新型既有混凝土增強(qiáng)劑的研究

李 曉 峰

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

新型既有混凝土增強(qiáng)劑的研究

李 曉 峰

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

在混凝土水化理論基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)早期養(yǎng)護(hù)存在問(wèn)題的混凝土采用堿激發(fā)、滲透、促?gòu)?qiáng)、保濕處理等方法，提高抗壓強(qiáng)度，從而研發(fā)出一種能夠促進(jìn)既有混凝土二次水化的新型增強(qiáng)型外加劑，為既有老舊混凝土強(qiáng)度不足提供了一條行之有效的途徑。

混凝土，二次水化，增強(qiáng)劑，抗壓強(qiáng)度

0 引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化社會(huì)的進(jìn)步，作為城市、交通、水利、農(nóng)業(yè)建設(shè)主要材料的混凝土也越來(lái)越被社會(huì)普遍接受，混凝土使用量巨大，2016年全國(guó)混凝土外加劑使用量約為200億t，混凝土方量約為20 000億m3，混凝土使用量成為世界第一。但我國(guó)邊疆廣闊、氣候變化較大、砂石骨料及水泥質(zhì)量參差不齊、施工水平更是存在很多問(wèn)題，隨之帶來(lái)的混凝土質(zhì)量問(wèn)題不得不令人擔(dān)憂，尤其是我國(guó)北方地區(qū)早晚溫差較大、風(fēng)砂天氣較多、冬季養(yǎng)護(hù)難等問(wèn)題突出，由之產(chǎn)生的混凝土早期開裂、強(qiáng)度偏低等工程質(zhì)量問(wèn)題更是令眾多混凝土工作者困惑，后期即使采用辦法也基本上難以讓混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，只能采用各類加固補(bǔ)強(qiáng)手段來(lái)保證混凝土結(jié)構(gòu)的安全，不僅費(fèi)力費(fèi)事，也很難從根本上解決混凝土強(qiáng)度不足帶來(lái)的混凝土耐久性的難題。尋求一種能促進(jìn)既有混凝土二次水化，提高抗壓強(qiáng)度的混凝土增強(qiáng)劑成為必然，本文在混凝土水化理論的基礎(chǔ)上，通過(guò)滲透、促?gòu)?qiáng)、保濕的方法把飽和石灰水帶入混凝土內(nèi)部，在保證濕度的情況下，使混凝土產(chǎn)生二次水化，以達(dá)到提高強(qiáng)度的目的。

1 機(jī)理研究

1.1 水泥水化機(jī)理分析

水泥主要由硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁四鈣組成，硅酸三鈣和硅酸二鈣占到水泥的50%～90%，為水泥的很重要的組分，水泥的水化是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，水泥水化過(guò)程中遇到水發(fā)生水解或發(fā)生水化反應(yīng)，放出熱量，鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣反應(yīng)較快，硅酸三鈣、硅酸二鈣相對(duì)較慢，但硅酸三鈣、硅酸二鈣對(duì)水泥強(qiáng)度的增長(zhǎng)貢獻(xiàn)較大，主要反應(yīng)在硅酸三鈣遇水水化產(chǎn)生硅酸鈣凝膠同時(shí)釋放出氫氧化鈣晶體，水化硅酸鈣即硅酸鈣水化產(chǎn)物，化學(xué)方式是xCaO·ySiO2·nH2O，簡(jiǎn)寫為C-S-H，其按一定的靠多種引力相互搭接和聯(lián)結(jié)形成水泥石的結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生強(qiáng)度，而產(chǎn)生的氫氧化鈣再次參加水化生成C-S-H釋放出氫氧化鈣，水泥的水化就是一個(gè)水解—凝結(jié)—硬化的過(guò)程，溫度的提高會(huì)加速水泥的水化，同時(shí)氫氧化鈣在其中作為液相的主要成分是水泥水化必不可少的組分。

1.2 增強(qiáng)劑機(jī)理分析

該增強(qiáng)劑主要由飽和石灰水為主要介質(zhì)，通過(guò)添加擴(kuò)散滲透劑將飽和石灰水帶入混凝土內(nèi)部，促?gòu)?qiáng)劑通過(guò)其分子上的N鍵來(lái)加速水化，葡萄糖酸鈉主要作為一種混凝土保濕劑來(lái)吸附空氣中的水分以增加混凝土表面濕度，而對(duì)于聚羧酸鹽減水劑來(lái)說(shuō)主要配合滲透擴(kuò)散劑來(lái)使水泥用最少的用水量產(chǎn)生水化反應(yīng)。隨著溫度的提高，該增強(qiáng)劑的效果會(huì)更明顯，為保證水泥的水化連續(xù)性，應(yīng)該做好不間斷的混凝土養(yǎng)護(hù)。

2 試驗(yàn)研究

混凝土早期如因溫度較低或混凝土中液相的缺失都會(huì)引起水泥水化的減弱或停止，同時(shí)引起混凝土收縮裂縫，所以加強(qiáng)混凝土早期保溫保濕的養(yǎng)護(hù)措施是不可缺失的，但因一些特殊原因或質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)引起的混凝土早期養(yǎng)生不好問(wèn)題卻普遍存在，尤其是一些豎向構(gòu)件和薄構(gòu)件因其養(yǎng)護(hù)難度與容易受環(huán)境影響出現(xiàn)的強(qiáng)度降低問(wèn)題較為嚴(yán)重。

本次研究采用試驗(yàn)室與工地現(xiàn)場(chǎng)相結(jié)合的方法，試驗(yàn)室通過(guò)做試驗(yàn)墻，對(duì)C35混凝土展開比對(duì)研究混凝土脫模后不進(jìn)行保溫及灑水養(yǎng)護(hù)，分兩組各鉆芯取樣15個(gè)，一組測(cè)定其60 d混凝土實(shí)際強(qiáng)度，另一組放在配制好的增強(qiáng)劑中在85 ℃煮72 h，測(cè)定其煮后強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)墻進(jìn)行增強(qiáng)劑的有效涂刷測(cè)定其涂刷15 d,30 d后強(qiáng)度，從而對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在此同時(shí)對(duì)山西省四個(gè)地市出現(xiàn)的早期養(yǎng)護(hù)缺失混凝土進(jìn)行前后對(duì)比試驗(yàn)研究，考核其強(qiáng)度增長(zhǎng)情況。

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)墻的原材料選用：骨料采用太原柴村生產(chǎn)的5 mm～25 mm連 續(xù)級(jí)配石灰石碎石和呂梁交城龐泉溝所生產(chǎn)的細(xì)度模數(shù)為2.8的機(jī)制砂，石粉含量9%，亞甲藍(lán)MB值0.75，水泥為陽(yáng)泉冀東水泥股份有限公司產(chǎn)P.O42.5級(jí)水泥，粉煤灰為太原一電廠Ⅱ粉煤灰，礦粉采用中科礦粉廠S95礦粉，外加劑采用山西華凱偉業(yè)科技有限公司TJ-9型聚羧酸鹽高性能減水劑，拌合用水采用飲用水，各種材料均符合國(guó)家相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)配合比如表1所示。

表1 C35混凝土試驗(yàn)配合比 kg

增強(qiáng)劑的配制：古交產(chǎn)熟石灰溶于水后取其上部飽和石灰水1 000 kg，加入自產(chǎn)滲透劑∶自產(chǎn)促?gòu)?qiáng)劑∶葡萄糖酸鈉∶減水劑為5 kg∶5 kg∶1.5 kg∶3 kg，室溫下放置48 h后使用。

試驗(yàn)墻厚200 mm，面積40 m2，C35混凝土為中旺攪拌站按照試驗(yàn)室要求配制生產(chǎn)，泵送分層澆筑，振搗棒振搗，澆筑時(shí)間2016年4月06日，場(chǎng)地：室外露天，溫度11 ℃～19 ℃，試驗(yàn)日期2016年6月5日，溫度13 ℃～25 ℃，增強(qiáng)劑涂刷開始日期2016年6月7日，結(jié)束時(shí)間為2016年7月7日，前7天不間斷涂刷，以保證墻面濕潤(rùn)，其余為白天不間斷涂刷，夜間塑料薄膜覆蓋保水養(yǎng)護(hù)，期間發(fā)現(xiàn)最初試驗(yàn)墻吸水量大，涂刷間隔時(shí)間10 min，后期吸水量逐漸減小，30 d鉆芯取樣時(shí)涂刷次數(shù)基本保持在15次/d，芯樣直徑為100 mm，芯樣檢測(cè)前通過(guò)切割、烘干、硫磺膠泥補(bǔ)平處理，各檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 試驗(yàn)墻各類鉆芯取樣強(qiáng)度結(jié)果 MPa

表3 實(shí)際工程混凝土強(qiáng)度提高結(jié)果 MPa

2.2 試驗(yàn)分析

由表1,表2數(shù)據(jù)可以看出，該增強(qiáng)劑后效果明顯，且隨著涂刷時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度在逐漸提高，早期強(qiáng)度增加速度高于后期，在早期該增強(qiáng)劑由混凝土表面開始水化，逐漸地進(jìn)入混凝土內(nèi)部，C35混凝土的抗?jié)B等級(jí)約為P6，在進(jìn)入混凝土內(nèi)部時(shí)，難度越來(lái)越大，混凝土內(nèi)部能促使混凝土水化的Ca(OH)2也在減少，隨之而來(lái)的增強(qiáng)效果也變得越來(lái)越慢，所以該增強(qiáng)劑做好初期涂刷工藝是有必要的，同時(shí)如條件允許可延長(zhǎng)混凝土增強(qiáng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。通過(guò)對(duì)85 ℃煮養(yǎng)72 h的結(jié)果與未處理混凝土結(jié)果比較來(lái)看，在高溫下增強(qiáng)劑擴(kuò)散進(jìn)入混凝土內(nèi)部的能力有了顯著的增強(qiáng)，在72 h后增強(qiáng)劑已完全進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，且在高溫下混凝土的水化在潮濕環(huán)境下也得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，增強(qiáng)效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

為確定在實(shí)際工程中的應(yīng)用情況，本研究在山西省轄區(qū)內(nèi)選取4項(xiàng)早期養(yǎng)護(hù)存在問(wèn)題的工程進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用比對(duì)試驗(yàn)，為具有代表性分別選取2項(xiàng)橋梁工程的橋墩和2項(xiàng)民用建筑的剪力墻進(jìn)行了90 d試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3，由表3可見，該增強(qiáng)劑在實(shí)際應(yīng)用中也確實(shí)能夠提高早期養(yǎng)護(hù)引起的混凝土強(qiáng)度問(wèn)題，對(duì)解決實(shí)際問(wèn)題有效，對(duì)民用建筑剪力墻混凝土來(lái)說(shuō)，本身混凝土構(gòu)件厚度約在200 mm厚，混凝土增強(qiáng)劑通過(guò)雙面涂刷，進(jìn)入混凝土內(nèi)部速度要快于橋梁中橋墩的速度，另外混凝土本身強(qiáng)度等級(jí)為C30，屬于普通混凝土，增強(qiáng)效果好于橋梁橋墩的混凝土，所以在實(shí)際增強(qiáng)中混凝土體積小的混凝土構(gòu)件好于混凝土構(gòu)件體積大的混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)低的混凝土構(gòu)件好于混凝土強(qiáng)度等級(jí)高的混凝土構(gòu)件。

該增強(qiáng)劑主要以飽和石灰水為主要介質(zhì)，通過(guò)添加擴(kuò)散滲透劑將飽和石灰水帶入混凝土內(nèi)部，促?gòu)?qiáng)劑通過(guò)其分子上的N鍵來(lái)加速水化，葡萄糖酸鈉主要作為一種混凝土保濕劑來(lái)吸附空氣中的水分以增加混凝土表面濕度，而對(duì)于聚羧酸鹽減水劑來(lái)說(shuō)主要配合滲透擴(kuò)散劑來(lái)使水泥用最少的用水量產(chǎn)生水化反應(yīng)。隨著溫度的提高，該增強(qiáng)劑的效果會(huì)更明顯，為保證水泥的水化連續(xù)性，應(yīng)該做好不間斷的混凝土養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

混凝土早期養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致的混凝土強(qiáng)度偏低現(xiàn)象普遍存在，使用該由飽和石灰水、滲透劑、促?gòu)?qiáng)劑、葡萄糖酸鈉、減水劑組成的既有建筑混凝土增強(qiáng)劑,能夠從混凝土本身來(lái)提高混凝土強(qiáng)度，是一種節(jié)約能源、穩(wěn)定可靠混凝土增強(qiáng)技術(shù)，既保證了混凝土強(qiáng)度，又保證了混凝土的耐久性，是一種行之有效的辦法。應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)在使用中要考慮混凝土抗壓強(qiáng)度低的原因，如是混凝土膠凝材料本身不足引起的混凝土強(qiáng)度不足問(wèn)題，本方法不適用，僅有改善作用。

2)強(qiáng)度等級(jí)低的混凝土增強(qiáng)效果比較明顯，混凝土構(gòu)件體積小優(yōu)于混凝土構(gòu)件大的增強(qiáng)效果。

3)通過(guò)涂刷該增強(qiáng)劑來(lái)提高建筑物構(gòu)件混凝土強(qiáng)度時(shí)的最佳季節(jié)應(yīng)選擇環(huán)境溫度較高的夏季，同時(shí)要兼顧混凝土早期來(lái)處理混凝土強(qiáng)度，在齡期太長(zhǎng)的混凝土構(gòu)件上提高混凝土強(qiáng)度，效果會(huì)降低。

Researchonenhancerofnewexistingconcrete

LiXiaofeng

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

Based on the theory of concrete hydration, a new enhanced admixture that can promote the secondary hydration of existing concrete is developed to improve the compressive strength by treating the early concrete with the problem of maintenance using alkali excitation, infiltration, promoting strength and moisturizing treatment. This new enhanced admixture provides an effective way in order to enhance the existing strength of the aging concrete.

concrete, secondary hydration, enhancer, compressive strength

TU528.042

：A

1009-6825(2017)24-0115-02

2017-06-13

李曉峰(1974- ),男，工程師