淺述高效減水劑在高性能混凝土中的作用

　　摘　要:介紹了高效減水劑的分類、特性及使用高效減水劑的經(jīng)濟(jì)性,并著重介紹了高效減水劑對配制高性能混凝土的作用。

　　關(guān)鍵詞:高效減水劑,高性能混凝土

　　中圖分類號：TU37  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A   文章編號：2095-2104（2012）

　　1 引言

　　在工程建筑用材中，混凝土的用量之大、范圍之廣是其它任何材料所不能取代的。普通混凝土已不能滿足現(xiàn)代化施工的要求，化學(xué)外加劑已成為混凝土除了水泥、砂、石和水之外的第五種必不可少的組分?；炷镣饧觿?Concrete Additives)是指在混凝土的拌制過程中, 摻入的用以改善混凝土性能的物質(zhì), 其摻量不多(一般不大于5%), 但對改善拌和物的和易性, 調(diào)節(jié)混凝土的凝結(jié)硬化時(shí)間, 控制強(qiáng)度發(fā)展和提高耐久性等方面起著顯著的作用[1]。20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)的高性能混凝土( High Performance Concrete ,以下簡稱HPC) 就是超塑化劑與混凝土材料科學(xué)相結(jié)合的成功范例。對于HPC的定義，目前國內(nèi)外雖有不同解釋,但有幾點(diǎn)則是共同認(rèn)定的,即它必須在混凝土施工過程中具有極好的可施工性,在應(yīng)用中應(yīng)有較好的力學(xué)性能及良好的耐久性能[2]。許多國家將HPC作為跨世紀(jì)的新材料,投入大量人力、物力進(jìn)行研究和發(fā)展,部分國家已開始用于一些重要工程。

　　2 高效減水劑簡介

　　2.1 使用高效減水劑的經(jīng)濟(jì)性

　　在混凝土中摻入適量的減水劑,可在保持新拌混凝土和易性相同的情況下,顯著地降低水灰比;倘若基準(zhǔn)混凝土的水灰比為0.5 ,混凝土中的水泥用量為360 kg/m3 ,摻入高效減水劑后,在相同坍落度的條件下,減水率為20% ,則水灰比可降至0.40 (混凝土中的用水量可減少36kg/m3 以上) 。由于減水,將對混凝土的強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B等一系列物理力學(xué)性能產(chǎn)生良好的影響,摻減水劑后,新拌混凝土的減水率一般為6%～10% ,若摻加具有較強(qiáng)分散能力的減水劑時(shí),其減水率可達(dá)12%～25%。

　　2.2 高效減水劑的分類

　　當(dāng)前常用的高效減水劑主要有:萘系(萘磺酸鹽甲醛縮聚物) 高效減水劑，磺化三聚氰胺甲醛樹脂高效減水劑，聚羧酸系減水劑以及氨基磺酸鹽系高效減水劑等[3]。

　　2．3 高效減水劑的特性:

　?、?減水率高,可減水18%～20%。② 減少坍落度損失。③ 在保持強(qiáng)度恒定值時(shí),則能節(jié)約水泥10%以上。④ 不含氯離子,對鋼筋無銹蝕作用。

　　3 高效減水劑對配制高性能混凝土的作用

　　3.1 力學(xué)性能方面

　　由于混凝土是一種非均質(zhì)材料,強(qiáng)度受諸多因素的影響,但各種強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系,一般可以用抗壓強(qiáng)度的關(guān)系表現(xiàn)。水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素,對于普通混凝土,隨著水灰比的降低,混凝土的抗壓強(qiáng)度增大,但對于HPC ,由于低水灰比下存在攪拌困難、振搗不充分等問題,其強(qiáng)度提高不是無限制的,最高達(dá)到水泥的強(qiáng)度界限[4]。在HPC中摻入礦物超細(xì)粉可以填充水泥顆粒之間的空隙,改善界面結(jié)構(gòu),提高混凝土的密實(shí)度,提高強(qiáng)度。但由于礦物細(xì)粉過細(xì)，所需水灰比就會(huì)很大，而摻入高效減水劑后,其對水泥的分散能力強(qiáng)、減水率高,可大幅度降低混凝土單方用水量，從而降低硬化水泥漿體的孔隙率及改善孔隙尺寸分布使混凝土的強(qiáng)度增大。

　　3.2 體積穩(wěn)定性方面

　　混凝土的體積穩(wěn)定性是指混凝土在抵抗物理、化學(xué)作用下產(chǎn)生變形的能力?；炷恋捏w積變形包括收縮變形、彈性變形、徐變變形和溫度變形。收縮變形是混凝土的固有特性,不均勻的收縮變形會(huì)引起混凝土的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生裂縫,影響強(qiáng)度和耐久性;彈性變形是所有材料共有的變形,彈性模量越大,變形越小;徐變變形是混凝土在荷載作用下隨時(shí)間增加而產(chǎn)生的不利變形,會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用安全;溫度變形是指混凝土在約束條件下熱脹冷縮或者因內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的變形。體積穩(wěn)定性不良的混凝土?xí)a(chǎn)生收縮開裂,使混凝土的抗?jié)B性及其物理、化學(xué)、力學(xué)性能降低,耐久性下降。影響混凝土體積穩(wěn)定性的因素很多,包括水泥顆粒的細(xì)度、用水量、骨料情況等。

　　高效減水劑對于改善高性能混凝土膠凝體系收縮有著顯著的影響[5]。眾所周知，脆性性能是混凝土體積穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)，而混凝土強(qiáng)度的拉壓比(標(biāo)準(zhǔn)試件抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值)通?？梢宰鳛楹暧^上衡量其脆性的一項(xiàng)最簡便、實(shí)用的指標(biāo)，拉壓比值的降低就意味著混凝土的脆性增大，即混凝土的體積穩(wěn)定性有降低的趨勢。另外高效減水劑種類不同，其對混凝土試件抗壓強(qiáng)度的影響也不同，其中以聚羧酸高效減水劑和氨基磺酸鹽高效減水劑對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響較大，而萘系高效減水劑的影響較小。所以在摻入高效減水劑以改善混凝土體積穩(wěn)定性時(shí)，要根據(jù)混凝土配合比及減水劑種類的不同進(jìn)行全面考慮。

　　3.3 耐久性方面

　　混凝土的耐久性破壞主要有:混凝土碳化、氯離子侵蝕、鋼筋銹蝕、堿- 骨料反應(yīng)、凍融破壞等?；炷撂蓟侵赣纱髿猸h(huán)境中的二氧化碳引起的混凝土pH 值下降的過程,碳化的主要負(fù)面影響是引起鋼筋的銹蝕問題。氯離子侵蝕是指混凝土生產(chǎn)或結(jié)構(gòu)使用過程中侵入氯離子,當(dāng)混凝土中的氯離子含量達(dá)到一定限值時(shí),會(huì)促成混凝土中鋼筋的銹蝕。鋼筋銹蝕是鋼筋表面鈍化膜破壞后在水和氧氣充足的情況下發(fā)生的電化學(xué)銹蝕,鋼筋銹蝕會(huì)減小鋼筋的有效面積,導(dǎo)致混凝土保護(hù)層膨脹脫落,破壞鋼筋與混凝土之間的粘結(jié),影響結(jié)構(gòu)物的安全性。堿- 骨料反應(yīng)是指混凝土中的堿與具有活堿性的骨料之間發(fā)生膨脹性反應(yīng),反應(yīng)后混凝土體積膨脹、力學(xué)性能下降。凍融破壞是指混凝土在飽水狀態(tài)下因凍融循環(huán)產(chǎn)生的破壞作用,其破壞作用主要是使混凝土發(fā)生凍脹開裂和表面剝蝕,危害結(jié)構(gòu)物的安全。目前,對于HPC 耐久性的評定沒有統(tǒng)一的指標(biāo)和方法,對其進(jìn)行試驗(yàn)和評價(jià)基本仍沿用普通混凝土的方法和指標(biāo)。

　　要改善混凝土的耐久性，就要在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí)，盡可能降低用水量，減少水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。水泥在加水?dāng)嚢韬?，?huì)產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時(shí)相應(yīng)地增加用水量，這樣就會(huì)促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過多的孔隙。當(dāng)加入減水劑的定向排列，使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時(shí)使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來，因而達(dá)到減水的目的。許多研究表明，當(dāng)水灰比降低到0.38 以下時(shí)，消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)，而摻入高效減水劑，完全可以將水灰比降低到0.38 以下。所以高效減水劑在HPC中應(yīng)用,可以顯著減少混凝土拌和用水,降低水膠比,改善混凝土孔結(jié)構(gòu),提高混凝土密實(shí)性。

　　3．4 工作性方面

　　坍落度是評價(jià)混凝土工作性的主要指標(biāo),反應(yīng)混凝土拌和物在重力作用下的流動(dòng)和變形能力。在HPC的配制過程中加入高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉, 可以很好的控制坍落度,但在與普通混凝土在坍落度相同的情況下,粘度較大,這使其在泵送過程中需施加更大的壓力。而在振搗的過程中,由于HPC粘性大,粗骨料的下沉速度慢,在相同振動(dòng)時(shí)間內(nèi),下沉距離短,穩(wěn)定性和均勻性好。同時(shí),由于加入高效減水劑，HPC 的水灰比低,自由水少,且摻入超細(xì)粉,基本上無泌水,其水泥漿的粘性大,很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。而自密實(shí)混凝土不需機(jī)械振搗,在施工現(xiàn)場無振動(dòng)噪聲,可進(jìn)行夜間施工,混凝土質(zhì)量均勻,鋼筋布置較密或者構(gòu)件體型復(fù)雜時(shí)也可進(jìn)行澆筑,施工速度快,現(xiàn)場勞動(dòng)小。

　　4 結(jié)語

　　綜合各方面可以看出，摻入高效減水劑可以大大地改善混凝土的和易性，降低泌水率，增大流動(dòng)性，顯著延長混凝土的初凝時(shí)間，使早期的水化放熱降低，降低水灰比，減少干縮。在施工中可以延長可振搗時(shí)間、減少離析和提高混凝土的均質(zhì)性。在新拌混凝土和易性相同的情況下，降低水灰比，提高了混凝土的強(qiáng)度，使混凝土致密，因而抗?jié)B性提高?？梢姼咝p水劑對混凝土的高性能化起著至關(guān)重要的作用，成為高性能混凝土不可或缺的組分[6]。高效減水劑的開發(fā)，可以使高性能混凝土技術(shù)在工程實(shí)踐中得以廣泛應(yīng)用。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[3] 胡柳柳，王祥.減水劑對混凝土性能的研究.山西建筑.2007

　　[4] 初少鳳, 施養(yǎng)杭.高性能混凝土的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景.低溫建筑技術(shù).2007

　　[5] 馮乃謙．高性能混凝土[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996．

　　[6] 唐建華.高性能混凝土的研究與發(fā)展現(xiàn)狀[J].國外建材科技,2006.

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