一种快速评价混凝土减缩剂减缩性能的方法

技术领域

本发明属于混凝土外加剂性能评价领域。特别涉及一种快速评价混凝土 减缩剂减缩性能的方法。

背景技术

减缩剂是一种能够显著减小混凝土在凝结、硬化过程中产生的干燥收缩 的外加剂。著名学者Surendra P.Shah将混凝土减缩剂列为目前预防混凝土 收缩开裂产生裂缝的两个重要措施(纤维增强和混凝土减缩剂)之一。

随着界内人士对混凝土收缩开裂问题的重视，减缩剂作为一种能从根本 上解决混凝土收缩开裂问题的优良产品而越来越得到学术界和工程界的认 可，减缩剂在市场上越来越多的出现。目前国内外对减缩剂的研究重点集中 在对减缩剂新产品的研发和减缩剂对水泥浆体和混凝土性能的影响，对于减 缩剂产品的性能评价方法研究鲜有报道。

目前评价减缩剂的减缩性能时均以减缩剂对砂浆、混凝土不同龄期收缩 的减少率来评价，试件必须达到一定龄期后才能通过测试计算得到，这需要 较长的时间。该评价方法真实、直观地反映了减缩剂的减缩性能，但需要较 长的时间才能得到减缩剂的减缩效果，因此需要有一个能够在较短时间内准 确地对减缩剂的减缩性能进行判断。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一 种能够在水泥浆体凝结硬化之前快速测得混凝土缩减剂缩减性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种快速评价混凝土减缩剂减缩性能的方法，其特点在于，包括以下步 骤：

1、配制硬化水泥浆体孔隙溶液的模拟溶液，配制的模拟溶液分为两组， 一组为空白组，一组为空白组基础上加入减缩剂至饱和后的对比组；

2、测试空白组模拟溶液的表面张力γ₀单位为(N/m)；然后按照标准 GB/T8077-2012《混凝土外加剂均质性试验方法》进行实验，测试空白组砂浆 流动度为180±5mm时的用水量，计算出其水灰比(W/C)₀值；

3、测试对比组模拟溶液的表面张力γ_x单位为(N/m)；然后按照标准 GB/T8077-2012《混凝土外加剂均质性试验方法》进行实验，测试对比组砂浆 流动度为180±5mm时的用水量(测试条件和步骤2相同)，计算出水灰比(W/C) _x值；

4、通过拉普拉斯公式的变形式：△P＝-2Kγ/(W/C)分别计算空白组和 对比组的毛细管压力，并进行比较得到毛细孔张力降低率；公式如下：

$\mathrm{\Delta P}\%=\frac{-2K{\gamma }_0/{(W/C)}_0-[-2K{\gamma }_x/{(W/C)}_x]}{-2K{\gamma }_0/{(W/C)}_0}=\frac{{\gamma }_0/{(W/C)}_0-{\gamma }_x/{(W/C)}_x}{{\gamma }_0/{(W/C)}_0}$

上述公式中：△P％表示毛细管压力降低率；K为常数；γ₀为空白组模拟 溶液的表面张力，单位为(N/m)；γ_x对比组模拟溶液的表面张力，单位为(N/m)； (W/C)₀为空白组砂浆的水灰比；(W/C)_x为对比组砂浆的水灰比；

5、获取多种不同的混凝土减缩剂，每种减缩剂均根据上述步骤1至步骤 4按照相同条件，获取该减缩剂对应的毛细管压力降低率；然后检测该减缩剂 加入到相同混凝土配方的砂浆使用的实际收缩率；再将各种混凝土减缩剂的 毛细管压力降低率和实际砂浆收缩减少率进行线性拟合，得到线性关系式；

6、将待检测的混凝土减缩剂，按照上述步骤1至步骤4按照相同条件， 获取待检测减缩剂对应的毛细管压力降低率；然后再带入步骤5获得的线性 关系式计算得到待检测减缩剂的实际减缩率；即获取其减缩性能。

作为优化，所述硬化水泥浆体孔隙溶液的模拟溶液采用饱和Ca(OH)₂溶液。

这样是由于，实际硬化水泥浆体孔隙溶液的组成成分复杂，但主要成分 以及主要作用的是饱和Ca(OH)₂溶液，本发明优选以饱和Ca(OH)₂溶液模 拟硬化水泥浆体孔隙溶液，减少变化因素的影响。

首先，减缩剂主要是通过降低硬化水泥浆体孔隙溶液表面张力从而减少 混凝土收缩。硬化水泥浆体孔隙溶液不易获得并且组成成分复杂，但是主要 成分是饱和氢氧化钙溶液，本方法采用饱和氢氧化钙溶液模拟溶液代替硬化 水泥浆体孔隙溶液，能够较准确的反应硬化水泥浆体孔隙溶液特点。其次， 现有研究表明水泥完全水化的需水量为水泥的20～24％。可见加入砂浆、混凝 土中的水主要参与了水泥的水化作用形成了结合水，自由水的含量很低，根 据减缩剂的作用机理可知减缩剂大部分是溶解于孔隙溶液中，故减缩剂在孔 隙溶液应处于饱和状态，因此掺饱和浓度减缩剂的饱和Ca(OH)₂溶液性质具 有重要的研究价值。最后，水泥孔隙的毛细孔半径与砂浆、混凝土的水灰比 有重要关系，且是线性关系，减缩剂作用机理的拉普拉斯方程△P＝-2γcosθ/r， 其中θ是随着溶液表面张力变化而变化的本方法中只考虑表面张力，因而拉普 拉斯方程可变形为△P＝-2Kγ/(W/C)，K为常数。进而通过测试减缩剂对毛 细管压力的降低率从而计算得到减缩剂的减缩率，操作简单快捷且结果准确 可靠。

作为优化，上述步骤1、步骤2和步骤6均基于相同的配比和试验参数条 件实现。这样能够最大化地确保结果准确，避免误差干扰。

作为优化，步骤5中采用了八种减缩剂进行试验。这样，提高线性拟合 的准确性。

本发明将减缩剂对模拟孔隙溶液表面张力的降低能力与掺减缩剂的砂浆 实际情况有机的结合在一起，得到的方法具有很好的科学依据。能够事先在 混凝土、砂浆凝结硬化前就快速准确的推算出减缩剂的减缩性能，该方法克 服了现有技术中检测减缩剂减缩性能结果需要长时间的等待才能得到这一缺 点。

综上所述，与传统方法相比本发明可以在短时间能快速便捷地获取混凝 土减缩剂的减缩性能，降低时间成本，实施步骤简单，成本低廉；同时，实 施一次后，后续实施仅实行步骤6，无需重复步骤1-5，非常方便快捷，且可 靠性高，具有较高的实际应用参考价值。

附图说明

图1为具体实施时，采用八种减缩剂获得的拟合直线图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：一种快速评价混凝土减缩剂减缩性能的方法，包括以下步 骤：

1、配制水泥基材料孔隙溶液的模拟溶液；配制的模拟溶液分为两组，一 组为空白组，一组为空白组基础上加入减缩剂至饱和后的对比组；

2、测试空白组模拟溶液的表面张力γ₀；然后按照标准GB/T8077-2012《混 凝土外加剂均质性试验方法》进行实验，测试空白组混凝土材料(混凝土材 料指混凝土配方中除了水之外的其它材料；该配方和步骤1中涉及的混凝土 配方采用相同配方)砂浆流动度为180±5mm的砂浆用水量，计算出水灰比 (W/C)₀值；

3、测试对比组模拟溶液的表面张力γ_x；然后按照标准GB/T8077-2012《混 凝土外加剂均质性试验方法》进行实验，测试对比组混凝土材料砂浆流动度 为180±5mm的砂浆用水量(测试条件和步骤2相同)，计算出水灰比(W/C) _x值；

4、通过拉普拉斯公式的变形式：△P＝-2Kγ/(W/C)分别计算空白组和 对比组的毛细孔张力，并进行比较得到毛细孔张力降低率；公式如下：

$\mathrm{\Delta P}\%=\frac{-2K{\gamma }_0/{(W/C)}_0-[-2K{\gamma }_x/{(W/C)}_x]}{-2K{\gamma }_0/{(W/C)}_0}=\frac{{\gamma }_0/{(W/C)}_0-{\gamma }_x/{(W/C)}_x}{{\gamma }_0/{(W/C)}_0}$

上述公式中：△P％表示毛细孔张力降低率；K为常数并被除掉；γ₀为空 白组模拟溶液的表面张力，单位为(N/m)；γ_x对比组模拟溶液的表面张力， 单位为(N/m)；(W/C)₀为空白组砂浆的水灰比；(W/C)_x为对比组砂浆的 水灰比；

5、获取多种不同的混凝土减缩剂，每种减缩剂均根据上述步骤1至步骤 4按照相同条件，获取该减缩剂对应的毛细管压力降低率；然后检测该减缩剂 加入到相同混凝土配方的砂浆使用的实际收缩减少率；再将各种混凝土减缩 剂的毛细管压力降低率和实际减缩率进行线性拟合，得到线性关系式；

6、将待检测的混凝土减缩剂，按照上述步骤1至步骤4按照相同条件， 获取待检测减缩剂对应的毛细管压力降低率；然后再带人步骤5获得的线性 关系式计算得到待检测减缩剂的实际收缩率；即获取其减缩性能。

上述步骤1、步骤2和步骤6均基于相同的混凝土配方和试验参数条件实 现。这样能够最大化地确保结果准确，避免误差干扰。

申请人实施时，步骤5中采用了八种减缩剂进行试验。试验获取的拟合 直线如图1所示，得到的线性关系式为y＝0.7221x+9.2334。

为了进一步验证上述公式效果，申请人采用了第九种减缩剂进行试验验 证，该第九种减缩剂根据上述步骤1到步骤5计算，获得其空白组砂浆水灰 比(W/C)₀值为0.4489；待测组砂浆水灰比为0.3387；空白组模拟溶液表面 张力为72.1mN/m；待测组模拟溶液表面张力为36.1mN/m；计算获得的毛细 管压力降低率为33.65％。

然后将上述获得的毛细孔张力降低率33.65％带入到线性关系式， y＝0.7221x+9.2334；快速计算获得减缩率为34.02％。

然后实际试验检测获得该第九种减缩剂的减缩率为34.81％；该实际检测 的减缩率和根据本方法计算获得的减缩率之间差别仅仅为0.79％，该差别在可 接受的误差范围内。

为了进一步验证上述公式效果，申请人采用了第十种减缩剂进行试验验 证，该第十种减缩剂根据上述步骤1到步骤5计算，获得其空白组砂浆水灰 比(W/C)₀值为0.4489；待测组砂浆水灰比为0.3024；空白组模拟溶液表面 张力为72.1mN/m；待测组模拟溶液表面张力为38.8mN/m；计算获得的毛细 管压力降低率为20.09％。

然后将上述获得的毛细管压力降低率20.09％带入到线性关系式， y＝0.7221x+9.2334；快速计算获得减缩率为23.74％。

然后实际试验检测获得该第九种减缩剂的减缩率为22.68％；该实际检测 的减缩率和根据本方法计算获得的减缩率之间差别仅仅为1.06％，该差别在可 接受的误差范围内。

故通过上述验证试验，可以表明本方法的准确性非常高，可以推广应用。 另外，值得指出的是，本发明过程中获得的线性关系式为y＝0.7221x+9.2334； 由于该线性关系式为根据本发明步骤1到步骤5的过程获得，也是本发明中 首次提出和公开，该线性关系式作为结果和步骤1到步骤5的获取过程应视 为一体的，所以，今后别人如果直接应用该线性关系式并实施步骤6进行计 算，如果不能证明该线性关系式是采用其他方法获得，则应视为已经实施了 前述的步骤1-步骤5的过程，应视为侵权行为。