減水劑對(duì)混凝土耐久性影響淺析

□廖民新(河南省水利第一工程局)

引 言

隨著現(xiàn)代化工業(yè)高速的發(fā)展，混凝土以其優(yōu)越的性能和低廉的價(jià)格成為大量基礎(chǔ)設(shè)施必不可少的首選材料，其應(yīng)用量越來(lái)越大，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。目前混凝土已成為世界上用量最大的人造材料，工程結(jié)構(gòu)也對(duì)混凝土提出了越來(lái)越高的性能要求，這也是當(dāng)前混凝土材料的發(fā)展方向，其突出的表現(xiàn)在：早強(qiáng)、高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐久、低收縮、小徐變等。混凝土耐久性是指混凝土在實(shí)際使用條件下抵抗各種環(huán)境因素作用，長(zhǎng)期保持完整性和使用性的能力。由于混凝土耐久性的下降給社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，為使混凝土適應(yīng)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和環(huán)境保護(hù)這兩個(gè)同等重要的社會(huì)需求之間，人們逐漸認(rèn)識(shí)到混凝土的耐久性更需要被重視。

減水劑是目前研究和應(yīng)用最廣泛的混凝土外加劑，挪威、日本、加拿大和澳大利亞等國(guó)的混凝土百分之百都摻有減水劑，美國(guó)等國(guó)家50%～80%的混凝土也摻有減水劑，我國(guó)近40%的混凝土使用減水劑，由此可知減水劑在國(guó)內(nèi)外混凝土中得到普遍應(yīng)用，而且前景廣闊。目前工程上應(yīng)用的主要有萘系、三聚氰胺系和木素磺酸鹽系減水劑。

一、現(xiàn)代混凝土的現(xiàn)狀

水泥的成分變化較大，水泥顆粒直徑越來(lái)越細(xì)。近年來(lái)生產(chǎn)的水泥中硅酸三鈣、鋁酸三鈣的含量越來(lái)越高，導(dǎo)致在極短時(shí)間內(nèi)的水化反應(yīng)激烈，直接帶來(lái)混凝土的高水化熱、高溫差、高收縮量等問(wèn)題。

混凝土的組成結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。由于機(jī)械化施工、泵送工藝的特殊要求，混凝土的坍落度、骨料粒徑都發(fā)生了不利于耐久性的變化?；炷恋奶涠鹊奶岣撸橇狭浇档?，勢(shì)必要求在混凝土中增加水泥漿體的含量，或者通過(guò)各種外加劑來(lái)提高其和易性。水泥用量的增加，進(jìn)一步加劇了水化熱，增加了混凝土的徐變及收縮變形；另外不成熟的外加劑產(chǎn)品也是混凝土耐久性的隱患。

摻合料已成為現(xiàn)代高性能混凝土不可缺少的組成部分之一?；炷翐胶狭鲜侵敢苑勖夯?、礦渣微粉、硅灰及其它火山質(zhì)材料經(jīng)研磨加工后的礦物超細(xì)粉。超細(xì)礦粉具有以下特性：表面能量高；對(duì)水泥孔隙有微觀填充作用；化學(xué)活性高。大量試驗(yàn)研究及工程實(shí)踐表明，摻合料的加入，能改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)，增加混凝土的密實(shí)性，降低透水性和透氣性，對(duì)減少水化熱，降低收縮、徐變作用明顯。另外摻合料的加入還可提高混凝土的坍落度，改善混凝土的可施工性能。但礦物摻合料的加入，會(huì)降低混凝土的早期強(qiáng)度，影響施工進(jìn)度，施工單位往往難以接受采納，這也是客觀上造成了大量工程混凝土耐久性出現(xiàn)了劣化的原因之一。

二、混凝土耐久性下降的主要原因

從工程實(shí)踐上看，混凝土的耐久性下降常常是物理和化學(xué)變化綜合作用的結(jié)果，而且導(dǎo)致混凝土耐久性下降的物理和化學(xué)作用都與氣體、水、溶解的有害物質(zhì)以及從混凝土表面進(jìn)入混凝土內(nèi)部的滲透過(guò)程相關(guān)。其物理作用包括：凍融、干濕和高溫作用?；瘜W(xué)作用包括：硫酸鹽侵蝕、酸堿侵蝕、金屬腐蝕、溶解與析晶、碳化、收縮和堿集料反應(yīng)等?；炷潦且环N非均勻的多孔材料，在外界介質(zhì)如二氧化碳、水、氯離子、硫酸鹽等的侵蝕作用下，會(huì)加速破壞，造成混凝土耐久性下降，其使用壽命也會(huì)大大縮短。

混凝土的外加荷載越大，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，所產(chǎn)生的徐變也就越大。當(dāng)徐變應(yīng)力大于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在混凝土的內(nèi)部和表面產(chǎn)生裂縫，這種裂縫比較直觀，形成的原因也很簡(jiǎn)單。

溫度變化是造成混凝土裂縫的主要原因之一。水泥的水化反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生大量水化熱使混凝土早期升溫體積膨脹，后期降溫體積收縮。當(dāng)溫度變化引起的體積變形受到限制時(shí)，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)其大于混凝土自身的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)形成裂縫。實(shí)驗(yàn)表明混凝土水化溫升越高，彈性模量越高，線膨脹系數(shù)越大，溫度應(yīng)力越大，越容易產(chǎn)生溫度裂縫。

因此要提高混凝土的耐久性，提高其抵抗外界環(huán)境的能力，必須從改善混凝土自身結(jié)構(gòu)缺陷入手。要改善混凝土自身的結(jié)構(gòu)缺陷，則需減少混凝土凝結(jié)過(guò)程的泌水量，減少混凝土坍落度損失，增大混凝土密實(shí)度，增強(qiáng)水化產(chǎn)物的強(qiáng)度，降低混凝土彈性模量等。

三、減水劑對(duì)混凝土耐久性的影響

（一）正面影響

大部分研究認(rèn)為高效減水劑通過(guò)減水分散作用減少混凝土拌和用水量，賦予混凝土優(yōu)異的施工性能和高密實(shí)度，并通過(guò)改善水泥水化結(jié)晶產(chǎn)物的含量、結(jié)構(gòu)、形貌等提高混凝土的耐久性能；其中引氣減水劑可改善混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，降低混凝土孔隙率，減少有害孔隙，使孔徑分布均勻，并可降低混凝土中界面區(qū)的結(jié)晶水化物取向度，改善界面區(qū)結(jié)構(gòu)，提高混凝土抗凍性等耐久性；緩凝減水劑可推遲水泥水化放熱峰出現(xiàn)的時(shí)間，削弱放熱峰的強(qiáng)度，有利于混凝土內(nèi)部熱量的及時(shí)消散，以達(dá)到減少裂縫的目的。

（二）負(fù)面影響

在大體積混凝土施工中，摻加萘系減水劑加速了水泥水化放熱速率，導(dǎo)致水泥水化熱短時(shí)間放出，增加了混凝土泌水量和坍落度損失，也大大增加了混凝土溫度梯度和收縮變形，內(nèi)部拉應(yīng)力增大導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，從而對(duì)混凝土抗?jié)B性等耐久性能產(chǎn)生不利的影響；含氯鹽、亞硝酸鹽和碳酸鹽的防凍高效減水劑在大摻量下會(huì)與水泥發(fā)生置換而析出堿，堿與集料發(fā)生堿集料反應(yīng)生成堿的硅酸鹽凝膠對(duì)混凝土造成膨脹破壞，使其開(kāi)裂損壞；對(duì)摻入松香系引氣劑AEA，木素磺酸鹽系減水劑WRA，三聚氰胺系、聚羧酸鹽高效減水劑的混凝土抗壓強(qiáng)度及抗氯化物腐蝕性能較差。

四、結(jié)論

通過(guò)減水劑對(duì)混凝土耐久性影響研究可知，部分萘系、三聚氰胺系等減水劑對(duì)混凝土耐久性會(huì)產(chǎn)生不利的影響，而具有引氣、緩凝的高效減水劑則有助于提高混凝土耐久性。綜觀國(guó)內(nèi)外減水劑對(duì)混凝土耐久性影響的研究現(xiàn)狀，對(duì)于不同種類(lèi)減水劑對(duì)混凝土耐久性能的影響仍缺乏理論指導(dǎo)依據(jù)。盡管已有部分學(xué)者對(duì)減水劑對(duì)混凝土耐久性影響的作用機(jī)理做了研究，但是仍然缺乏系統(tǒng)、深入、理論化的研究，無(wú)法提出減水劑對(duì)混凝土耐久性影響的作用規(guī)律。如何發(fā)揮減水劑對(duì)混凝土耐久性的正面作用、避免負(fù)面作用缺乏理論指導(dǎo)論據(jù)。因此對(duì)不同減水劑對(duì)混凝土耐久性的影響和作用機(jī)理進(jìn)行深入研究，可為工程正確選用減水劑配制具有良好耐久性的高性能混凝土提供工程和理論指導(dǎo)依據(jù)。

[1]張譽(yù),蔣利學(xué),張偉平,屈文俊.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2003.

[2]高勤,王淑芝.論述混凝土裂縫形成的原因及防治措施[J].森林工程,2001.

[3]陳肇元.混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)方法[J].建筑技術(shù),2003.

[4]熊大玉.國(guó)內(nèi)減水劑新品種的研究與發(fā)展[J].混凝土,2001.

[5]王立久,馬立國(guó),王寶民.超緩凝劑對(duì)混凝土相容性和耐久性的影響研究[J].低溫建筑技術(shù),2003.

[6]盧小琳,鄧敏,唐明述,高培偉.非萘系減水劑對(duì)高性能混凝土性能的影響[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,3.

[7]邱學(xué)霞,樓宏銘,邱學(xué)青,楊東杰.改性木素磺酸鹽高效減水劑對(duì)水泥水化及混凝土耐久性的影響 [J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版),2005,1.