淺談混凝土外加劑對(duì)混凝土收縮開裂的影響

劉燕 李磊 梁世高

武漢三源特種建材有限責(zé)任公司 湖北武漢 430080

混凝土是土木工程最主要的建筑材料。它具有經(jīng)久耐用、節(jié)省能源、價(jià)格低廉、耐火性好等優(yōu)點(diǎn)，但是混凝土并不是技術(shù)性能完善的材料，混凝土工程裂縫按成因可以分為四類：混凝土收縮變形約束裂縫、混凝土結(jié)構(gòu)受力裂縫、混凝土化學(xué)反應(yīng)脹裂、混凝土的塑態(tài)裂縫。其中收縮變形約束裂縫是在土木工程結(jié)構(gòu)中比較容易出現(xiàn)，且在現(xiàn)實(shí)問題中也比較多的一種。影響混凝土收縮開裂的因素有很多，外加劑就是其中重要的一項(xiàng)。

1 混凝土收縮變形約束裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土的收縮分為：塑性收縮、硬化型收縮、失水型收縮、碳化型收縮。隨著溫度、濕度的變化，混凝土要伴生脹縮變形，而收縮變形受到約束作用則伴生拉應(yīng)變和拉應(yīng)力，拉應(yīng)變或拉應(yīng)力超過混凝土的承受能力時(shí)即產(chǎn)生裂縫?；炷凉こ探Y(jié)構(gòu)在施工期間及而后在使用期中，其溫度、濕度出現(xiàn)升降變化并由此引發(fā)收縮變形的情況是常有的，而收縮變形受到來自外部、內(nèi)部的約束作用常也難免，但混凝土抗拉能力卻又很弱。所以，混凝土工程結(jié)構(gòu)是比較容易出現(xiàn)收縮裂縫的，現(xiàn)實(shí)問題也比較多。

2 混凝土外加劑

摻入不同特性的外加劑可以改善混凝土的性能，如和易性、強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性、凝結(jié)時(shí)間、早期或后期強(qiáng)度、粘性、防銹性、氣密性等。許多發(fā)達(dá)國家已將外加劑列為混凝土的第五種成分，因?yàn)樗梢詽M足人們對(duì)混凝土的不同性能的要求。外加劑按其功能可分為以下幾類：

（1）能改善新拌混凝土流動(dòng)性的外加劑，如減水劑、泵送劑、引氣劑。減水劑是指在新拌混凝土坍落度相同的條件下能減少拌合用水，或在不改變混凝土配合比條件下能增加其坍落度(和易性)的外加劑；引氣劑是一種摻入到混凝土中能引入一定量均勻分布的細(xì)小封閉氣泡的外加劑。

（2）能改變混凝土凝結(jié)時(shí)間和硬化速度的外加劑，如早強(qiáng)劑、速凝劑、緩凝劑等。

（3）能改變混凝土耐久性的外加劑，如引氣劑、防水劑、阻銹劑、減水劑、密實(shí)劑等。

（4）提供某些特殊性能的外加劑，如加氣劑、著色劑、養(yǎng)護(hù)劑和脫模劑等。

對(duì)具有一種以上功能的外加劑，則按某一種以上功能命名。如早強(qiáng)減水劑、緩凝減水劑等。

3 常見外加劑多混凝土收縮開裂的影響

混凝土收縮是指在混凝土初凝或硬化過程中出現(xiàn)的體積縮小的現(xiàn)象。一般分為塑性收縮、化學(xué)收縮、干燥收縮及碳化收縮。

3.1 減水劑對(duì)混凝土收縮性能的影響

減水劑的摻入對(duì)收縮開裂的影響可分為兩個(gè)方面。

如果裂縫是由塑性收縮引起的，則減水劑的摻入會(huì)使裂縫產(chǎn)生更嚴(yán)重。因?yàn)槠胀p水劑或緩凝減水劑可通過緩凝作用而增強(qiáng)塑性收縮，此時(shí)應(yīng)采取必要措施避免混凝土水分流失。如果裂縫產(chǎn)生是由于早期水化進(jìn)程加快，水化熱釋放加速，則理論上摻入減水劑可減少混凝土水泥用量，避免裂縫的所產(chǎn)生。但是實(shí)際中設(shè)計(jì)時(shí)還考慮了影響混凝土強(qiáng)度的各種因素，因此配合比設(shè)計(jì)值中水泥的用量一般偏大，所以實(shí)際上水泥用量并沒有減少。所以減水劑所造成的水灰比的降低并不能彌補(bǔ)高的水化熱給收縮帶來的不利影響。高水化熱特別容易使混凝土產(chǎn)生沁水，從而增加了混凝土的塑性收縮。因此，嚴(yán)格控制混凝土沁水，適當(dāng)控制減水劑用量，選擇水化熱較低的水泥，可以行之有效的減少混凝土收縮開裂[1]。

3.2 引氣劑對(duì)混凝土收縮性能的影響

引氣對(duì)混凝土的干縮沒有明顯的的影響，隨著水泥品種和引氣劑品種的不同，應(yīng)用引氣劑可能少許增加或減少混凝土的干縮。實(shí)際上，空氣含量的增加會(huì)使混凝土的干縮值有所增加，但引氣劑的減水作用又可以是干縮下降，因而可以認(rèn)為引氣劑基本不會(huì)引起混凝土干縮的變化。

摻入引氣劑后，會(huì)增加混凝土的徐變，這對(duì)增加混凝土的抗裂性十分有益。但采用質(zhì)量和性能較差的引氣劑或者無限制的增大摻用量，首先會(huì)使混凝土的強(qiáng)度降低，而且會(huì)混凝土的沁水量增大，水泥漿與骨料及鋼筋的粘結(jié)性能下降，大幅降低抗拉性能，從而使混凝土早期裂縫增加。所以適量且正確的使用引氣劑，對(duì)降低混凝土的收縮開裂具有重要作用。

3.3 緩凝劑對(duì)混凝土收縮性能的影響

在施工中，為了使混凝土坍落度損失較少，需大量使用緩凝劑。在高溫環(huán)境下施工，對(duì)混凝土適當(dāng)緩凝，也可以防止混凝土內(nèi)水化熱過高。緩凝劑對(duì)控制混凝土放熱，減少收縮也有利。緩凝劑可以使混凝土中的水化反應(yīng)變慢，水化物更均勻，是混凝土終凝強(qiáng)度增大。緩凝劑用量不宜過大。過多的緩凝劑使混凝土長期處于塑性狀態(tài)下，骨料在自重作用下極易沉降，增加了混凝土塑性收縮。塑性收縮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響是不均勻的，在所引起的拉應(yīng)力作用下，各方向體積變化的不同就會(huì)造成混凝土裂縫。因此，正確使用緩凝劑對(duì)減少混凝土塑性收縮，防止混凝土收縮開裂具有重要意義[2]。

3.4 膨脹劑對(duì)混凝土收縮性能的影響

摻用膨脹劑的作用是利用約束下的膨脹變形來補(bǔ)償收縮變形，將早期膨脹和結(jié)束濕養(yǎng)護(hù)后的收縮相迭加，從而避免混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的產(chǎn)生。而且有些膨脹劑還可以使混凝土的沁水率降低，這主要是因?yàn)榕蛎泟┬杷看?，早期水化速度快，體系黏度增大，進(jìn)而導(dǎo)致沁水率降低，使得混凝土塑性收縮減少。

但是，提到膨脹劑不得不提的是，由于膨脹劑產(chǎn)品的種種缺陷以及施工不當(dāng)，使用膨脹劑的工程事故較多。此時(shí)可以考慮使用減縮劑。減縮劑的主要作用機(jī)理是降低混凝土孔隙水的表面張力，從而減小毛細(xì)孔失水時(shí)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。另一方面，減縮劑增強(qiáng)了水分子在凝膠體中的吸附作用，進(jìn)一步減小混凝土的最終收縮值。

4 結(jié)語

總之，由于外加劑種類繁多，收縮開裂的原因也存在于方方面面，只有了解了各種外加劑對(duì)收縮開裂的影響，才能應(yīng)對(duì)實(shí)際中所遇到的各種情況，正確使用混凝土外加劑，從而減少混凝土收縮開裂，提高工程質(zhì)量。