1185.
[7]张智强，
钱中秋，丁晓川，等.氨基磺酸系高性能减水剂的研制[J].新型建筑材料，2006（7）：41-43.[8]于飞宇，邱聪，麻秀星，等.氨基磺酸系高性能减水剂的研制开发[J].
化学建材，2004（1）：54-57.作者简介：李利军（1966-），男，教授，理学博士。
单位地址：广西省柳州市东环路268号广西工学院院长办公室（545006）联系电话：0772-*******
图15微波作用合成减水剂掺量对净浆流动度损失
的影响
图16水浴加热合成减水剂掺量对净浆流动度损失
的影响
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