減水劑對硬化混凝土性能的影響

裘亞達++陸亞琴++潘利浩

摘 要：減水劑具有改善混凝土和易性、減少單位用水量、改變混凝土的凝結(jié)時間等優(yōu)異性能，使其在許多工程實踐中得到了普遍的應(yīng)用，減水劑有許多種類，不同的減水劑有不同的適用范圍。本文主要討論木質(zhì)磺酸鹽類減水劑對硬化混凝土性能的影響。

關(guān)鍵詞：減水劑；硬化混凝土；性能；影響

Abstract： The water reducer having improved workability of concrete， reduce unit water， changing the setting time of concrete， excellent performance， so that in many engineering practice has been widely applied， there are many types of water reducer， different water reduction agent has a different scope. This paper discusses the impact of wood-sulfonate superplasticizer on hardened concrete.

Key words： water reducer； hardened concrete； performance； impact

減水劑具有改善混凝土和易性、減少單位用水量、改變混凝土的凝結(jié)時間等優(yōu)異性能，使其在許多工程實踐中得到了普遍的應(yīng)用，減水劑有許多種類，不同的減水劑有不同的適用范圍。在普通減水劑中，目前使用最多的是木鈣減水劑，本文主要討論木質(zhì)磺酸鹽類減水劑對硬化混凝土性能的影響。

木質(zhì)磺酸鹽減水劑對混凝土的作用主要是物理方面的，研究表明它不會改變混凝土的化學(xué)結(jié)構(gòu)。也就是說它不參與水泥的水化反應(yīng)，更不會產(chǎn)生新的水化產(chǎn)物，它對硬化后的混凝土也只是在物理結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生影響。

1.對強度的影響

強度是混凝土最重要的力學(xué)性質(zhì)，這是因為混凝土構(gòu)筑物都用來承受載荷或抵抗各種作用力。在一定條件下，工程上要求混凝土的其他性質(zhì)往往與混凝土的強度之間存在著密切的關(guān)系。

根據(jù)混凝土的強度理論，強度和水泥標號、水灰比有如下關(guān)系，即著名的鮑羅米公式：R=AR0（C/W-B）

式中：R——混凝土強度；

A、B——經(jīng)驗常數(shù)；

R0——水泥標號；

C/W——水灰比。

鮑氏公式曾作為設(shè)計配合比的參考公式。另外也有按混凝土的空隙率來計算強度的經(jīng)驗公式，如惠叔等人的公式：

R=3100（1-Vp）2.7

式中：Vp——混凝土孔隙率。

他們的觀點都有共同之處，那就是決定強度的重要因素與孔隙率有關(guān)。而孔隙率的大小又與水灰比有關(guān)，水灰比愈小，空隙率也愈小。當加入減水劑以后，因其減水作用可以明顯降低水灰比，因而混凝土內(nèi)部的孔隙體積可以大幅度減小，使混凝土更為致密，強度也就顯著地提高了。

但由于木質(zhì)磺酸鹽還有引氣作用，研究表明：

（1）當用量增大導(dǎo)致含氣量增加時，強度反而會下降。這種情況表現(xiàn)在需蒸養(yǎng)的混凝土強度上尤其明顯。因此木鈣的摻量需要根據(jù)情況加以控制；

（2）木質(zhì)磺酸鹽減水劑對強度的影響主要是表現(xiàn)在抗壓強度上，而對抗拉強度的作用卻并不明顯。已有研究證明，摻減水劑的混凝土拉壓比與不摻的幾乎差不多，這說明抗拉強度變化規(guī)律基本上沒有改變。

2.對收縮與徐變的影響

試驗證明影響混凝土收縮的主要因素是混凝土的用水量，其次是含氣量。摻減水劑混凝土與收縮影響有關(guān)因素可分為3種情況：

第一類以增大坍落度為目的而不減小水灰比的情況；

第二類以提高強度為目的而減水，降低水灰比的情況；

第三類以節(jié)約水泥為目的，在保持強度不變時減水和減少水泥用量的情況。

通過對這3種情況進行試驗，試驗結(jié)果表明：只有在第一類情況下即以增加和易性為目的而不改變水灰比時，收縮值在摻減水劑后略有增加；第二類、第三類情況下，摻與不摻減水劑收縮值基本相同。南京水科院對摻紙漿廢液減水劑（主要成分為木質(zhì)素磺酸鹽）對混凝土收縮影響的試驗結(jié)果認為，摻紙漿廢液減水劑對混凝土的收縮沒有明顯影響。

混凝土的徐變性能是指在一定的加荷應(yīng)力下變形隨著加荷齡期增長而加大，這種變形就叫徐變。影響徐變因素較為復(fù)雜，它受加荷時的齡期、加荷應(yīng)力、水化程度等影響。

減水劑對徐變的影響也與使用減水劑的目的有關(guān)：當以增加和易性為目的時，摻減水劑的徐變與不摻的相當或略有增加；當以節(jié)約水泥為目的時，摻減水劑的徐變與不摻的相比略有減少或相當；而當以降低水灰比，提高強度為目的時，摻減水劑與不摻的徐變相比，明顯減小?？偟膩碚f，減水劑對徐變影響不大。

3.對抗?jié)B性能的影響

由于工作性的需要，混凝土的水灰比遠遠超過理論需水量。而這些過剩的水，一部分在未凝結(jié)之前就會泌出積聚在表面，另一部分在硬化過程中蒸發(fā)出去，而這些水最終都將在混凝土內(nèi)部形成孔隙。這些孔隙間由毛細孔連接相通，形成通道，使水和空氣很容易滲入，從而降低了抗?jié)B性。為了提高混凝土的質(zhì)量而摻用減水劑后，使混凝土水灰比降了下來，同時還引入少量氣泡。減水的結(jié)果必然提高了混凝土的密實性，而引入的氣泡阻斷了連通毛細管的通道，變開放孔為封閉孔，由此提高了混凝土的抗?jié)B性，

4.對抗凍融性的影響

混凝土抗凍融性能與水灰比和含氣量兩個基本因素有密切關(guān)系，主要是由于降低了水灰比，使存在于混凝土結(jié)構(gòu)中的游離水分減小。游離水分存在于混凝土毛細孔中。從物理學(xué)原理可知，毛細管越細，其中水溶液的冰點下降越大。游離水分的減少和毛細孔內(nèi)水分冰點下降均可減小凍融損失。endprint

5.鋼筋銹蝕與碳化

引起混凝土中鋼筋銹蝕的原因一般是屬于電化學(xué)腐蝕。主要是由于氯離子的存在而產(chǎn)生了原電池，造成了鋼筋銹蝕。減水劑的生產(chǎn)過程中，由于原材器料（如水、燒堿）含有氯，造成減水劑的產(chǎn)品含氯。試驗表明，當氯離子含量控制在1%以下，一般不增加鋼筋銹蝕程度。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和混凝土的碳化密切相關(guān)。硬化混凝土的表面長期曝露在空氣中，與空氣中CO2接觸，在一定的溫度和濕度下產(chǎn)生下列化學(xué)反應(yīng)：

Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2O

混凝土中的水化產(chǎn)物氫氧化鈣由于碳化成碳酸鈣而逐漸失去堿性。所謂混凝土碳化就是混凝土中的氫氧化鈣變成碳酸鈣，pH值由強堿性而變成中性。而混凝土中的鋼筋正是由于處于混凝土的強堿性環(huán)境中才不會銹蝕?；炷灵L期處于空氣中的結(jié)果，碳化作用開始發(fā)生在表面進而向混凝土內(nèi)部深入。雖然在混凝土逐漸碳化后還不會影響它的承載能力，但當碳化層深入到鋼筋部位后，混凝土就不能起到保護鋼筋的作用了。當混凝土pH值由原來的12.5降到pH<11.5時，在氧氣的存在下就能破壞鋼筋表面的鈍化膜。由于鋼筋中有雜質(zhì)及混凝土本身的不均勻性及各部位所處環(huán)境的不同，會產(chǎn)生電位差，就形成了局部的原電池作用，產(chǎn)生電流造成電化腐蝕。腐蝕反應(yīng)如下：

陽極：Fe Fe2++2e

陰極： O2 +H2O+2e 2（OH）-

生成：Fe2+ +2（OH）- Fe（OH）2

進一步反應(yīng)：4Fe（OH）2+O2+H2O 4Fe（OH）3

在空氣和一定溫度、濕度下鋼筋一步步地生銹，由于Fe（OH）2比Fe的體積大2～2.5倍，而且質(zhì)地疏松，形不成新的保護膜，就會逐步由外向內(nèi)銹蝕。當Fe（OH）3量不斷增大時就產(chǎn)生了膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致鋼筋外面混凝土保護層的開裂與脫落，反過來又加速鋼筋進一步銹蝕。鋼筋由于不斷的銹蝕就會使有效截面不斷減小，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力比設(shè)計要求的能力不斷減小，最終可能導(dǎo)致建筑物的破壞。當鋼筋處于應(yīng)力狀態(tài)下，鋼筋的銹蝕作用更快，造成破壞的危險性更大。

降低混凝土拌合時的水灰比是防止碳化深入的有效措施之一。減水劑的減水作用就能很好抑制碳化作用。試驗證明所有的減水劑均能減小碳化速度，如果再適當?shù)貜?fù)合一些鋼筋阻銹劑效果就更加明顯了。

參考文獻

[1] 田培、王玲.國家標準GB 8076-2008.混凝土外加劑.應(yīng)用指南[M].中國標準出版社，2009

[2] 陳斌.建筑材料.[M].重慶大學(xué)出版社，2008

_____________________

【文章編號】1006-2688（2017）07-0065-02

【作者簡介】裘亞達（1981-），男，浙江紹興人，研究方向：施工管理。endprint