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掺外加剂混凝土裂缝控制
作者: [发布时间]2016/1/21 13:09:42 [浏览量]1450  [返 回]

[内容摘要]  水泥成份、细度、用量、水灰比、集料品种、施工配合比、养护时间温度是影响混凝土收缩抗裂性能的重要因素。

研究表明,外加剂对混凝土收缩抗裂性能也具有十分重要的影响。

减水剂用于低水灰比混凝土会增加混凝土早期收缩及总收缩。

缓凝剂过量掺用会增大混凝土沉缩(塑性收缩)。

引气剂适量掺用可增大徐变,有利于混凝土抗裂性能的提高,过量掺用不但会降低混凝土强度,增加混凝土泌水(少量引气剂则会减少混凝土泌水)更会增大混凝土收缩开裂。

常用早强剂如硫酸钠、三乙醇胺都可能增大混凝土收缩率,过量掺用更会增大混凝土开裂风险。

合理掺用外加剂,严格控制掺量是掺外加剂混凝土控制收缩开裂有效途径。

[关键词] 收缩裂缝  减水剂  缓凝剂  引气剂  减缩剂 掺量

 

混凝土收缩是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象。一般分为塑性收缩(又称沉缩),化学收缩(又称自身收缩),干燥收缩以及碳化收缩。较小的收缩对改善硬化混凝土性能有利,但较大的收缩则会引起混凝土收缩开裂,甚至会导致工程报废。

我国著名混凝土防裂专家王铁梦教授曾经总结出影响混凝土收缩的十八条重要因素,其中如水泥因素(包括水泥品种,比表面积,化学成份及水泥用量等),骨料因素(包括骨料品种,粒径,用量,砂率等),施工环境因素(包括施工温度、湿度及养护时间、风力)。混凝土配合比,水灰比(用水量),泌水率,配筋率等。并重点指出,外加剂及掺合料应用不当也会增大混凝土收缩开裂的危险。

外加剂的普及应用促进了混凝土技术的飞跃发展,由于我国水泥标准的变化及施工中的种种问题,近几年发现,掺外加剂混凝土早期收缩普遍增大,早期收缩裂缝增多,极大地影响了施工质量。

九十年代前,在我国为什么发现外加剂对混凝土收缩增大现象不多,甚至认为,减水剂的应用,由于用水量减少,可减少混凝土收缩,而目前却发现掺入外加剂后收缩开裂增多呢?笔者分析如下:

一、减水剂对混凝土收缩性能的影响

减水剂的主要作用是改善混凝土和易性,降低混凝土水灰比,提高混凝土强度,或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量。水灰比的降低,水泥用量减少对减小混凝土收缩应该是十分有利的。但施工实践也发现,减水剂的掺入也促进了水泥加速水化,特别是比表面积较大及碱含量较高的水泥初期水化热更高,混凝土水化热集中释放,许多工程掺用减水剂后并不减少水泥用量,设计混凝土的配合比中水泥用量普遍偏大,高强混凝土大量应用,更加大了水泥用量,水泥标准修改后国产水泥比表面积也普遍较大,因此水灰比的降低并不能弥补因高水化热给收缩带来的不利影响,加之许多国产减水剂(如脂肪族类、氨基磺酸盐类)应用不当或掺量过大,也极易使混凝土产生大量泌水,加大了混凝土收缩。研究表明,毛细孔失水会产生一定毛细孔张力,而毛细孔径越小所产生的表面张力越大,可明显超过混凝土的抗拉强度。

资料显示,基准混凝土早期收缩值只有70×10-6m左右,而掺减水剂混凝土早期收缩值都高于200×10-6,因此当前我国混凝土工程早期产生收缩裂缝较多。

减水剂的掺入混凝土拌合用水的明显减少,毛细孔也明显细化,其表面张力也相应增大。加之商品混凝土一般都掺一定数量的缓凝剂,由于混凝土早期强度偏低,这也使混凝土易产生早期开裂。

但是试验也表明上述现象在较大水灰比混凝土中表现并不明显,目前我国工程混凝土设计强度一般较高,大量混凝土水灰比较低,加之前述水泥细化、水化热偏高等因素,就不难理解当前我国混凝土工程应用减水剂早期收缩裂缝增多的原因。

正常情况下,拌和用水的减少是可以减少混凝土收缩值的,一般情况下减少18%-20%的水收缩值可降低12%左右,但那是在较高水灰比的条件下的降低。我国常用C40C50混凝土水灰比普遍只有0.35左右,甚至只有0.3,由于混凝土自收缩已不容忽视,用水量再减少,混凝土内自干燥加重,从而增加了混凝土自收缩。

不难看出,选择适当比表面积的水泥,严格控制减水剂掺量,减少混凝土泌水,采用适当水灰比是掺减水剂混凝土防止收缩开裂的重要因素。

二、缓凝剂对混凝土收缩性能的影响

缓凝剂是一种能延缓混凝土凝结时间的外加剂,用于混凝土中,能使混凝土长期保持塑性状态,降低混凝土水化热峰值,延期水化放热时间,防止混凝土结构因内外温差而产生的温度应力造成的混凝土开裂。缓凝剂的掺用使混凝土中水化物生成较慢,水泥颗粒的空隙使生成的水化物分布更均匀,混凝土硬化强度增大。通常用于商品混凝土、泵送混凝土、大体积混凝土及夏季施工混凝土工程。

从缓凝剂的作用机理分析,掺用缓凝剂混凝土应该收缩值较低,开裂现象也不应产生。从笔者多次检测数据看,掺缓凝剂混凝土收缩率比基准混凝土略有增减,收缩率比一般低于GB8076-97中要求的<135%,以羟基羧酸盐缓凝剂为例,实测混凝土干缩徐变虽大于空白混凝土,但收缩率比也只有110%,三聚磷酸钠28天收缩率比约120%,但过量加入却会增大至135%以上。

目前混凝土施工,特别是商品混凝土为减少运输过程中坍落度损失,缓凝剂掺用量普遍较大。有些施工单位要求混凝土供应商凝结时间延缓二十个小时以上,混凝土长期处于塑性状态下,表面大量失水,表面失水率超过渗出的水到达表面的速率会造成毛细孔负压,模板底基也大量吸水,加大了失水收缩。长期处于塑性条件下的混凝土也极易产生骨料沉降(特别是较大流动度混凝土),加大了混凝土沉缩。

塑性收缩对混凝土结构的影响是不均匀的,所引起的拉应力作用下,体积变化的差异会造成混凝土开裂,在温度、湿度、风速影响下,更会使混凝土收缩开裂加剧。

在较低温度下施工,一些工程仍掺用缓凝剂,虽然不是高温施工,缓凝剂掺量也相应减少,但由于多数地区冬季较为干燥,风速变化大,水分蒸发仍会很大,加之温度较低,混凝土强度发展较慢,再加入缓凝剂混凝土抗拉强度更低。因此也极易产生混凝土收缩开裂。严格控制缓凝剂掺量,减少混凝土塑性收缩对防止混凝土收缩开裂应该十分重要。

三、引气剂对混凝土收缩性能的影响

引气剂在混凝土中的应用对改善混凝土和易性,可泵性,提高混凝土抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性能十分有利。引气剂用于商品混凝土能有效地防止水泥粒子二次吸附,减少混凝土坍落度经时损失。适量引气剂还可以防止混凝土泌水沉降,减少混凝土收缩,提高混凝土抗拉强度,更应注意的是由于引气剂的掺入混凝土徐变增大较多,十分有利于混凝土抗裂性能的提高,更有利于早期抗裂性能。

但实践也证明,引气剂过量掺入不但会降低混凝土抗压强度,混凝土泌水沉降反而会加大。水泥浆与骨料及钢筋粘结性能下降,含气量的增大也会使混凝土早期强度大幅度下降,引起混凝土早期开裂。

笔者曾长期观察,上海、苏州、广东等地掺用JDU引气剂混凝土工程,并提醒施工单位严格控制引气剂用量,这些工程至今或未发现因引气剂的应用造成混凝土开裂现象。可以认为掺用引气剂并严格控制掺量,可以有效防止减少混凝土收缩开裂。

四、减缩剂对混凝土收缩性能的影响

长期来,我国多采用补偿收缩的办法防止混凝土收缩开裂。即在使用其它混凝土外加剂的同时掺入一定数量的膨胀剂。由于该产品的种种缺陷及施工不当,工程事故或达不到预期效果较多。特别是高强混凝土中应用此方法效果更差。试验证明,掺用膨胀剂混凝土,初期养护不当,还会加大裂缝发展速度。

80年代,国外研制成功了以聚醚及聚醇为主要成份的减缩剂,用于不同混凝土工程能有效防止混凝土收缩开裂。90年代我国南京水科院,冶金部建研总院,江都宏海化工有限公司相继研制出了同类产品。上述产品的作用机理是由于减缩剂的掺入大幅度降低了混凝土毛细孔水的表面张力,减少了毛细孔失水时的收缩应力,增大了毛细孔水的粘度,减少了混凝土收缩值,它的使用效果且不受养护条件限制,从广东、浙江等地使用效果看,该产品的确是一种最佳减缩防裂剂,因该产品的生产成本较高,目前应用还不广泛,有待于生产企业进一步降低生产成本以利于进一步普及应用。

五、早强剂对混凝土收缩性能的影响

早强剂是一种能促进水泥水化,加速混凝土早期强度发展的外加剂。试验证明,控制一定掺量对混凝土收缩开裂影响不大,甚至可以提高混凝土早期抗裂性能。但低温施工一般早强剂的掺量极高,由于水泥粒子急剧水化,混凝土内产生大量水化热,并不断地升高,而环境温度较低,使混凝土温度逐渐降至环境温度时,易产生温度变形,或产生开裂。

水泥比表面积的加大,混凝土后期收缩相对减小,更多收缩发生在早期,过量早强剂的应用,更会加大早期收缩,试验分析,我国常用的三乙醇胺早强剂,硫酸钠等早强剂都会增大收缩率,过量加入更会增大收缩开裂风险。

六、结论

1.混凝土外加剂的应用虽能改善混凝土某些性能,提高技术经济效益,但应用不当却会增大混凝土收缩、开裂的风险。

2.严格控制减水剂、引气剂、缓凝剂及早强剂的掺量,采用适量水灰比,有利于防止混凝土收缩率增大,及混凝土收缩开裂的产生。

3.采用减缩剂与其它外加剂合用的办法,可有效防止混凝土收缩开裂。

(上述论点只是针对掺外加剂混凝土引起的收缩开裂的防止。有关影响混凝土收缩开裂的其它因素不在本文论述范围)

 

 

参考文献

1. 尤启俊等 外加剂对混凝土收缩性能的影响 “混凝土”2004.9

2. 芮家钧译 “外加剂对混凝土收缩性能的影响” 国外建材译丛 1997.3