外加剂对泵送混凝土早期变形抑制作用分析

王远春、王欣然

（1.三河华泰混凝土建材有限公司, 河北三河065200;2.莱芜安诺得混凝土有限公司, 山东济南250000）

1 试验

1.1 原材料

在试验过程中，所使用的粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，砂石为Ⅱ区Ⅰ类天然砂，细度模数为2.4，空隙率为36%，表观密度为2.675g/cm3，含泥量为0.8%；水泥为P·O42.5 水泥，产品为三河钻牌；石子为连续级配碎石，直径范围是5～31.5mm，针片状含量为11.2%，含泥量为0.6%；水是自来水；外加剂主要有PVA 纤维、ZQ（晶核早强剂）、PZ（氧化钙类混凝土膨胀剂）、SP（塑性膨胀剂）、VK-CS（聚羧酸高性能减水剂，含固量为16.5%，减水率为26%）。

1.2 试验方法

1.2.1 混凝土性能

混凝土的力学性能应以力学性能试验方法为基础进行测试，新版混凝土性能以及拌和物性能试验方法为基础进行测试。

1.2.2 混凝土早期变形

在试验条件下，混凝土早期变形主要以自收缩变形和塑性沉降为主，在对混凝土早期变形进行试验过程中，应对绝对湿度和温度进行控制，研究内部胶凝材料水化作用和浆体沉降对变形的影响，并以相关试验规程为基础，对其变形情况进行测试。其中，密封试验筒为PVC 波纹管，长度550mm，直径100mm，用502 胶水和塞子对底部进行密封处理，测试长度的有效值为500mm。在制作试件过程中，使用自动应变采集系统代替电阻应变计，每组应设置3 个试件，装模完成后20min 时，应对端部混凝土的变形情况进行测试，其测试结果则为浆体自生体积变形情况[1]。

1.3 对试验混凝土配合比进行设计

在进行试验时，应选择高强度等级C50 和低强度等级C25 泵送混凝土中具有代表性的混凝土进行试验，将聚羧酸减水剂掺入其中，并对其出机坍落度进行控制，范围应为210～230mm，最后将PVA（PVA 纤维）、ZQ（晶核早强剂）、PZ（氧化钙类混凝土膨胀剂）以及SP（塑性膨胀剂）加入其中。其中，ZQ、PZ 以及SP 的掺量为最低推荐掺量，混凝土的施工状态更易受到PVA 分影响，因此为了防止对其施工性能产生影响，应选择超低掺量，以胶凝材料质量为基准，掺入的外加剂质量分别为0.015%PVA 纤维、0.2%ZQ、6%PZ以及0.03%SP。如表1所示，C25 泵送混凝土的配比为：粉煤灰掺量为68kg/m3，胶凝材料为340kg/m3，用水量为185kg/m3，砂率为0.41，水胶比为0.54；如表2所示，C50 泵送混凝土的配比为：粉煤灰掺量为107kg/m3，胶凝材料为535kg/m3，用水量176kg/m3，砂率为0.39，水胶比为0.33。

表1 C25 泵送混凝土外加剂掺量设计（%）

表2 C50 泵送混凝土外加剂掺量设计（%）

2 结果分析

2.1 不同外加剂与混凝土性能之间的关系（见表3、表4）

表3 不同外加剂和C25 泵送混凝土性能之间的关系

表4 不同外加剂和C50 泵送混凝土性能之间的关系

对表3 和表4 进行分析可知：

0.015 %PVA 和0.03%SP 几乎不会对C50 和C25 混凝土的抗压强度性能、凝结时间、含气量以及流动性产生影响。

0.5%ZQ 和6%PZ 对C50 和C25 混凝土含气量以及流动性影响较小，PZ 对抗压强度和凝结时间的影响不稳定，初步可以判断其具有降低抗压强度和缩短凝结时间的可能，ZQ 具有提高混凝土的抗压强度、缩短凝结时间的作用。

2.2 不同外加剂与混凝土早期变形之间的关系

在对混凝土早期自生体积变形进行测试过程中，需要借助GS-Ⅱ型干缩变形自动测试仪。在PVC 管内部放入塑料薄膜，并装入新拌混凝土中，随后将其底部封死，再使用塑料薄膜密封顶部，控制室温保持在18～22℃，使用自动应变采集系统对其变形情况进行分析，得到C50 和C25 混凝土的早期变形情况图[2]。

2.2.1 对C25 早期变形情况图进行分析

（1）D1-1（C25 泵送混凝土空白组）的初长测量起点为20min 和1h 时，其3d 所测量的竖向收缩为820με 和100με，其1h 内的竖向收缩值为7.2 倍的1h～3d 竖向收缩值。

（2）以C25 泵送混凝土空白组1h 为起始点，其8h终凝的竖向收缩值为28%的3d 竖向收缩值。

（3）相较于C25 泵送混凝土空白组，掺加PVA、ZQ、PZ 以及SP 组的3d 竖向收缩抑制率为：以20min为起始点，抑制率分别为1%、28.8%、26.6% 以及26.5%；以1h 为起始点，抑制率分别为6.0%、-9.0%、58%以及-3.0%。

2.2.2 对C50 早期变形情况图进行分析

（1）G1-1（C50 泵送混凝土空白组）的初长测量起点为20min 和1h 时，其3d 所测量的竖向收缩为961με 和422με，其1h 内的竖向收缩可达到1.3 倍的1h～3d 竖向收缩。

（2）以C50 泵送混凝土空白组1h 为起始点，其6h40min 终凝的竖向收缩值为59%的3d 竖向收缩值。

（3）相较于C50 泵送混凝土空白组，掺加PVA、ZQ、PZ 以及SP 组的3d 竖向收缩抑制率为：以20min为起始点，抑制率为0.6%、31.3%、28.4%以及14.4%；以1h 为起始点，抑制率分别为1.4%、25.8%、41.9%以及-1.2%。

2.2.3 综上可知

（1）1h 内泵送混凝土的塑性沉降变形最大，相较于C50 混凝土，C25 混凝土1h 内的塑性沉降所占比例相对较大，也就是说，相较于高强度等级的混凝土，低强度等级混凝土的塑性沉降收缩对其早期变形影响更大。几种外加剂对混凝土塑性沉降变形抑制作用顺序为：微量PVA 作用较小，ZQ＞SP＞PZ。

（2）在早期收缩中，终凝前塑性收缩占的比例较大，相较于C25 泵送混凝土，C50 混凝土1h 内塑性沉降终凝的收缩率为其2.1 倍。该阶段，PZ 的收缩抑制作用最明显。

（3）以20min 和1h 为起始点，其测定的竖向收缩值各不相同，主要结论如下：以20min 为起始点时，PZ、ZQ 以及SP 对混凝土塑性收缩抑制作用较为明显；以1h 为起始点时，只有PZ 对混凝土塑性收缩抑制作用较为明显。

3 结语

综上所述，通过对不同混凝土掺加外加剂后的性能进行分析，可得到如下结论：

微量PVA 和SP 并不会对混凝土的力学性能和施工性能产生较大的影响，ZQ 具有提高抗压强度和缩短凝结时间的作用，PZ 对抗压强度以及凝结时间的影响不稳定，可能具有降低抗压强度以及缩短凝结时间的作用。

以20min 和1h 为起始点，对其变形情况进行测试，所得到的结论存在差异，当测试起始点较早时，其更能反映出不同外加剂与混凝土早期变形之间的关系。

当混凝土处于早期变形全塑性时期时，微量PVA影响较小，抑制混凝土塑性沉降变形作用从大到小顺序为ZQ、SP、PZ。当混凝土处于硬化早期以及弹塑性阶段时，PZ 的收缩抑制作用最为稳定。