外加劑和摻合料對混凝土強度和耐久性的影響 |
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2016-06-20 10:00:35 |
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歐鵬 轉
摘要：外加劑和摻合料是現代混凝土不可缺少的組成部分，但外加劑和摻合料的種類較多，性能各異，若使用不當，會影響混凝土強度和耐久性。本文闡述了常用外加劑和摻合料的性能及對混凝土強度、耐久性的影響，以期對相關技術人員提供參考。
水泥混凝土是由水泥、粗骨料、細骨料、水四種基本成分組成。隨著混凝土技術的發(fā)展，外加劑和摻合料已經成為混凝土的第五、第六組成部分。但外加劑和摻合料的種類繁多，在混凝土中的作用也各個不同，因此，正確使用外加劑和摻合料對混凝土的強度和耐久性非常重要。
1外加劑對混凝土強度和耐久性的影響
外加劑是混凝土的第五組分，摻入外加劑可改善混凝土的工作性、提高混凝土強度和耐久性，混凝土外加劑的特點是品種多、摻量小，對混凝土性能影響較大。下面以常用的減水劑、早強劑、緩凝劑和引氣劑為例，介紹其對混凝土強度及耐久性的影響。
首先以減水劑為例，介紹其對混凝土強度和耐久性的影響機理。
由于施工性的需要，混凝土的實際用水量遠遠超過理論需水量，過剩的水會從混凝土內部蒸發(fā)出去，形成毛細管的通道，使水、空氣及有害物質容易滲入，降低其抗?jié)B性。加入減水劑后，使用水量大大降低，毛細管道減少，從而增強混凝土的密實性，提高強度。同時，外加劑的加入，引入了許多細小的閉口孔隙，阻斷了毛細管通道，使水、空氣和有害雜質很難滲入，從而提高了混凝土的長期性能及耐久性能。
混凝土外加劑的應用促進了混凝土技術的飛躍發(fā)展，給混凝土工程帶來發(fā)了不可估量的經濟效益。隨著外加劑在混凝土中的廣泛應用，其使用不當帶來的負面影響也頻繁出現。許多混凝土建筑使用外加劑后不但達不到預期的技術經濟效益，甚至出現工程事故。如新拌混凝土嚴重泌水，水泥漿分層離析，預拌混凝土坍落度損失過快，甚至運至工地的混凝土無法澆筑，硬化混凝土收縮增加甚至出現開裂，強度、長期性能和耐久性能降低等也屢見不鮮。
分析外加劑負面影響因素，主要有三方面：
（1）混凝土原材料的性能對外加劑性能的影響
比如，有的外加劑與水泥、砂子、摻合料、石子、水混合一起攪拌時，會出現摻量增大，坍落度損失加快的現場，這就是外加劑與原材料不相容的表現。要解決這一問題，可按照規(guī)范《混凝土外加劑應用技術規(guī)》GB50119-2013附錄A的“混凝土外加劑相容性快速試驗方法”進行前期原材料相容性的檢驗。若外加劑與原材料不相容，則需更換外加劑或部分原材料，使其達到相容的狀態(tài)。
（2）專業(yè)人員技能對外加劑使用性能的影響
主要是技術人員對不同外加劑作用機理、技術性能及應用效果的掌握程度，外加劑使用不當，易造成混凝土的負面影響。
目前，高效減水劑的應用已比較廣泛，不同分子結構的外加劑有不同的使用效果。例如，氨基苯磺酸鹽類及脂肪族類產品保水性差，單獨摻用會增加混凝土泌水率，摻量高會造成混凝土分層離析，造成水泥漿與鋼筋的握裹力差。而多環(huán)芳烴類高效減水劑有較好的保水性，所配制的混凝土粘性好，泌水少，與鋼筋握裹力高，用于高水膠比混凝土效果高于其他品種減水劑。
市場上使用的緩凝劑種類較多，如蔗糖、糖蜜等曰無機鹽類如硫酸鋅、三聚磷酸鈉等，羥基羧酸鹽類如檸檬酸酒石酸等，它們的作用機理及使用效果也不盡相同。如糖類緩凝劑能有效抑制硅酸三鈣水化，糖蜜后期增加強度的效果好，但與水泥適應性差，在用于以硬石膏作調凝劑的水泥時會產生假凝。
（3）外加劑摻量對混凝土性能的影響
選用最佳摻量是保證混凝土良好技術經濟效果的決定因素。隨意摻加不但得不到較好的技術效果，更會給混凝土性能帶來負面影響。例如，高效減水劑的摻量正常情況下，其1d、3d、7d、28d抗壓強度分別比基準混凝土至少增加140%，130%、125%、120%，但超量摻入不但減水率不再增長，混凝土泌水率也隨之增大，對混凝土強度和耐久性能也會產生負面影響。
緩凝劑用量不夠達到預期緩凝效果，加入過量，混凝土長期不凝，不但影響混凝土早期強度，而且混凝土水份蒸發(fā)較快，嚴重影響混凝土水化，造成強度降低，增加塑性收縮，增大收縮開裂的機會，從而降低混凝土的耐久性。
早強劑的過量加入使混凝土早期強度發(fā)展較快，但后期強度損失大，并會產生離析現象，增加混凝土導電性能，增大收縮開裂的幾率，降低混凝土的長期性能和耐久性能。
引氣劑的過量加入，混凝土工作性反而下降，而且會影響混凝土抗壓強度、抗凍、抗?jié)B、抗碳化等耐久性性能。
2.1粉煤灰對混凝土強度和耐久性的影響
粉煤灰混凝土強度發(fā)展較慢，早期強度偏低，故摻加粉煤灰后混凝土的早期強度低于普通混凝土，且粉煤灰摻量越高，早期強度降低越明顯，但后期強度增長較快，特別是28天以后，強度有顯著提高，普通混凝土28天強度增加幅度不明顯。粉煤灰摻量不是越高越好，在粉煤灰摻量為20%時混凝土后期強度最大。
使用I和II級粉煤灰配制的混凝土，在相同水膠比情況下，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土7天和28天強度會逐步降低，但是在60天時卻出現拐點，并不是呈平滑的下降趨勢，而是還有上升的空間。試驗資料表明：90天時，摻量為10%的粉煤灰混凝土抗壓強度超過普通混凝土強度1.56%，摻量為18%的粉煤灰混凝土抗壓強度下降幅度減小至1.45%，摻量為25%的粉煤灰混凝土抗壓強度下降幅度減小至9.81%。II級粉煤灰在混凝土中的摻量從10%-18%對混凝土強度的發(fā)展較小，摻量較為為合理；粉煤灰摻量過多，對混凝土抗壓強度的影響較大。
摻粉煤灰的混凝土與基準混凝土相比，抗碳化性能和抗凍性有所降低，粉煤灰的二次水化使得混凝土中氫氧化鈣含量降低，因而不利于混凝土的抗碳化性和鋼筋的防銹。摻加粉煤灰的混凝土抗凍性有所降低，特別是采用劣質粉煤灰時。
2.2礦粉對混凝土強度和耐久性的影響
礦粉用作混凝土摻合料可以等量取代部分水泥，取代量一般在20%-40%。礦粉混凝土與普通混凝土相比，對混凝土強度和耐久性影響有以下幾點：
（1）與同強度等級的基準混凝土相比，礦粉混凝土早期強度1d、3d、7d時有不同程度的降低，且隨礦粉摻量的增加，早期強度下降越明顯，14d時礦粉混凝土的強度與基準混凝土相差不大，28d時礦渣混凝土強度略大于基準混凝土強度。
（2）礦粉的微集料效應和二次水化反應優(yōu)化了混凝土的孔結構，使混凝土結構更致密，孔徑細化，連通孔減小，大大提高了混凝土的抗水滲透性能和抗氯離子滲透性能。同時摻礦粉的混凝土中由于水泥用量減少和礦粉本身對堿的吸附，使整個混凝土體系內的氫氧化鈣含量減少，其抗硫酸鹽腐蝕性能和抑制堿骨料反應的能力明顯提高。但摻加礦粉增加了混凝土的干燥收縮，尤其是早期收縮。
目前，預拌混凝土生產時，一般不采用單摻礦粉，而是采用礦粉和粉煤灰雙摻的技術配制混凝土，利用粉煤灰和礦粉的綜合效應，使混凝土結構致密，抗壓強度得以提高。
2.3硅粉對混凝土強度和耐久性的影響
硅粉用于混凝土中可以顯著提高混凝土的強度，通常用于配制高強度高性能混凝土。硅粉混凝土中前期強度比基準混凝土高，尤其是前期7d強度已超出基準混凝土。后期強度比基準混凝土也有提高，但趨于平緩。
摻硅粉的混凝土能顯著提高混凝土的抗水滲透性能，有效阻止硫酸鹽及氯離子對混凝土的滲透、侵蝕，避免混凝土中鋼筋腐蝕，提高長期性能及耐久性能，從而延長混凝土的使用壽命。
外加劑和摻合料給現代混凝土技術帶來了飛躍，只有了解、掌握其作用機理及性能特點，才能對混凝土強度和耐久性起到積極的作用，使其更好的為現代建筑行業(yè)服務。
摘自——《中國外加劑網》