减水剂对硬化混凝土疲劳性能的影响研究

徐公礼

摘要：混凝土中掺入减水剂后，若适当减少拌和剂水量，则大都可起到提高强度和改善耐久性等物理力学性能的作用。本文主要研究了减水剂对硬化混凝土疲劳性能的影响。

关键词：减水剂；硬化混凝土；疲劳性能；影响

减水剂是一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。减水剂的作用主要有：（1）改善混凝土的和易性，减少单方用水量。混凝土的强度与水灰比有关，降低了水灰比，则可以提高混凝土的强度，且提高混凝土的抗渗性、抗冻性和耐久性及减缓混凝土中钢筋的锈蚀作用。（2）依据减水效率，减水剂可分为普通减水剂和高效减水剂。普通减水剂要求减水＞5%。常用的普通减水剂有木质素磺酸钙减水剂；高效减水剂要求减水率＞10%。目前常用的有聚烷基芳基磺酸盐类和密胺类减水剂。

混凝土中掺入减水剂后，若适当减少拌和剂水量，则大都可起到提高强度和改善耐久性等物理力学性能的作用。混凝土的物理力学性能，主要包括抗压强度、轴心抗压强度、抗拉强度、弹性模量、极限拉伸应变、泊桑比、收缩、徐变和疲劳强度等，混凝土的耐久性能，主要包括抗渗、抗冻融、抗钢筋锈蚀、抗化学腐蚀、碳化等。

本文主要讨论了减水剂对硬化混凝土疲劳性能的影响。

    钢筋混凝土或预应力混凝土桥梁、轨枕、吊车梁等结构承受着重复荷载的作用。这些结构物的承载能力和变形性能受荷载大小（）、荷载重复次数（）、荷载循环特征系数（）等因素的影响。混凝土在重复荷载作用下，变形将不断增大，强度将不断降低，而且材料的力学性能亦发生变化。试验说明，随着重复次数的增加，混凝土材料的疲劳强度不断降低，几乎无稳定值。也就是说，混凝土材料没有像钢材那样具有真正的疲劳极限强度。混凝土与钢材疲劳强度与荷载重复次数的关系如图1所示。

图1  材料疲劳强度R与荷载重复次数N的关系

国内外大量的研究证明：普通混凝土受压疲劳极限值与荷载重复次数、荷载循环特征次数和混凝土的强度有关。

    日本有关学者进行了掺减水剂高强混凝土的受压疲劳强度试验。试验采用的圆柱休试件。受压疲劳的上极限荷载是静力破坏的55%、60%、70%，80%，下限荷载是一个常数。试验结果如图2所示。认为掺减水剂高强度混凝土的受压疲劳极限为静荷载破坏强度的0.55左右。

图2 高强度混凝土受压疲劳强度

中国铁路科学研究院对掺高效能减水剂配制的高强混凝土受压疲劳强度和变形进行了试验研究。掺高效能减水剂高强混凝土的配合比列于表1。

表1 疲劳试验高强度混凝土试件配合比

试件编号	混凝土		水灰比	减水剂及掺量/%	塌落度/cm	立方体试件28d抗压强度/MPa
	材料	配合比
H28	硅酸盐水泥，粗砂，石灰石碎石	1:1.45:2.81	0.34	FDN-R 0.64	10～30	759
K22	普通水泥，中砂，碎石	1:1.389:2.756	0.29	FDN-S 0.60	0	600～700
GR	硅酸盐水泥，中砂，花岗岩碎石	1:0.972:2.27	0.23	SM 1.0	10	1023

  注：1.摘自中国铁路科学研究院资料；编号H28、和GR试件系标准养护

        2.K22试件系蒸汽养护，恒温温度为80.5℃。

         3.砂石粒径为5～ 25mm

疲劳试验取疲劳基数（N）为20万次，荷载循环特征系数（即重复荷载的下限、与上限之比为0.2），疲劳强度试验结果列于表2。

表2 高强度混凝土的疲劳强度

试件编号	试件尺寸/cm	重复荷载上限 /MPa	静压强度/MPa		/
			未疲劳	疲劳后
H28-1	10×10×30		794	809	1.02
H28-2	10×10×30			804	1.01
H28-3	10×10×30			808	1.02
H28-4	10×10×30			846	1.07
K81	8.7×8.7×30		645	720	1.12
GR-1	7×7×21		911	856	0.94
GR-2	7×7×21			1156	1.27

从表2中可看出，掺减水剂高强混凝土（60～70MPa和100MPa）其疲劳最大应力相应为0.55、0.66和0.60。各经过200万次（），试件未破坏、经疲劳后的试件静压破坏强度均略等于疲劳试件的静压破坏强度。因此，可以认为掺减水剂高强

度混凝土的受压疲劳强度等于或大于静压破坏强度的60%～65%。

参考文献：

[1] 蔡黄河,彭振斌.混凝土外加剂的应用与发展[J].科技视界.2015,(22)

[2] 刘康生.混凝土外加剂的性能及发展[J].中华民居.2012,(5)

[3]刘春燕,王自为,任建国,等.新型保坍型聚羧酸系减水剂的合成及性能研究[J].山西大学学报（自然科学版）.2012,35(1)

徐公礼，男，1976年9月出生，工作单位：浙江蟠龙工程管理有限公司