聚羧酸系高效减水剂对混凝土收缩性能的影响毕业论文.doc

北京城市学院理工学部毕业设计（论文）聚羧酸系高效减水剂对混凝土收缩性能的影响毕业论文目 录前言.4第一章 关于减水剂.5 1.1减水剂. .5 1.1.1减水剂的作用5 1.1.2减水剂的分类5 1.2高效减水剂.5 1.2.1高效减水剂的应用和作用6 1.3高效减水剂与普通减水剂的区别.6第二章 聚羧酸系高性能减水剂的综述与基本理论.62.1聚羧酸系高性能减水剂的发展.62.1.1发展简史.72.1.2聚羧酸系高性能减水剂的定义与分类.72.1.3聚羧酸系高性能减水剂的性能特点.82.2 发展方向.92.2.1多元母体的开发与生产.92.2.2工业化复配技术.92.2.3配套改性组分的开发与生产.9 2.2.4衍生产中的研发.10第三章 减水剂对混凝土性能的影响.103.1混凝土抗收缩剂的作用机理.113.1.1外加剂与水泥不相适应.113.1.2外加剂品种与性能的影响.123.1.3水泥细度与颗粒形貌的影响.123.1.4碱含量的影响.123.1.5新鲜水泥存放时间与温度的影响.123.2混凝土外加剂对混凝土性能的影响.12 3.2.1混凝土是当代最大宗的人造材料.13 3.2.2混凝土外加剂促进混凝土技术的发展.13 3.2.3大剂量高效减水剂对新拌混凝土稳定性的影响.13 3.2.4其他因素对混凝土性能的影响.14第四章 外加剂与混凝土的收缩.144.1混凝土抗收缩剂的作用机理.154.2混凝土收缩分类.164.3影响混凝土自缩的因素.164.3.1水泥对自缩的影响.164.3.2外加剂对自缩的影响.17 4.3.3矿物掺合料对自缩的影响.17 4.3.4其他因素对自缩的影响.17第五章 掺有聚羧酸系减水剂的混凝土收缩试验.185.1试验原材料及试验方法.185.1.1试验原材料.185.1.2混凝土配合比.195.1.3 28d收缩率比试验方法.195.2试验结果与现象.205.3 结论.21第六章 结束语 21外文摘要.22参考文献.24致谢.25前 言现代混凝土与以往混凝土的主要区别在于它普遍掺用外加剂和矿物掺合料，组分多且水灰比（水胶比），可以在很大范围内变化，这使得混凝土的优化设计面临着很大的挑战。聚羧酸系高性能减水剂是继以本钙为代表的第一代普通减水剂和以萘系为主要代表的第二代高效减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂，是减水机理和分子结构全新的一类高性能减水剂，与萘系等第二代高效减水剂相比，具有掺量低、减水率高、混凝土拌合物塌落度保持性能优异、增强效果显著、低收缩、低含碱量、引气量适中、环保性能好等一系列优点，其性能优势明显、全面，对于混凝土综合性能有质的提高。该类产品的全面推广应用，将对提高混凝土质量、大大提高混凝土使用年限等具有重大意义。目前，日本、美国、欧洲很多国家都大力推广娶羧酸系减水剂，其用量甚至已超过萘系高效减水剂等而成为高效减水剂市场的刘流。近年来，我国基本建设蓬勃发展，高层、大跨等大型现代建筑层出不穷。但在很多情况下，萘系等传统高效减水剂的技术性能已不能满足工程需要。于是，国外一些性能优良的聚羧酸系减水剂产品相继进入我国建筑市场，同时我国也研制成功了高性能的聚羧酸。在我国，随首近年来聚羧酸系高性能减水剂的逐步应用，混凝土工程界对该类产品的性能优势越来越重视，到目前为止，聚羧酸系高性能减水剂已成功地服务于许多重大工程。但是，相比于对萘系等传统高效减水剂的认识还不够系统深入，甚至还存在认识误区，为了让人们进一步的了解聚羧酸减水剂以及聚羧酸系高性能减水剂对混凝土收缩性能的影响，我撰写了这篇文章。本文章共分六章，涵盖了关于减于剂、聚羧酸系高性能减水剂综述及基本理论、减水剂对混凝土的影响、外加剂与混凝土收缩、试验等部分。由于本人水平有限，文章中一定有很多不足之处，请各位老师指正。第一章 关于减水剂1.1减水剂所谓减水剂，顾名思义，减水剂降低达到一定坍落度所需的水量，即降低了混凝土所需水量，这一优势可以在很多方面得到应用。在水泥用量一定时，以较少的水达到要求的坍落度意味着有效的降低水灰比，因而通常能改善强度，抗渗性（不透水性）以及耐久性。另一方面，达到要求的坍落度可用降低水泥用量而不需改变水灰比来实现。这样做有经济上的理由（用来减少混凝土中成本最高的组成）或为了技术上的缘故（例如，为了降低混凝土的水化热）。最后，减水剂可用以增加坍落度而不需增加水泥和水的用量，有利于简化浇筑工序（用作此种用途时，有时称作塑化剂）。我国过去曾用过纸浆废液塑化剂，但只是在开山屯化学纤维厂提供木质素磺酸钙以后，减水剂才得到了广泛的应用，由于减水剂价格较低，常可收到良好的技术经济效益。1.1.1 减水剂的作用减水剂的作用：（1）改善混凝土的和易性；（2）提高混凝土强度；（3）节省水泥用量；（4）部分节省水泥用量部分提高强度。1.1.2 减水剂的分类减水剂的分类：（1）普通减水剂；（2）早强减水剂；（3）缓凝减水剂；（4）引气减水剂。根据不同的工程要求选用不同品种的减水剂，例如：要求强度发展较快或低温季节混凝土施工可应用早强减水剂，热天或大体积混凝土可选用缓凝减水剂，混凝土有抗冻要求时可用引气减水剂。1.2高效减水剂（超塑化剂）高效减水剂又称超塑化剂，它有改善混凝土施工性能、减少水灰比，提高混凝土的强度和耐久性、节约水泥，减少混凝土初始缺陷等作用。自20世纪60年代初期日本和70年代初期前西德开始应用高效减水剂以来,高效减水剂获得了很大的发展,在世界各国获得了广泛的应用。1.2.1 高效减水剂的应用和作用高效减水剂可用来拌制流动混凝土，浇筑钢筋稠密的钢筋混凝土构件。流动混凝土使混凝土浇筑容易，施工迅速，易于保证混凝土质量，诸如大面积楼板、基础板、码头堆场、桥梁路面等均适用流动混凝土，流动混凝土也可用于泵送混凝土和导管浇筑的水下混凝土。高效减水剂用于预制混凝土工业，可提高混凝土早期强度，加快模板场地周转，提高预制构件产量，国外应用经验，可在818h内达到40Mpa的抗压强度。高效减水剂可用于制造高强混凝土，日本用高效减水剂制造高强混凝土桥梁，高强度混凝土桩。1.3 高效减水剂与普通减水剂的区别高效减水剂与普通减水剂的差别在于它的高掺量，高减水率，低引气性和实际上不会延缓混凝土的凝结。一般来说，在一定范围内，随着减水剂和高效减水剂掺量的增加混凝土的减水率增加，随着用水量的减少，混凝土强度有相应的增加。但普通减水剂如木钙，随着掺量增加会增加混凝土空气含量延长凝结时间，结果降低了混凝土强度。因此木钙的常用掺量一般限制为0.25%左右。而高效减水剂掺量可以达到1%，甚至还可多些。高效减水剂减水率高于普通减水率。由于不延缓混凝土的凝结和不增加混凝土的含气量，降低水灰比可大幅度增加混凝土强度。对于超高强混凝土，减水率可达40%，水灰比可降低到0.25左右，混凝土抗压强度可达到100Mpa以上。第二章聚羧酸系高性能减水剂的综述与基本理论2.1 聚羧酸系高性能减水剂的发展近几十年以来，我国混凝土工程技术取得了很大进步，混凝土拌合物性能从干硬性到塑性的大流动性，混凝土强度从中低强度到中高强度，混凝土的综合性能从普通性能开始向中高性能方向发展。混凝土减水剂技术的应用与发展对混凝土工程的这些巨大技术进步起了决定性作用，没有混凝土减水剂技术的应用与发展，就不可能有现代混凝土技术的发展。例如，在混凝土原材料方面，和几十年前我国的干硬性混凝土技术阶段相比，目前的水泥、砂子、石子等质量基本上没有质的变化，如果说有变化，某些地区的砂石质量还有所下降，有些地区还可能下降幅度较大，水泥的质量由于换标也发生了较大的变化波动，但总体上说，我国的混凝土技术仍有很大提高，这主要是因为混凝土外加剂技术特别是混凝土减水剂技术在此期间得到了较广泛应用的缘故。2.1.1 发展简史早在1938年，一种成分为萘磺酸盐的水泥分散剂在美国取得专利，这算得上是高效减水剂的前身。因为当时混凝土的设计强很低，完全可通过调节用水量来达到所需要的工作性，并保证强度，再加上当时水泥的价格相对较便宜，从经济上考虑，没必要减水混凝土中水泥用量。所以，在以后较长时间内，只有文沙树脂引气剂、氯盐类早强剂和用纸浆副产品制成的木质素磺酸盐普通减水剂占据着混凝土外加剂的主要市场。1962年，日本花王石碱公司的服部健一博士领导的课题组研制成功了萘磺酸盐甲醛缩合物（以下简称“萘系”）高效减水剂。1963年，德国研制成功三聚氰胺甲醛树脂磺酸盐（以下简称“密胺系”）高效减水剂，并投入生产应用，可算作历史上最早出现的两类高效减水剂产品。20世纪70年代末80年代初，为了充分利用地方性原材料，降低生产成本等，蒽系高效减水剂应运而生，而脂肪族高效减水剂（羰基焦醛高效减水剂）则是最近几年才开始生产应用的。近来，随着工程实际对混凝土各项技术性能要求的提高，氨基磺酸盐系和娶羧酸系高效减水剂相继研制成功并投入生产。新品种高性能减水剂的出现，极大地丰富了我国高效减水剂的市场。我国高效减水剂产生应用已有30余年历史，其用量逐年增长，用途也越来越广，应用经验也越来越丰富。掺有高效减水剂的C60混凝土在上海一次泵送到“东方明珠”电视塔350m的塔顶，在上海金茂大厦的建设中，该种混凝土更是被一次泵送至420.5m的高度。上海环球金融中心大楼净高为492m，其结构混凝土的施工浇注将对高效减水剂的性能提出更高的要求。当前，随着我国经济的飞跃和大型工程的建设，我们将面对越来越多的大体积、高泵程混凝土的施工。混凝土的商品化则对掺高效减水剂混凝土的流动性、保持性提出了更高要求。深入了解各种高效减水剂的品种、特性和适宜应用领域，有助于我们在实际工程中正确选择，有助于使这些产品更好地服务于混凝土工程实践，产生最佳的经济效益和社会效益。2.1.2聚羧酸高性能减水剂的定义与分类2.1.2.1定义聚羧酸系高性能减水剂是一类分子结构为含羧基按枝共聚物的表面活性剂，分子结构呈梳形，主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚而获得，主链系由含羧蒝活性单体聚合而成、侧链系由含功能性官能团的活性单体与主链接枝共聚而成，具有高减水率并使混凝土拌合物具有良好流动性保持效果的减水剂。2.1.2.1分类和萘系、密胺系等第二代高效减水剂不同，聚羧酸系高性能减水剂不是一种定型产品，而是具有一定共性的系列产品，因分子结构不同而对混凝土性能的改善程度稍有不同。所以，一方面对于聚羧酸系高性能减水剂的性能特点不能一概而论，另一方面，清晰而明确的分类，对于新产品研制和推广应用都是十分重要的。但是，限于我国在此方面的科研开发水平和技术保密等原因，在现阶段只能大致分为如下几类：按主链所用原材料不同分为：丙稀酸、甲基丙稀酸系和马来酸酐、马来酸系等；按所用活性单体等原材料品种多少不同分为：二元、三元等共聚物；按表面活性剂的性质不同分为：非离子型减水剂和阴离子型减水剂；按制备工艺不同分为：一步法产品和二步法产品；按用途不同分为：预拌大流动性混凝土用和预制混凝土制品用。对聚聚羧酸系高性能减水剂进行明确而合理的分类对于该类产品研制和工程应用是必要的，对于该类产品的发展具有重要意义。2.1.3聚羧酸系高性能减水剂的性能特点首先，“高性能混凝土”是指具有高耐久性、高强度、高流动性的混凝土，是外国20世纪90年代初提出的一个概念，并非那时已研制出。高性能混凝土最大特点应该是：高耐久性、其使用寿命应能达到100年以上；施工性能好，优良的施工性能将会拓宽混凝土的使用范围推动混凝土施工艺的发展。而要提高混凝土的上述性能，在很大程度上必须依赖于减水剂性能的大幅度提高。实践证明，以萘系为代表的第二代高效减水剂难以满足高性能混凝土对减水剂的性能要求。用于配制高性能混凝土的高性能减水剂在某些重要指标上必须要比普通的、传统的高效减水剂有较大的提高，例如减水率、坍落度经时损失、混凝土收缩率比等指标。而第三代聚羧酸系高性能减水剂的性能更好、更接近于高性能混凝土对减水剂的性能要求。其次，掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土的性能特点是：（1） 掺量低、减水率高。与萘相比，减水率大大提高，掺量降低，减水率这一基本性能的优势十分明显，而且带入混凝土中的有害成分大幅减少、单方混凝土成本可与萘系高效减水剂相当。（2） 混凝土拌合物的流动性和流动保持性好、坍落度损失低。（3） 增强效果潜力大。测定其抗压强度比，其各龄期的强度比，与萘系相比，均有较大幅度的提高。（4） 低收缩。掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土的体积稳定性与萘系减水剂混凝土相比，有较大提高。应用聚羧酸减水剂可以显著的提高混凝土的体积稳定性，大大降低结构混凝土开裂机率。（5） 一定的引气量。应用聚羧酸系高性能减水剂，可普遍适当增加混凝土含气量，可提高混凝土的耐久性。（6） 总碱含量极低。可降低发生碱骨料反应的可能性，提高了混凝土的耐久性。（7） 环境友好。使用聚羧酸系高性能减水剂不会产生有害气体，同时对环境也不造成任何污染。2.2发展方向高性能减水剂的研究已成为混凝土材料科学中一个重要分支，并推动着整个混凝土材料从低技术向高技术、高性能发展。研究聚羧酸系减水剂应从混凝土性能、价格、环保、可持续发展等多方面综合考虑。2.2.1多元母体的开发与生产 开发多功能、不同系列的聚羧酸系减水剂母体是研制高性能聚羧酸减水剂的基础。我国聚羧酸系减水剂水平与国外的根本差距是国内开发的聚羧酸减水剂母体性能单一，品种不多，无法满足不同领域、不同性能混凝土的要求。对早强、缓凝、泵送等不同性能的需求，无法生产出相应的聚羧酸母体。这一点是制约我国聚羧酸系减水剂广泛应用与发展的潜在原因。从长远来看，开发、合成、生产多元化和不同性能的系列聚羧酸系减水剂母体是发展的主要方向。2.2.2工业化复配技术聚羧酸系减水剂与水泥仍然存大适应性问题合成的单一聚羧酸系减水剂母体是很难适应的。有效解决这个问题的根本途径，一是开发不同系列的母体，二是聚羧酸减水剂的复配，以满足不同工程对聚羧酸系减水剂的不同性能需求。在未来几年内，聚羧酸系减水剂工业化复配技术是聚羧酸系减水剂工业发展的一个必经阶段，这是工程应用对聚羧酸系减水剂技术的需求，正如萘系减水剂工业发展模式一样。单一的聚羧酸系减水剂母体产品是无法满足工程对其性能需求的，尤其对于国内目前的聚羧酸系减水剂产生水平。2.2.3配套改性组分的开发与生产聚羧酸系减水剂作为一种新型的减水剂，与其他类型的减水剂还有着明显的区别，很多适用于萘系、三聚氰胺或本质素系减水剂的缓凝剂、早强剂、消泡剂、引气剂等配套产品，不一定适用于聚羧酸系减水剂。因此，必须开发、研究与聚羧酸系减水剂相适应的配套改性组分。这是工业化复配技术的关键，也是聚羧酸系减水剂工业发展带动的相关产业之一。2.2.4 衍生产中的研发开发缓凝型、早强型、泵送型、超缓凝型等性能要求的聚羧酸系减水剂衍生产品，这是混凝土工程技术不断发展的需求，也是聚羧酸系减水剂不断向多功能化、高性能化发展的必然。随首我国经济与城市建设的快速发展，聚羧酸系减水剂工业将会得到快速发展。未来聚羧酸系减水剂将进一步向着高性能、多功能化、生态化方向发展，不断向着开发多系列聚羧酸减水剂母体、多功能的聚羧酸系减水剂衍生产品等方向发展，随着我国聚羧酸系高性能减水剂的国家标准制定，将更加和利于聚羧酸系减水剂工业的健康、快速、持续发展。第三章外加剂对混凝土性能的影响20世纪90年代开始，中国国民经济持续、快速发展，基础工业建设和建筑业对水泥、混凝土及其制品需求大增，带动了我国水泥、混凝土与制品工业大发展，并已成为国民经济快速增长和基本建设高速发展的重要产业。随首建筑技术的不断进步，对水泥混凝土的要求也越来越高，不仅要求混凝土可调凝、早强、高强、大流动度、高密实性、高耐久性、低水化热、轻质，而且要求制备成本低、成型容易、养护简便。为达到这些目的，混土外加剂起着重要的作用，并已成为混凝土中必不可少的第五组分。混凝土外加剂的特点是品种多、掺量少，在改善或提高新拌和硬化混凝土的性能中起着重要的作用。新拌混凝土工作性能明显改善，能有效控制混凝土的凝结时间与坍落度损失。后期强度有较大的增长，增加混凝土的密实性，抗渗、抗冻、抗炭化等耐久性指标有较大的提高，硬化混凝土有较的体积稳定性等。外加剂的研究和应用技术的发展促进了混凝土施工新技术与新品种混凝土的发展，在发达掺外加剂的混凝土占混凝土总量的50%80%，特别是日本、北欧等国几乎全部混凝土都掺用外加剂，我国仅接近40%。使用外加剂的普及程度是衡量一个国家混凝土技术水平高低的重要标志之一，特别是高性能外加剂与高性能混凝土已成为本世纪混凝土工程的“高新技术”。自水泥新标准实施后，外加剂与水泥的适应性及对混凝土性能的影响，对更好使作外加剂，处理好外加剂与水泥及混凝土的关系，充分发挥混凝土在建筑工程上的作用是十分重要的。混凝土是最为广泛使用的建筑材料之一，在其使用过程中，其外观、耐久性和渗透性越来越受到人们的关注。降低裂缝的产生是广大混凝土工程技术人员面临的一大技术难题，人们先后使用伸缩缝，钢筋结构加强及混凝土膨胀剂、塑料纤维、钢纤维、碳纤维等复合材料技术来解决混凝土裂缝问题。80 年代末90 年代初，日、美等国先后开发了有机抗收缩剂(Shrinkage Reducing Agent) 。研究结果表明，使用了有机抗收缩剂，混凝土长期自由干缩可降低50 % 以上，混凝土的限制干燥收缩有明显的改善。多数学者认为混凝土自由干缩的降低可以理解为它同样也可以降低混凝土限制干缩和大大延缓混凝土的裂缝产生的时间以及裂缝的发展宽度。3.1 混凝土外加剂与水泥的适应性混凝土外加剂与水泥的适应性问题，涉及水泥化学、高分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识，是一个极复杂的问题，但也是一个必须了解与基本掌握的问题。水泥是混凝土最基本的胶凝材料，全国水泥占世界水泥总量的1/3,2003年已达8.6亿多吨，连续13年居世界之首。水泥新标准在2001年4月1日正式施行后，各水泥厂已采取了一系列重大技术措施来提高水泥质质量以适应新标准的要求，主要从提高水泥早期强度、细度（增大比表面积）、C3A的含量、混合料的质量等，使水泥达到新标准的要求，但与外加剂的性却增加了不少问题。混凝土外加剂厂也紧紧跟上，对各类外加剂进行了性能调整以达到与新水泥指标兼容。从外加剂厂来说，尽管做出了很大的努力，但从工程实践的情况来看，问题仍然很多，如同品种、同掺量的外加剂，对不同品种水泥，效果差异极大，甚至同一种水泥，但不同时期效果也不差别，使用同一批外加剂的水泥净浆流动度时大时小，其混凝土的坍落损失有时忽大忽小，甚至有时泌水、有时又不泌水，凝结时间的差异也很大，时而还会出现促凝现象等等，这些就是外加剂与水泥的适应性问题。3.1.1 外加剂与水泥不相适应主要表现在减水效果低下或增加流动性的效果不好、凝结速度太快或缓凝、坍落度损失快，甚至降低混凝土强度等，这种不适应的问题与外加剂的品种、作用机理、原材料的选用与制造工艺、胶凝材料的成分、细度、水泥磨细阶段工艺的差异有关，其他如环境温度、加料方式和外加剂用量也会产生影响。3.1.2 外加剂品种与性能的影响外加剂特别是化学合成高效减水剂性能与水泥净浆流动的影响。如萘系高效减水剂，其性能涉及磺化程度与磺化产物、缩合工艺与程度、相对分子质量大小、平衡离子、分子结构等各种因素。水泥等无机矿物颗粒由于不同电荷的静电互相作用、水化颗粒的表面化学作用，导致粒子形成聚集结构，束缚一部分水，不能用于滑润水泥粒子，也不能立即用于水化。加入高效减水剂等外加剂后，由于吸附作用和电荷斥力，使水泥粒子分散，絮凝结构解体，释放束缚水并阻止粒子的表面相互作用，使水泥浆体的流动性增大，其增加的大小与其技术性能及掺量有关。3.1.3 水泥细度与颗粒形貌的影响为满足水泥新标准的强度要求，提高水泥细度是最有效的办法，但水泥过细，表面积的增加，需水量大，更加降低了液相中残留外加剂浓度，增加了液体粘度，塑化效果变差，混凝土坍落度损失更快；水泥过细水化速度快，水化热高，容易产生裂缝。3.1.4 碱含量的影响水泥中的碱主要来源于所用原材料，特别是石灰和粘土。含碱量越低，相容性越好，高含碱量则会加速水泥的早期水化速率，导致需水量增大并且加快工作度损失，塑性效果变差。3.1.5 新鲜水泥存放时间与温度的影响前辈们通过试验认为：新鲜水泥在生产后12d内对外加剂吸附量较大，大部分15d后趋于正常。由于新鲜水泥干燥度高，而且温度相当高，早期水化快、水化时发生热量大，所以需水量大、坍落度损失快、凝结时间短等许多怪现象。这完全是因为水泥存放时间的不同，导致混凝土的性能技术指标出现较大差异，如能注意到这些问题，有了这方面的认识和经验，出现此类现象也就不足为怪了。在外加剂已供施工现场的情况下，可通过调整增加掺量来解决新鲜水泥与外加剂不兼容的问题其调整幅度视水泥新鲜的程度和对外加剂的适应性而定。3.2 混凝土外加剂对混凝土性能的影响3.2.1 混凝土是当代最大宗的人造材料混凝土是现代社会主要的建筑材料，它对人类社会的进步和发展做出了极为重要的贡献。混凝土在中国发展之迅速、生产数量之大、口种之多、应用范围之广当属世界之最。但现代混凝土施工技术的发展离不开外加剂，特别是高关键人物减水剂在高强与高性能混凝土技术的发展中所起主导作用。3.2.2 混凝土外加剂促进混凝土技术的发展根据混凝土设计与施工的要求，研究、开发了混凝土外加剂，外加剂技术的发展又促进了混凝土施工技术的发展。混凝土技术从塑性混凝土向干硬性混凝土再向流态化混凝土最后向高性能混凝土方向发展。聚羧酸系减水剂属新型高效减水剂，它克服了第二代外加剂存在着坍落度经时损失大的缺点并兼顾耐久性的指标，将混凝土的高强、高施工性能、高耐久性三者结合起来。另外，它们还需进一步提高在低水灰比下的减水率，满足有的混凝土工程不仅提出高性能，而且要求能满足高功能化的要求。新型第三代高效减水剂具有20%以上高减水率，在6090min的输送时间内具有能保持坍落度及所需稳定的含气量，能使用现场的成套设备事用商品混凝土设备制造出各项指标符合要求的高性能混凝土。用它也可制造出单位用水量少，流动性高，穿透钢筋网片性能良好，能不振捣、自充填、不分离的高性能不振捣混凝土，并在使用中进一步改良与发展。3.2.3 大剂量高效减水剂对新拌混凝土稳定性的影响随着高强混凝土和泵送工艺日益广泛的应用，原来掺量不仅减水率达不到要求，而且由于水灰比减小、浇筑时工作度要求增大，新拌混凝土的工作度损失加剧，不能满足较长距离运输的施工要求，因此高效减水剂的掺量逐渐增大，研究与应用的实践表明：大掺量高效减水剂使混凝土在水胶比很低的条件下，仍能具有较大的流动性，可成型密实，生产强度与耐久性良好的高强和高性能混凝土。另一方面，在大掺量高效减水剂条件下，新拌混凝土的工作度损失率也减小了。但是，每一种高效减水剂和水泥之高的搭配都有一相应的饱和浓度。对于大多数高效减水剂水泥体系，其饱和浓度约为0.8%1.2%。在配制高强与高性能混凝土时，高效减水剂的掺量通常要接近或等于期饱和掺量，但需要特别注意控制高效减水剂的适宜剂量，需要与其外加剂和矿物掺合料使用，才能获得预期的效果，对于不同的高效减水剂品种，产生这种现象的敏感性不一样，有时掺量增减0.1%0.2%范围内变动，就会从减水率还不够理想跃变为稳定性不佳的另一极端，这种情况给混凝土配制和施工质量控制都带来不便，或者说更高的要求。3.2.4 其他因素对混凝土性能的影响要配制品质优良新拌混凝土与获得良好的硬化混凝土，必须注意满足对原材料选择，合理的配合比以及施工要求。（1） 水泥的矿物组分和化学成分以及物理技术指标。选择满足设计与施工技术要求的水泥品种。（2） 保证砂、石质量，原来才用量准确。砂的含泥量与细度模数必须符合要求，碎石的含泥量及针片状不超标，量好选用连续级配或单粒级石子，粒径适中；原材料质量保证，用量准确。（3） 通过设计与试配，确定合理的配合比，必要时需进行适当调整。施工配合比虽然是设计问题，但它是影响混凝土性能的关键因素，如泵送混凝土适当提高砂率可搞高混凝土可泵送性，但砂率过高也会影响混凝土的保塑性能，增加混凝土坍落度损失率。降低水灰比可提高混凝土强度，而在较低水灰比条件下配制掺外加剂混凝土应有一最低用水量，这不但是保证混凝土有在定工作性，更重要的是保证水泥在水化时石膏有足够的溶解用水，石膏在缺水时会大影响溶解度，影响外加剂对水泥适应性。高效减水剂掺量过多时，水泥浆的流动度大，浆体稀薄，不足以维持与集料的粘聚，往往会引起混凝土离析、泌水，此时可以适量增加用砂量，增加胶凝材料用量或是适量减少高效减水剂用量或用水量，产生离析的混凝土拌和物有害于工程质量。（4） 注意水泥的出厂及进货时间。砂、石、水泥及外界的温度对水泥与外加剂适应性都有着不同程度的影响。特别是刚出厂的水泥温度有时高达80-90oC，在高温情况下，需水量与外加剂吸附量增大，坍落度减少，坍落度损失加快，适当增加外加剂的掺量，增加混凝土中外加剂残留率也有比较明显的效果。（5） 掺入部分活性掺合料。度验证明具有一定活性的水硬性材料或自硬性材料，如硅灰、磨细矿渣粉、粉煤灰等在满足一定的技术要求条件下与外加剂同掺，不但节约水泥，改善混凝土工作性，提高混凝土强度，还能改善外加剂对水泥的适应性。（6） 保证施工质量。保证制模质量、防止漏浆与支架变型、钢筋变位；施工中混凝土要振捣密实，防止漏振或振捣过度；养护日期不少于14d，以免因施工质量不佳而引起与外加剂无关的异常现象。第四章外加剂与混凝土的收缩由于掺化学外加剂能显著增大混凝土的早期收缩，使得根据我国现行外加剂收缩率比试验方法测得的结果弱化了外加剂对收缩的影响程度。当混凝土配合比不变时，掺入减水剂增大流动性，同时也显著增大早期收缩和总收缩，特别是24h内增幅更大。当用水量减少保持坍落度相同时，掺减水剂将进一步增大早期收缩和总收缩。当水泥用量增加时，掺减水剂混凝土收缩显著增大，而对不掺减水剂的混凝土影响很小。4.1混凝土抗收缩剂的作用机理混凝土的收缩有塑性收缩、化学收缩、干燥收缩、自收缩和碳化收缩等。混凝土抗收缩剂主要解决混凝土的干燥收缩。混凝土在其水化过程中，失水是造成干燥收缩的主要原因。干燥收缩理论中以毛细管张力理论较有说服力。该理论认为，混凝土水化干燥时毛细管首先蒸发，随着毛细管内部水分的蒸发，水面下降，弯月面的曲率变大，在水的表面张力作用下对混凝土毛细孔壁产生毛细管收缩力， 当该收缩力大于混凝土本身的抗拉强度时，进而产生混凝土干燥裂缝，造成混凝土的力学变形干缩。现今普遍使用高效减水剂，其溶液与水泥湿润角下降较多，而其气液表面张力一般下降不多，再加上分散作用，使孔隙半径下降，将会增加收缩。内部毛系孔压力导致的混凝土收缩，其孔隙中的压力可由拉普拉斯公式表示： P=PPc=2cosr 式中，P孔隙水蒸气压力，kPa Pc孔隙水压力，kPa气液表面张力，mNm r孔隙水力半径，m湿润角，在混凝土中90 新型高效减水剂如聚羧酸的值有较多下降，其混凝土收缩也有所下降，见表3-1和图3-1。表3-1序 号掺加量()减水率()掺加量()表面张力(mNm)1纯水-70.22高浓FDN 180.568.53聚羧酸230.243图3-1(注：图中混凝土配合比参数GB80761997，FDN的掺量050，聚羧酸的掺量020，均为外加剂)部分外加剂对混凝土干燥收缩的影响规律4.2 混凝土收缩分类混凝土的收缩通常分为：浇筑初期的凝缩变形、硬化混凝土的干燥收缩变形，自生收缩变形、温度变化引起的冷缩变形及碳化收缩变形等五种。对于结构致密的高性能混凝土来说，抗碳化性非常好，试验得到的碳化深度甚至为零，因而可以忽略不计。按照日本混凝土自生收缩委员会的最新研究报告，可将高性能混凝土的宏观体积变形主要分为塑性体积变化、自身体积变形及干燥收缩三大类。初凝前混凝土的沉降收缩、水分散失等也会导致混凝土表面出现开裂，但这时混凝土仍处于塑性状态，可以通过二次振捣、多次抹面等措施加以消除；而凝结后的混凝土开始具有强度、内部结构体开始形成，这时由于自生收缩、于燥收缩等原因引起的开裂是很难消除的。也许这时开裂程度并不明显，但它会随龄期不断扩展，成为外界有害介质的入侵通道，从而大大降低混凝土耐久性。4.3 影响混凝土自缩的因素 4.3.1水泥对自缩的影响 根据ETazawa等人的实验结果，不同种水泥净浆的自缩能力是不同的。铝酸盐水泥和早强水泥的自缩值较大，而中热、低热水泥的自缩值较小，矿渣水泥后期的自缩值较大（21d龄期时的自缩值大于普通水泥的自缩值）。水泥的细度对自缩值也有影响，较细的水泥在早期表现出较大的自缩速度。 4.3.2 外加剂对自缩的影响 掺加高效减水剂来增大流动度时，高效减水剂可稍微降低自缩值，但不同类型、不同掺加量的高效减水剂对自缩的作用差别很小。干缩减少剂可减小自缩值50%，这可能与干缩减少剂可减小毛细水的表面张力有关。膨胀剂对自缩的作用取决于它的种类，某些氧化钙型的膨胀剂可以减小自缩；而其他类型的膨胀剂虽在早期有膨胀，但随后的收缩速度与空白样相同。引气剂对混凝土的自缩没有影响口。 4.3.3 矿物掺合料对自缩的影响 在水泥中加入比表面积在400平方米/千克以上的矿渣时，其120d的自缩值随矿渣的掺量（不大于70%）增大而增大；而在水泥中加入比表面积为338平方米/千克的矿渣时，其120d的自缩值不随矿渣的掺量（不大于70%）改变而增大。在水泥中掺加硅灰将便混凝土的自缩值增大；硅灰的掺量越大，水泥浆自缩值越大。混凝土的自缩值随粉煤灰掺量的增大而降低，特别是早期自缩值降低得非常明显。3d龄期后掺加粉煤灰混凝土的自缩增长速度高于空白混凝土。粉煤灰掺量超过20%后，减小自缩的效果并不显著。在水泥中加入偏高岭土，在偏高岭土（比表面积为12平方米/克）含量为10%时，水泥浆（水胶比为0.55）的自缩值最大。在水泥中加入经过防水处理的粉末，可以减少自缩。经过防水处理的偏高岭土对自缩的减小作用在后期消失了；而经过防水处理的硅质粉末对自缩的减小作用能保持很长时间，其取代量为10%时就对自缩有明显的减小作用。 4.3.4 其他因素对自缩的影响 温度对水泥浆体的自缩影响很大，在1540范围内，水泥浆体的自缩值和自缩速度随温度的增加而增加。水灰比对自缩值的影响比较大，随水灰比减小，混凝土的自缩值和自缩速度增大。随养护龄期的增加，自缩值逐渐增大，早期自缩值增加得非常快，以后发展比较缓慢引。混凝土中骨料的含量对混凝土自缩值的影响很大，随着骨料的含量增加，混凝土的自缩值减小。骨料的种类对混凝土的自缩也有影响，人工轻骨料混凝土的自缩值比普通混凝土小，且轻骨料混凝土的自缩值随着轻骨料的含湿量和干密度的增加而减小。在混凝土中掺加6%体积分量的钢纤维，可以降低自缩值20%左右。第五章 掺有聚羧酸系减水剂的混凝土收缩试验随着聚羧酸系高性能减水剂的开发与应用，目前已有不少在水利、交通、码头等工程以及商品混凝土中应用实例。但相对木质素和萘系减水剂，聚羧酸系高性能减速水剂的应用尚属起步阶段，相关工程应用数据积累也很少，尤其是混凝土收缩变形数据，因测试时间长、要求高而很少好报道。聚羧酸系减水剂具有掺量小、减水率高、坍落度损失小、收缩较小、环保等特点，但在普通强度等级的高品混凝土中应用还存在成本相对较高、减水剂对用水量的每感性高，难于控制的瓶颈。目前常用于大掺量掺合材料高性能混凝土的配制以及高强高性能混凝土的配制。5.1 试验原材料及试验方法5.1.1 试验原材料a. 水泥：GB8076规定的基准水泥，北京兴发水泥有限公司生产；b. 砂：采用天然中砂，砂的细度模数为2.81，区级配；砂的含泥量、泥块含量、表观密度见表1；砂中不含有草根、树枝、树叶、塑料、煤块、炉渣等杂质。表1 砂的品质项目指标含泥量（按质量计）0.7%泥块含量（按质量计）0表观密度2610kg/m3c. 碎石：采用公称粒径为（5-20）mm的连续级配的碎石；其含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量、表观密度见表2；碎石中不含有草根、树枝、树叶、塑料、煤块、炉渣等杂质。表2 碎石的品质项目指标含泥量（按质量计）0.3%泥块含量（按质量计）0针片状颗粒含量（按质量计）3.8%表观密度2680kg/m3d. 聚羧酸系减水剂：德固赛、西卡、巴斯夫、上海建科院、中国建研院等提供的9个样品，按照指定掺量掺入（掺量以液体计）；e. 水：GB8076规定的拌合用水。5.1.2 混凝土配合比依据（GB 8076-1997）而确定；本配合比用以进行28d收缩率比试验。基准水泥：330kg/m3砂： 710 kg/m3 碎石：1155 kg/m3 受检混凝土（即掺PCE剂的混凝土，下同）水灰比依试验确定；基准混凝土和受检混凝土坍落度均控制为（80mm10mm）。5.1.3 28d收缩率比试验方法收缩率比以受检混凝土与基准混凝土干缩率比值表示，按下式计算： 式中：R收缩率比，%；t受检混凝土的收缩率，%；c基准混凝土的收缩率，%。受检混凝土及基准混凝土的收缩率按GBJ82普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法测定和计算。试件用振动台成型，振动15s20s。试件振动成型后须马上用塑料薄膜覆盖预养，预养温度为(203) ，拆模时间根据试件强度来确定（但是不得早于一天拆模）。试件拆模后立即送至标准养护室养护，在三天龄期后（从搅拌混凝土加水时算起）从标准养护室中取出并立即移入规定的恒温恒湿室测定试件的初始长度，此后测量以下规定时间的试件变形读数：1d、3d、7d、14d、28d（均指从移入恒温恒湿室内算起的时间）。每批混凝土拌合物取一个试样，以三个试样收缩率的算术平均值表示。直接取三个测值的平均值。试验过程中应注明环境温度和湿度条件，测头采用先埋法，因为后埋法可能出现粘结胶的膨胀影响。先埋法中为防止测头在拌合物振动过程中缩回到拌合物中，一般可采用在测头与试模端板圆孔之间加垫纸圈的方法。5.2 试验结果与现象聚羧酸减水剂（简称PCE剂）编号掺量，%（占水泥重量）含固量，%水灰比28d收缩率比，% 基准混凝土 0/0.5810011.2210.4310421.2220.4210631.1210.409941.2230.449451.1210.4010761.0200.4410470.5300.4210780.5300.4410490.5400.4397某萘系减水剂，粉剂0.601000.47125测试掺有聚羧酸系高性能减水剂的混凝土收缩从宏观上看不出任何表现象。5.3 结论掺有聚羧酸系高性能减水剂的混凝土收缩比掺萘系减水剂的混凝土收缩明显小，其收缩变形的趋势基本上与普通混凝土类似，甚至要比普通混凝土的收缩变形还要小。所以说掺有聚羧酸高性能减水剂的混凝土可以改善混凝土的收缩性能。有利于提高混凝土体积稳定性和混凝土耐久性。第六章 结束语 聚羧酸系高性能减水剂的推广应用是提高我国现代混凝土技术总体水平、提高我国混凝土总体质量的必然要求，对于提高我国混凝土耐久性，进面提高我国建设工程的服务年限，对于建立节能、节材、节地的节约性社会和环境保护具有重要的意义。希望此种外加剂技术可以尽快的在全国的建筑业中得到普及应用。我在中国建筑研究院建材研究所实习的这一段时间，学到了很多书本上没有学到的知识，亲自动手参与试验，观察现象总做记录、总结，体会到了科学研究过程的艰辛和得到成果的喜悦，这段实习的经历令我非常难忘。我即将步入社会，要把我在大学中所学的知识运用到实际当中去，也要把这段实习期间的迎难而上、不服输的精神带到我将来的工作岗位上。外文摘要ABSTRACT：The subject of this paper is about shrink of concrete which added the water-reducers.The success of High Performance Concrete(HPC) with low water-binder ratio (w/b) is mainly credited of availability of super plasticizers and mineral admixtures. The most important design objective of HPC is high durability. According to the whole model of concrete structure, it is the consistency of concrete(viz. no cracks) but not the strength that plays a crucial action on insuring the durability and long life time of concrete structure under service conditions. Due to a higher shrinkage、higher elastic modulus、lower creep and not higher tensile strength, HPC tends to crack at early ages before being put into service. As a consequence, the durability of concrete structure will be degraded.Shrinkage of concrete has been paid much attention all the time because most of cracks of concrete structures, including early age cracking are caused by shrinkage of concrete under restrained condition. Therefore early age shrinkage should be investigated in detail in order to under cracking appears. At present, there is no uniform test stander for measuring shrinkage of concrete at early ages, traditional testing method becomes out of condition and some up-to-date testing techniques advanced abroad have still some deficiencies. Based on plate specimen, a method to determine restrained shrinkage cracking potential of concrete was proposed. Many experiments showed that most of cr