2017-03-28 文/杜艳廷，董进秋，闻宝联，孟庆营
(天津市市政工程研究院，天津 300074)
摘 要：本文以混凝土的收缩变形为辅助指标，通过试验研究了水胶比、膨胀剂掺量和引气剂等三个因素对自密实混凝土抗渗性能的影响。结果表明：自密实混凝土的收缩变形与其抗渗性能存在一定的关系；水胶比在0.35～0.36之间，膨胀剂在30～40 kg/m3之间时，自密实混凝土的收缩变形小，抗渗性能最佳，并且在自密实混凝土中应用引气剂能够有效抑制其收缩变形，提高抗渗性能。
关键词：自密实混凝土；抗渗性能；收缩；辅助指标
Study on the Impermeability of Self-compacting Concrete Under Different Influence Factors
DUYanting,DONGJinqiu,WENBaolian,MENGQingying
(Tianjin Municipal Engineering Research Institute, Tianjin, 300074,China)
Abstract:The impermeability ofself-compacting concrete with different water-binder ratios, dosage of UEA and air-entraining admixture were studied with the aid of concrete shrinkage strain as auxiliary characteristics. The results show that the impermeability of SCC was related to its shrinkage strain. When the water-binder ratios were 0.35-0.36 and the dosage of UEA were 30-40 kg/m3, concrete specimens have little shrinkage strain and show excellent impermeability, and in addition, a small quantity of air-entraining admixture can effectively restrain the shrinkage and improve the impermeability.
Key words:self-compacting concrete, impermeability, shrinkage, auxiliary characteristics
1 引言
随着科学技术的发展，人们对混凝土的耐久性要求越来越高。混凝土的耐久性是体现混凝土在使用过程中抵抗各种破坏因素的作用（破坏力）而能保持其使用功能的能力。如何有效地预防和抵抗这些破坏因素的破坏力，是解决混凝土耐久性问题的关键[1-2]。混凝土的抗渗性是混凝土抵抗压力水渗透的能力，是混凝土耐久性的一项重要指标。美国的Mehta，英国的Neville以及我国吴中伟院士等都认为大幅度提高混凝土的抗渗性，是改善混凝土耐久性的关键[3]。
随着高流态混凝土的迅速发展，自密实混凝土(Self-Compacting Concrete，SCC)也得到广泛应用，其耐久性研究也成为人们关注的焦点[4-5]。影响混凝土耐久性的各种作用、各种危害机理、影响因素等，无一不与混凝土本身的渗透性有关。不管哪种因素导致混凝土劣化，其共同的特点是混凝土中需要充足的水分和其他有害物质的侵入，所以说SCC的抗渗性能是其耐久性的第一道防线[6]。抗渗性能差必然导致混凝土的耐久性差，直接影响结构的使用寿命。国内外一些学者对SCC的抗渗性进行了研究[7]，研究发现，影响混凝土抗渗性能的因素有多种，其中主要包括水胶比、膨胀剂用量和引
作者简介：杜艳廷（1982~），女，硕士，现从事混凝土技术与耐久性研究。
通讯地址：天津市河西区平山道39号（300074）
E-mail：[email protected]
气剂等。然而不同的水胶比、膨胀剂用量对混凝土的抗渗性能的影响差异较大，因而有必要对上述因素对自密实混凝土抗渗性能的影响进行研究。
本文通过抗渗性能试验，并以混凝土的收缩变形值作为辅助指标，研究水胶比、膨胀剂和引气剂这三个因素对SCC抗渗性能的影响，并确定了水胶比和膨胀剂掺量的合理区间。
2 原材料与试验方法
2.1 原材料
水泥：唐山冀东水泥厂生产的P·O42.5R型普通硅酸盐水泥；
细骨料：辽宁绥中河砂，细度模数为2.8，含泥量1.2%；
粗骨料：蓟县碎石5～25 mm，连续级配；
粉煤灰：天津第一热电厂原状ⅡFA；
膨胀剂：唐山北极熊建材有限公司生产的低碱度UEA；
外加剂：沈阳汉拿外加剂厂生产的聚羧酸类高效减水剂，减水率25%。
2.2 试验方法
本文采用两种试验方法来研究自密实混凝土的抗渗性能，一种是采用混凝土抗渗仪，测定混凝土抗渗性能；另一种是采用收缩试验来测定混凝土收缩变形，并以混凝土的收缩变形值作为辅助指标与混凝土的抗渗试验结果相结合，共同研究了水胶比、膨胀剂掺量和引气剂这三个因素对自密实混凝土抗渗性能的影响。
混凝土抗渗性试验方法是应用型号为HP-4.0的抗渗仪，测定抗渗压力超过2.5MPa时，不同配合比的劈裂混凝土试件的渗水高度。混凝土的收缩试验应用混凝土收缩膨胀仪测定不同配合比的混凝土在3d、7d、14d、28d、56d、90d、180d内的干缩变形，养护条件均为7d标准养护转干养室（温度为20℃、相对湿度60%），以成型24h后脱模的混凝土试件长度作为变形测试的基点。
2.3 配合比设计
首先通过净浆流动度试验优选了材料最佳掺量区间，选择出流动性优异，黏度适宜，自密实能力良好的一组作为基准配合比，如表1所示。本试验研究水胶比、膨胀剂掺量和引气剂这三个因素对混凝土的收缩、抗渗性影响，在基准配合比的基础上，通过交叉设计，改变掺量，设计出系列配合比，配合比与试验结果如表2所示。
表1 自密实混凝土配合比及试验结果
<table><tbody>表2 SCC配合比及试验结果
<table><tbody>注：①表示该配比减水剂中不含引气成份
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性能研究与检测
2011年第1期
Number 1 in 2011
3 结果与分析
3.1 水胶比对SCC抗渗性能的影响
不同龄期混凝土的收缩变形与水胶比大小的关系曲线如图1所示，自密实混凝土的渗水高度值与水胶比大小关系曲线如图2所示。
从图1、2中可以看出：随着水胶比的增大，混凝土的抗渗性能和收缩变形明显得到改善，但当水胶比增加到一定程度后，混凝土的抗渗性能和抗收缩变形能力呈下降趋势。混凝土抗渗性能与其内部结构及孔隙有关，尤其对于自密实混凝土来说，其抗渗性能主要受工作性能的影响。水胶比降低，混凝土的流动性变差，容易使其内部结构产生缺陷，硬化过程中自收缩裂缝增多，导致混凝土抗渗性能较差；水胶比过大，水泥浆中富含丰富的游离水，水分蒸发后留下的毛细孔和泌水所形成的通道，使得混凝土内部的透水通路增多，并且其内部产生的收缩负压力使混凝土产生收缩变形，降低混凝土的抗渗性能。试验结果表明，当水胶比在0.35～0.36之间时，自密实混凝土的抗渗性能最佳。
图1 SCC各龄期干缩与水胶比大小关系图
图2 SCC渗水高度与水胶比大小关系图
3.2 膨胀剂对SCC抗渗性能的影响
不同龄期混凝土的收缩变形与膨胀剂掺量的关系曲线如图3所示，自密实混凝土的渗水高度值与膨胀剂掺量的关系曲线如图4所示。
图3SCC各龄期干缩与膨胀剂用量关系图
图4SCC渗水高度与膨胀剂用量关系图
从图3、4中可以看出：掺加膨胀剂的自密实混凝土与未掺加的自密实混凝土相比，其抗渗性能和收缩变形明显得到改善，微膨胀能够弥补部分混凝土干缩体积变形；随着膨胀剂掺量的增加，混凝土收缩变形曲线落差越来越小，混凝土的抗渗透性能明显提高。膨胀剂的掺入在混凝土内部与水泥水化产物发生二次反应，生成的钙钒石能够填充混凝土前期生成的毛细孔，密实混凝土结构，并且产生的微膨胀可以弥补混凝土的收缩变形。因而，在配制高性能自密实混凝土时掺适量的膨胀剂，可提高混凝土的自密实性及防止混凝土硬化后产生收缩裂缝，进而有效的改善混凝土的抗渗性能。
通过试验分析发现，混凝土的收缩变形很大程度上影响自密实混凝土的抗渗性能，并且膨胀剂掺量存在某一个合理区间使得混凝土的收缩变形最小、抗渗性能最好。结果表明：膨胀剂的掺量在30～40 kg/m3之间时，自密实混凝土的收缩变形落差小，抗渗性能最好。
3.3 引气剂对SCC抗渗性能的影响
表2中3、10配合比研究了引气剂对自密实混凝土收缩及抗渗性的影响。试验测得3、10配合比的自密实混凝土在抗渗压力超过2.5MPa时的渗水高度分别为15 mm、150 mm。同时以收缩变形为辅助指标，不同龄期混凝土的收缩变形与减水剂中掺与不掺引气剂的关系曲线如图5所示。
图5 SCC各龄期干缩与减水剂中掺与不掺引气剂关系图
自密实混凝土中加入适量引气剂，能够引入部分封闭的球形小孔来隔断毛细孔，改善孔结构，同时还可以抑制混凝土收缩变形，有效的阻止水通过透水通路进入混凝土内部，提高混凝土的抗渗性能。结果表明：在自密实混凝土中应用微量的引气剂能有效地抑制其收缩变形，使混凝土在各个龄期的收缩变形明显减小，混凝土抗渗性能大幅度提高。
4 结论
本文以不同龄期混凝土的干缩变形作为辅助指标，并按照混凝土抗渗性标准试验方法，研究了水胶比、膨胀剂掺量、引气剂这三个因素对自密实混凝土抗渗性能的影响。结果表明：这三个因素很大程度上影响了自密实混凝土的抗渗性能，不同的掺量对自密实混凝土的抗渗性能影响不同，并且自密实混凝土的干缩变形与其抗渗性能存在一定的关系。通过对试验结果分析得到：
(1)水胶比在0.35～0.36之间时，自密实混凝土的干缩变形小、抗渗性能较好。
(2)膨胀剂掺量在30～40 kg/m3之间时，自密实混凝土的抗渗性能优异，且混凝土的收缩变形小。
(3)自密实混凝土中掺加引气剂能够有效抑制其收缩变形，提高抗渗性能。
参考文献：
[1]迟陪云. 现代混凝土技术[M]. 上海:同济大学出版社, 1999.
[2]吴中伟, 廉慧珍. 高性能混凝土[M]. 北京: 中国铁道出版社, 1999, 95-98.
[3]赵庆新, 孙伟, 姜国庆, 等. C40自密实混凝土抗渗性能研究[J]. 工业建筑, 2005, 33(9): 67-69.
[4]陈月顺, 曾三海, 李厚祥, 等. 隧道自密实防水混凝土抗渗性试验研究[J].新型建筑材料, 2005(5): 8-20.
[5]巴恒静, 苏安双, 叶金蕊, 等. 水压法评价混凝土渗透性的适用性研究[J].混凝土, 2005(6): 3-6.
[6]吴红娟, 左金库. 自密实混凝土配合比设计方法研究[J]. 混凝土, 2008( 6) : 17-18.
[7]Zhu Wenzhong, Bartos, Peter J.M.Permeation Properties of Self-Compacting Concrete[J]. Cement and Concrete Research, 2003, 33(6): 921-926.
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