李元浪

(吉安市水利水电规划设计院，江西 吉安 343000)

0 引 言

大体积水工混凝土浇筑常常需要进行分层、分块，在高蒸发环境下(高温、大风、低湿气候)，容易导致混凝土因失水过快产生硬化、开裂和干裂现象，形成新旧混凝土的层间薄弱面，从而影响水工混凝土的力学性能和耐久性。因此，开展高蒸发环境下水工混凝土性能提升试验具有十分重要的工程意义[1-3]。

水分蒸发抑制剂作为一种新型养护材料，可降低极端高温干燥条件下混凝土塑性阶段的开裂驱动力，具有喷洒量低、效果优异等特点。但是由于水工混凝土一般体积较大，使用水分蒸发抑制剂还应该结合分层、分块浇筑间隔时间来确定。鹿永久等[4]通过现场试验，研究了水分蒸发抑制剂对乌东德水电站混凝土强度的影响，发现水分蒸发抑制剂不仅不会降低混凝土强度，甚至还有一定程度的提升。吕喜风等[5-7]针对南疆干旱平原区水库，研究了一种基于十八醇(C18OH)和短链醇正丁醇(C4OH)为分子膜基材的水分蒸发抑制技术，结果表明该抑制剂抗温度和杂质影响的能力较强，且抑制水分蒸发的性能十分稳定。

当前，关于水分蒸发抑制剂在水工混凝土的应用仍比较少见，存在许多不足。本文结合前人研究经验，对高蒸发环境下掺入水分蒸发抑制剂的混凝土水分蒸发抑制效率、力学特性和耐久性影响进行试验研究，同时进行微观试验，从微观角度解释水分蒸发抑制剂的作用机理，以期能为水分蒸发抑制剂在大体积水工混凝土中的养护应用提供借鉴。

1 试验概况

1.1 主要试验原材料

水泥：选用P.MH42.5水泥，MgO含量为4%，SO3含量为1.85%，平均烧失量为0.7%，总碱量为0.49%，平均比表面积为290 m2/kg，平均密度为3.22 g/cm3，3 d和7 d水化热为239和289 kJ/kg，初凝和终凝时间分别为190和250 min，28 d抗折和抗压强度分别为8.5和46.8 MPa。

粉煤灰：选用F 类Ⅰ级粉煤灰，平均密度为2.35 g/cm3，平均含水率0.1%，细度值为4.5%，需水量比为95%，烧失量为4.25%，SO3含量为1.36%。

骨料：粗骨料粒径为5～40 mm，平均表观密度为2 785 kg/m3，含泥量为0.3%，中径颗粒含量为65%，坚固性1%，压碎指标5.5%；细骨料为人工砂，平均表观密度为2 760 kg/m3，微粒含量9.2%，细度模数2.84，石粉含量为15.1%，吸水率为1.2%，坚固性为1%。

水分蒸发抑制剂：使用江西某公司生产的塑性混凝土高效水分蒸发抑制剂。

外加剂：选用PCA高性能减水剂，碱含量为0.86%，硫酸钠含量为0.04%，氯离子含量为0.02%；选用GYQ(Ⅰ)引气剂，硫酸钠含量为0.01%，固形物含量为49.5%，pH值为13.67。

水：采用实验室生活用水，不溶物含量为26 mg/L，可溶物含量为224 mg/L，pH值为8.1。

1.2 试验方案[8-10]

大坝混凝土(四级配)设计强度为C18035W14F200(εp≥90×10-6，90 d)，其基准配合比情况见表1。水分蒸发抑制剂稀释比为1∶4和1∶8两种，1∶4稀释比下分别喷洒1、2和3次，1∶9稀释比下喷洒3次。试验共分为5组：空白试验对照组S1(不掺加水分蒸发抑制剂)，1∶4稀释比喷洒1次试验组S2，1∶4稀释比喷洒2次试验组S3，1∶4稀释比喷洒3次试验组S4以及1∶8稀释比喷洒2次试验组S5，水分蒸发抑制剂喷洒间隔时间为30 min。每种试验组情况下，混凝土均进行分层浇筑，分层数均为2，以模拟大坝大体积混凝土的浇筑过程，分层浇筑间隔时间设置为3、5和10 h。

表1 大坝混凝土基础配比 /kg·(m3)-1

1.3 试验环境

为了模拟高蒸发环境，采用钨灯直射和落地风扇分别在室内人工制造高温环境和高风速环境。高温环境使混凝土试件表面上方10 cm处温度达到(38±2)℃，高风速环境使混凝土试件表面上方风速达到(5±0.5)m/s。

2 试验结果分析

2.1 水分蒸发抑制率

试验得到的不同试验组水分蒸发抑制效果结果见图1。从图1中可以看到，当喷洒间隔时间为4 h时，1∶4稀释液喷洒1、2和3次的水分蒸发抑制率分别为30%、53.1%和54.4%，1∶8稀释液喷洒2次的水分蒸发抑制率仅为23.2%；当喷洒间隔时间为2 h时，1∶4稀释液喷洒1、2和3次的水分蒸发抑制率分别为44.5%、71.9%和73.2%，1∶8稀释液喷洒2次的水分蒸发抑制率仅为33.9%。因此，以1∶4稀释的水分蒸发抑制剂的抑制效果明显优于以1∶8稀释的水分蒸发抑制剂，且喷洒2和3次时的水分蒸发抑制率相差不大；相同喷洒次数下，喷洒间隔时间为2 h的水分蒸发抑制效果明显优于喷洒间隔时间为4 h的水分蒸发抑制效果，喷洒间隔时间越短，水分蒸发抑制效果越好，当然也会造成工程成本的增加。

图1 水分蒸发抑制率

2.2 凝结时间

试验得到的不同试验组混凝土的凝结时间见图2。从图2中可以看到，不同稀释比和喷洒次数下的混凝土凝结时间相差不大，即水分蒸发抑制剂对于混凝土凝结时间基本没有影响。这是因为虽然喷洒水分蒸发抑制剂会减少混凝土塑性阶段的水分蒸发量，同时喷洒水分蒸发抑制剂会在一定程度上增加混凝土表层的水灰比，但由于试验混凝土掺入了大量的粉煤灰，粉煤灰的加入导致混凝土初凝时间有所推迟，因而水分蒸发抑制剂对于大掺量粉煤灰水工混凝土的凝结时间基本没有影响。

图2 凝结时间

2.3 强度力学性能

不同试验组混凝土28 d龄期下的强度力学参数结果见图3。

图3 强度力学性能

从图3中可以看到，相同水分蒸发抑制剂喷洒情况下，混凝土分层间隔时间越短，混凝土试件的抗压强度和抗拉强度越大，这是因为在分层浇筑施工时，如果浇筑间隔时间延长，就会导致新浇筑层与旧浇筑层之间因为水分蒸发过多形成层间薄弱面，从而影响混凝土的强度特性；相同分层浇筑时间情况下，相比对照试验组，采用1∶4稀释水分蒸发抑制剂喷洒的混凝土试件抗压强度和抗拉强度均有不同程度的增加，而采用1∶8稀释水分蒸发抑制剂喷洒的混凝土试件抗压强度较对照试验组有不同程度降低(分层浇筑10 h时，抗拉强度也有降低)，这是因为喷洒合适浓度的水分蒸发抑制剂可以在一定程度改善混凝土的层间结合，从而提升抗压尤其是抗拉强度特性。但是若喷洒次数过多或者稀释比例过稀，有可能会导致混凝土表面水灰比发生变化，从而对新旧层间结合面的力学特性产生影响。因此，水分蒸发抑制剂的喷洒次数、稀释比例以及分层浇筑间隔时间均不宜过大。

2.4 耐久性

对不同试验组28 d龄期下混凝土进行了抗渗和抗冻试验，结果见图4。

图4 耐久性能试验结果

从图4中可以看到，相较于对照试验组，喷洒水分蒸发抑制剂后的混凝土平均渗水高度有不同程度减小，而抗冻等级则有较大幅度提升，表明喷洒水分蒸发抑制剂可以提升混凝土的抗渗(1∶4喷洒2次抗渗性最佳)和抗冻(1∶4喷洒1、2、3次抗冻性最佳)性能，尤其是对于分层浇筑间隔时间较长的混凝土，其抗冻性能的提升更加明显。这是因为喷洒水分蒸发抑制剂后，在混凝土表面形成一层保护膜，使得混凝土中的水分在高温环境下不易蒸发，混凝土中的水化反应比较充分，混凝土更加密实且干缩裂缝数量大大减少，因而抗渗和抗冻性能提升。从整体上来看，喷洒1∶4稀释水分蒸发抑制剂对于混凝土耐久性的提升效果要优于1∶8稀释水分蒸发抑制剂。

2.5 微观结构

通过对不同试验组混凝土物理力学性能测试可以发现，采用1∶4水分蒸发抑制剂、间隔2 h喷洒2次时，混凝土的综合性能达到最佳状态，可以有效抑制混凝土表面结壳和起皮现象，减少混凝土因高温环境产生的自干燥收缩裂缝。为了对喷洒前后混凝土内部情况有直观了解，对其进行了SEM测试，结果见图5。从图5中可以看到，对照试验组混凝土内部主要以不规则针棒状和片状晶体(钙矾石和氢氧化钙)为主，这些晶体包裹在骨料周围，形成较多的内部孔隙；而喷洒水分抑制剂之后，混凝土内部主要以圆状或者块状晶体为主，这些晶体体积较小，填充在骨料周围，形成较为致密的内部结构。这主要得益于喷洒水分蒸发抑制剂以后，混凝土内部水分蒸发量大大减少，可以保证混凝土充分的水化反应，同时也可以减少因水分蒸发留下的孔隙裂隙。因此，喷洒水分蒸发抑制剂后的混凝土综合性能得到有效提升。

图5 SEM测试结果

3 结 语

为了减小夏季高蒸发环境下水工混凝土施工自干燥收缩现象，提升混凝土的综合性能，进行了不同稀释比和喷洒方式的水分蒸发抑制剂掺入试验，得到如下结论：

1)水分蒸发抑制剂稀释比例和喷洒方式对混凝土水分蒸发抑制率有直接影响，且采用1∶4稀释、间隔2 h喷洒2次时的水分蒸发抑制效果较佳。

2)掺入水分蒸发抑制剂对于混凝土凝结时间基本没有影响，但会在一定程度上提升混凝土的强度特性和耐久特性。水分蒸发抑制剂稀释比例过大或喷洒次数过多时，反而会使混凝土表面水灰比发生变化，从而导致性能降低。

3)SEM测试结果表明，掺入水分蒸发抑制剂后，混凝土内部的水化反应更加充分，晶体结构更加圆润和致密，孔隙裂隙数量大大减少。

4)通过使用水分蒸发抑制剂，可以延长夏季高温环境下混凝土的浇筑时间，节省工期，在技术经济和安全性方面表现出较大优势，可在高温环境下大体积水工混凝土浇筑施工中予以合理应用。