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外加剂对对混凝土耐久性能的影响
作者: [发布时间]2016/1/21 13:11:30 [浏览量]1433  [返 回]

[摘要] 商品混凝土掺用外加剂可有效地改善混凝土抗渗、抗冻融抗碳化等耐久性能。从目前商品混凝土大量出现的早期收缩开裂等工程事故分析,外加剂的应用不当也会给混凝土耐久性能带来负面影响,应当引起重视。

[关键词] 外加剂  水灰比  收缩  耐久性

 

混凝土在内部及外部作用下,能长期保等其良好的使用性能称为混凝土耐久性。耐久性不但影响到混凝土工程的经济效益,更会影响到人们的使用安全。据不完全统计,目前全世界每年因混凝土耐久性丧失造成的经济损失(主要是修复或重建费用)达数千亿美元。我国是水泥生产及混凝土使用大国,每年用于修复或重建的混凝土工程资金也近千亿元人民币,大批混凝土工程刚建成即暴露出耐久性问题。一些工程甚至刚使用即被废弃,造成了重大经济损失。

混凝土耐久性是一个十分复杂的问题,影响因素较多,胶凝材料性能、集料质量、施工配合比、施工质量、养护、使用环境都可能给混凝土耐久性造成一定的影响。我国目前商品混凝土施工越来越普及,由于商品混凝土施工的特殊技术要求,更离不开混凝土外加剂。实践证明,商品混凝土施工中合理使用外加剂有益于改善混凝土耐久性。而外加剂使用不当更会给混凝土造成负面影响。

1. 混凝土的渗透性

混凝土是一种多孔结构体,在内外作用下,水或气体由高压处向低压处迁移的现象称为渗透性。混凝土的渗透性控制了水气的渗入速率。如渗入的水、气中含有侵蚀性有害物质,就会给混凝土造成损害。混凝土对水的渗透还会影响混凝土的抗冻融性能。渗入的水反复冻融会使混凝土结构产生破坏。混凝土渗透性还关系到混凝土的抗碳化性能。因为水泥中的碱在钢筋中,可使钢筋产生一层钝化保护膜,如水泥中的碱度降低,当PH值降到11.5以下时,起保护作用的钝化膜就会归遭到破坏,使钢筋锈蚀。产生的铁锈其体积比原来增大数倍,钢筋不断锈蚀,其膨胀压导致混凝土保护层脱落,又进一步加速了锈蚀,导致钢筋体积减小,承载能力下降,使混凝土失去耐久性。

不难看出,抗渗性能差的混凝土不但抗压强度降低,承载力差,其抗冻抗碳化等耐久性能也差。

2. 外加剂对混凝土耐久性能的影响

2.1水灰比对水泥的孔结构影响最大,因此也是影响混凝土抗渗性能的最主要因素。因为,混凝土拌合用水越多,包裹水泥粒子的水层越厚,许多拌合水在混凝土中形成了相互通连的毛细孔。混凝土孔隙率增大,混凝土的渗透性增加。减水剂的应用大幅度减少了拌合用水,水灰比下降,因此减少了水泥水化剩余水留下的毛细孔通道,混凝土密实性提高,孔隙率下降。

减水剂的应用还会使混凝土中毛细孔细化。掺减水剂的混凝土水泥水化更完全,部份水化物还可填充部份毛细孔壁,孔径进一步减小,使一些毛细孔从透水有害孔变为不透水的无害孔。不难看出,掺用减水剂的混凝土由于水灰比的减少,孔隙率降低,混凝土更密实,水泥水化更完全,混凝土耐久性能提高。

2.2为了改善混凝土可泵性、保水性、保塑性,商品混凝土需掺用引气剂。商品混凝土掺用引气剂不但进一步降低了水灰比,改善了混凝土工作性,还可以防止混凝土泌水沉降,使集料与胶凝材料界面上的大毛细孔减少。引入的细密而封闭的气泡可切断混凝土中毛细孔通道,提高了混凝土的抗渗性能。资料表明,混凝土掺入引气剂后抗渗性能可提高50%,甚至数倍。

细小密布的气泡还可以缓解混凝土因冰冻产生的膨胀压力,密布的气泡可容纳受压迁入的自由水,又进一步减轻了混凝土静水压力,防止混凝土冻胀开裂。试验证明不掺引气剂的混凝土即使水灰比降至0.3也不抗冻,而掺引气剂的混凝土水灰比高达0.5仍有较好的抗冻性能。

2.3商品混凝土、泵送混凝土为减少坍落度经时损失,保持较好的工作性能,通常都掺用缓凝剂。大体积混凝土由于体积较大,内部水化热不易散发,混凝土内外温差极大,有时达数十度,当温差达到一定极限时,引起的应力会超过混凝土抗拉强度,导致混凝土开裂,掺用缓凝剂可有效抑制水泥迅速水化,防止水化热集中释放,避免了因温差产生的裂缝产生,保证了混凝土结构安全,提高了混凝土耐久性能。

3.防止外加剂对商品混凝土耐久性的负面影响

不难看出,商品混凝土中应用减水剂、引气剂、缓凝剂等外加剂可有效地提高混凝土抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性能,但施工实践也发现,在商品混凝土施工中,外加剂应用不当也会给混凝土造成负面影响。

3.1对于水灰比较大的混凝土,适当减少拌合用水,降低水灰比可明显减小混凝土干燥收缩。随着高效减水剂的大量应用,许多混凝土设计水胶比极小,混凝土自收缩已不容忽视。过量减小用水量,混凝土内部干燥收缩加剧,从而使混凝土收缩率增大。

许多高效减水剂(如脂肪族类高效减水剂、氨基磺酸盐类高效减水剂)掺入混凝土中易产生泌水,目前国内普遍采用的萘系高效减水剂过量掺用也加大混凝土泌水、分层离析。不但影响了混凝土质量,更影响了混凝土的耐久性能。

3.2目前我国商品混凝土施工中缓凝剂的掺用量普遍较大,许多施工人员将掺用缓凝剂作为减小混凝土坍落度经时损失的唯一途径,而脱离了混凝土工程对凝结时间的实际需求。

混凝土长期不凝,处于塑性状态,在风吹、日晒下表面水份大量蒸发,由于目前商品混凝土水灰比普遍较小,混凝土较为密实,毛细孔细化,上升水份更少,加重了混凝土表面失水收缩。试验证明,较低水灰比长期缓凝的混凝土早期收缩值可达到500×10-5m/m以上,远远高于混凝土开裂极限。长期不凝的混凝土集料易产生泌水沉降,不但影响了混凝土的匀质性,更加大了塑性收缩。混凝土中过量掺用缓凝剂,混凝土长期不硬化,水泥水化停止,水化物少,不但影响了混凝土早期强度,延缓了工期,更会给混凝土长期强度发展造成了难以恢复的损害。目前我国商品混凝土施工中,普遍存在的早期开裂可能与上述过量减水长时间缓凝等外加剂应用不当有关。

3.3引气对商品混凝土耐久性能的影响与含气量有关。当含气量为3-6%时,混凝土耐久性随着含气量的增大而提高,但含气量高于6%后,混凝土耐久性却随着含气量的增大而下降。

混凝土中掺用适量引气剂可有效减少混凝土泌水,但过量掺入泌水率却反而增大。引气剂对混凝土强度的影响是众所周知的,即随着含气量的增加而降低,由于引气剂同样有一定的减水功能,因此在一定含气量时混凝土强度基本不会下降。大量工程试验证明,低标号的混凝土含气量为4-5%,中等标号的混凝土含气量为3-4%,高标号的混凝土含气量控制在2-3%左右都不会影响混凝土强度,混凝土耐久性也较好。

引气剂对商品混凝土耐久性的影响还与所用引气剂品种、性能有关。较好的引气剂所产生的气泡间距小,泡径小,细密,泡沫稳定,选用不当更会影响混凝土耐久性。

3.4近年来由于我国水泥标准、水泥生产方式的改变,水泥碱含量普遍较高,许多国产外加剂碱含量较大,如蒽系高效减水剂,硫酸盐含量达30%以上,萘系减水剂硫酸盐含量也达20%左右,许多脂肪族高效减水剂PH值达13或更高,许多早强剂主要成份多数是硫酸盐,许多膨胀剂中也含有大量碱,且这些产品掺量都较大。混凝土中如所用水泥碱含量较大。外加剂中再有大量碱的掺入,这就增大了混凝土产生碱集料反应的风险,给混凝土耐久性带来不利影响。

4.结论

商品混凝土施工中外加剂应用不当或过量掺用会增大混凝土收缩,收缩裂缝增加,泌水率增大,承载力下降,严重影响了混凝土耐久性能,为防止外加剂对混凝土产生负面影响,应当重视对外加剂应用技术的研究。

 

 

 

[参考文献]

[1] 尤启俊等“引气剂应用技术研究”“混凝土”2005.4

[2] 龚洛书等“混凝土的耐久性及其防护修补”中国建筑业出版社