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混凝土外加剂的使用对混凝土抗裂性的影响

2024-02-29浏览量: 525发布者:

对于减水剂本身对混凝土开裂的影响,王超利用受限圆环法研究了不同外加剂(减水剂、减缩剂、膨胀剂)对混凝土开裂性能的影响。结果表明:从首条上表面裂缝产生的时间顺序来讲,掺减水剂的混凝土最早于第6 d即在上表面产生裂缝;不掺任何外加剂的基准混凝土于第19 d产生首条表面裂缝;掺膨胀剂的混凝土于第20 d产生首条表面裂缝;掺减缩剂的混凝土于29 d产生首条表面裂缝。由此可以看出,在混凝土配合比不变的情况下,减水剂的掺入使裂缝产生的时间大大提前。

郑建岚等开展了两个方面的研究:一是减水剂类型和掺量对混凝土抗裂性的影响,二是减水剂品种对混凝土抗裂性的影响对比。

对于方面一的研究,郑建岚等利用四种减水剂分别按照工程中配制高性能混凝土常用掺量的0.5倍以及常用掺量加入到胶凝材料体系中。结果表明,随着外加剂掺量从0.5倍的常用掺量增加到1.0倍的常用掺量,胶凝材料体系环形试件开裂龄期缩短;此外,不同类型的减水剂对胶凝材料体系抗裂性能影响不同,见图1。其中,“AP1”是聚羧酸型高效减水剂,“SNF1”为聚羧酸型外加剂,其他两种为萘系高效减水剂。

对于第二方面的研究,郑建岚等对三聚氰胺型减水剂、聚羧酸型减水剂和萘系减水剂进行了研究。结果表明(见图2),虽然外加剂品种对混凝土的开裂时间影响很小,但使用三聚氰胺型减水剂(MEL)的混凝土开裂面积及最大裂缝宽度相对较小,其开裂面积分别是使用聚羧酸型减水剂(PCA)和萘系减水剂(FDN)的72%和55%,最大裂缝宽度是使用聚羧酸型减水剂和萘系减水剂的52%左右。

从上述文献研究结果可以看出,减水剂本身就对混凝土的抗裂性造成不利影响。对于减水剂恶化混凝土抗裂性的机理,没发现有文献对此进行解释,不同减水剂品种混凝土抗裂性能的差别是由于外加剂的组分对混凝土收缩和凝结过程影响的不同而导致的。

对于减水剂恶化混凝土抗裂性的机理,笔者认为主要是减水剂中碱的存在提高了混凝土中的碱含量。从减水剂的作用机理(固体颗粒表面吸附减水剂后形成双电层,增加表面电位,由此产生的静电斥力使固体颗粒分散;减水剂吸附层的相互作用产生的立体斥力使固体颗粒分散;搅拌水的表面张力的减小引起固体颗粒分散;溶入到水中的钙离子被捕捉后,降低了钙离子的浓度,从而抑制了阿利特的水化)来看,由于减水剂与水泥颗粒之间并不存在键合作用,因此减水剂的主要成分、聚合程度、支链多少与长短等都不会影响混凝土的抗裂性。但在各种减水剂的生产过程中都存在用碱中和剩余酸的工艺,导致减水剂中碱的存在(见表1),在配制混凝土时导致混凝土中的碱含量提高,并成为现代混凝土抗裂性变差的原因之一。

Burrows认为碱是影响混凝土抗裂性能的最重要因素。碱使水泥快凝,标准稠度用水量增大,虽然能提高1d、3d强度,但降低28d强度。它还能与活性集料起碱集料反应,引起混凝土开裂。这些大家都很熟悉,但对碱使混凝土干燥收缩大和易开裂的影响认识不足。碱不但增大混凝土的收缩率,即使水泥的水化速率和自由收缩值相同,碱也使混凝土的抗裂性能明显下降。低碱水泥有良好的抗开裂性能,特别是当碱当量低于0.6%时,抗裂性大幅度提高。王善拔等认为,碱使水泥水化加快,化学减缩增大,早期收缩增大,水泥水化的加快使水化热释放速率加快,早期水化热增大从而增加早期的温度应变。此外碱使水泥水化产物变粗也可能是水泥抗裂性下降的重要原因。

Springenschmid也认为,碱使高速公路出现表面开裂。他在给Burrows的信中写道:“我们因5%高速公路出现表面开裂而遇到很大的困难,这只限于那些含碱当量[w(Na2O)+0.658w(K2O)]超过1.0%水泥的路段,有时碱当量达1.3%,…”。据乔龄山报道,德国“道路建筑通函”18/1998(ARS18/1998)规定,用于高速公路的混凝土路面的水泥“总碱含量[w(Na2O)+0.658 w(K2O)]≤0.84%”,“最近又将使用CEMⅠ和CEMⅡ/A类水泥时的总碱含量[w(Na2O)+0.658w(K2O)]降为≤0.80%”。

为改善混凝土的抗裂性,我国的CCES01—2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中也指出,水泥的碱含量不宜超过水泥质量的0.6%。