礦物外加劑對混凝土收縮開裂的影響研究

崔源

摘要：在工程項(xiàng)目的建設(shè)當(dāng)中，混凝土屬于一種比較常見以及重要的建筑材料，如果混凝土出現(xiàn)收縮開裂的情況，會對結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及項(xiàng)目建設(shè)造成非常嚴(yán)重的影響。本篇文章主要對礦物外加劑下混凝土的具體收縮開裂情況進(jìn)行簡單地介紹，希望可以給大家?guī)ヒ恍﹩l(fā)。

關(guān)鍵詞：外加劑;混凝土;收縮開裂;礦物外加劑

引言

想要對混凝土當(dāng)中的耐久性實(shí)施研究，就需要對完成混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中抗氯離子滲透性的具體研究。尤其是一些沿海地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)，其在使用的過程當(dāng)中會長時(shí)間的遭受氯離子的具體滲透破壞，最終會使得鋼筋出現(xiàn)銹蝕的情況，這樣以來建筑物的結(jié)構(gòu)就會過早的破壞，最終大大的縮短相應(yīng)的使用年限。

1相關(guān)概述

混凝土收縮以及開裂會對高性能混凝土的制備造成較大的影響，其一直都屬于技術(shù)瓶頸。如果混凝土處于比較自由的狀態(tài)，是不會出現(xiàn)開裂情況的。但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，一定會出現(xiàn)對混凝土的約束情況，這一點(diǎn)是不可避免的。在約束狀態(tài)之下，混凝土的內(nèi)部會出現(xiàn)拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力和自身的抗拉強(qiáng)度相比較較大時(shí)，那么就會出現(xiàn)一定的裂縫。通過研究可以表明，混凝土裂縫在早期階段非常的容易出現(xiàn)。在混凝土的早期階段，其會不斷的硬化，其強(qiáng)度也會不斷的增加，與此同時(shí)，彈性模量也會得到增加，這樣就會造成混凝土的微小收縮也會出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力。比如：彈性模量在發(fā)展速率方面會大于混凝土的強(qiáng)度方面，這樣就會容易造成開裂的問題。因此，為了對混凝土開裂的情況進(jìn)行防止，非常多的學(xué)者建議在混凝土當(dāng)中加入相應(yīng)的減縮劑，膨脹劑、礦物摻合料以及聚丙烯纖維等原料，認(rèn)為這樣會使得裂縫的問題得到解決。但是縱觀實(shí)際情況，在加入這些摻和料之后，混凝土的開裂情況會大大的加速。與此同時(shí)，按照相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)加入粉煤灰可以使得自收縮得到降低，這樣可以強(qiáng)化混凝土的強(qiáng)度[1]。

2礦物外加劑對混凝土收縮開裂的影響分析

傳統(tǒng)的礦物外加劑包含非常多的種類，主要為：天然類、工業(yè)廢料以及人工類等，其作用機(jī)理主要包含：填充密實(shí)效應(yīng)、火山灰效應(yīng)、界面效應(yīng)以及增塑效應(yīng)等，近些年來，通過不斷的研究，發(fā)現(xiàn)把納米技術(shù)更好的運(yùn)用在混凝土的礦物外加劑當(dāng)中，具備比較良好的作用，可以改善混凝土的具體堆積效果，釋放一些比較多余的自由水，使得顆粒的水膜層厚度得到提高。除此之外，納米材料具備高化學(xué)活性以及催化活性，可以對其以及水化產(chǎn)物進(jìn)行促進(jìn)，進(jìn)而產(chǎn)生大量的結(jié)合，與此同時(shí)，把納米礦物外加劑當(dāng)作晶核，可以在其顆粒表面更好的形成相應(yīng)的水化硅酸鈣凝膠相，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米礦物外加劑為核心的具體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣可以對C-S-H膠凝結(jié)構(gòu)實(shí)施相應(yīng)的改善，密度較高的C-S-H凝膠可以取代低密度的C-S-H凝膠，從而使得水泥基復(fù)合材料的具體流變性能以及力學(xué)性能得到改善，進(jìn)而達(dá)到功能疊加以及活性互補(bǔ)的作用，混凝土將會具備超高的性能化。除此之外，可以更好的實(shí)現(xiàn)低水膠比混凝土收縮歷程以及相應(yīng)的礦物外加劑膨脹調(diào)控歷程之間相互的適應(yīng)，保障全過程收縮變形可以在普通混凝土水平當(dāng)中得到控制。這種新型的納米礦物外加劑在軍工、高鐵以及橋梁等非常多的工程當(dāng)中都得到了較好的應(yīng)用，并且對超高性能混凝土的具體規(guī)?；约俺Ｒ?guī)化制備與應(yīng)用起到了推動(dòng)的作用，引領(lǐng)了行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展?；炷镣饧觿┰诂F(xiàn)階段對其精細(xì)設(shè)計(jì)以及高技術(shù)等實(shí)施了改進(jìn)，保障混凝土由之前的高性能更好的轉(zhuǎn)向超高性能[2]。

3礦物外加劑使用下混凝土收縮開裂預(yù)防措施

3.1科學(xué)進(jìn)行外加劑的應(yīng)用

在單摻方式下，分別在混凝土中加入粉煤灰、礦粉和硅灰，可以看到在加入粉煤灰和礦粉后，裂縫的寬度都在逐步下降，而在加入硅灰中，其裂縫的寬度卻在逐步上升。造成該原因主要是因?yàn)楣杌冶缺砻娣e大，在加入硅灰后，會加速水化速度，從而增加混凝土收縮。而在復(fù)摻條件下，加入粉煤灰、礦粉和硅灰后，可以看出，當(dāng)三者比例加起來在45%的時(shí)候，其裂縫總寬度最小，并且為空白混凝土的60%。由此可以看出，通過復(fù)合的方式在降低混凝土開裂中具有明顯效果。同時(shí)在單摻條件下，粉煤灰可有效降低混凝土的自收縮。但是與三元復(fù)合的條件下相比，其自收縮要明顯減少。如在45%的比例條件下其自收縮降低31%，而在相同條件下，單純采用粉煤灰對砂漿的自收縮只有13%。由此可以看出復(fù)摻下三元復(fù)合對降低混凝土的自收縮要優(yōu)于單摻下的自收縮。另外，摻礦物外加劑混凝土的總開裂面積與砂漿的自收縮存在顯著相關(guān)性。因此，砂漿的自收縮是影響混凝土開裂的一個(gè)重要因素。要減少混凝土的開裂問題，可降低砂漿的自收縮出發(fā)。

3.2做好溫度控制

為滿足現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)對混凝土材料提出的高要求，現(xiàn)代混凝土材料常需要在水泥、砂、石和水之外，添加其他膠凝組份和功能組份等，膠凝體系的水化特性一直是混凝土研究的重點(diǎn)，已有不少文獻(xiàn)研究了水泥、礦物摻合料復(fù)合體系的水化。做好溫度管理有一下優(yōu)勢，第一，復(fù)合膠凝體系的水化放熱速率峰值隨溫度的升高而增大，隨礦物外加劑的摻入而減小。相對于粉煤灰和礦渣，硫鋁酸鹽型膨脹劑和納米二氧化硅的摻入可明顯縮短誘導(dǎo)期，促進(jìn)水化放熱峰提早出現(xiàn)，并一定程度上增大放熱速率峰值。第二，復(fù)合膠凝體系水化成核速率與核生長速率均隨溫度升高近似呈線性增長，相比于水化產(chǎn)物的生長速率，成核速率受礦物外加劑的影響更大。粉煤灰、礦渣等礦物外加劑可加速水化產(chǎn)物的成核速率，但會降低其生長速率，其中膨脹劑和納米硅的促進(jìn)作用更為顯著。對于低溫條件以及摻礦物外加劑體系的模擬結(jié)果精度較差。這進(jìn)一步證實(shí)了環(huán)境溫度、礦物外加劑對水泥水化動(dòng)力學(xué)行為與機(jī)制的重要影響。

3.3減縮劑和聚丙烯纖維的應(yīng)用

減縮劑和聚丙烯纖維能有效抑制砂漿收縮和降低混凝土總開裂面積，提高混凝土抗裂性能。減縮劑主要大幅降低混凝土裂縫根數(shù)，而聚丙烯纖維能顯著降低裂縫寬度。減縮劑摻量在0.6%～1.2%范圍，砂漿的收縮和混凝土的總開裂面積隨摻量增加而降低，抗壓強(qiáng)度隨摻量增加顯著降低。聚丙烯纖維的長度對砂漿收縮和混凝土總開裂面積影響相對較小，但對裂縫寬度影響較大，纖維長度為粗集料最大粒徑的3/5時(shí)，混凝土抗裂性能最佳。聚丙烯纖維摻量較低（0.6Kg/m3）時(shí)，纖維對收縮和開裂的抑制效果不明顯，隨摻量增加（0.9Kg/m3～1.2Kg/m3），混凝土抗裂性能顯著提高?；炷量傞_裂面積與砂漿收縮的相關(guān)性分析表明，減縮劑降低收縮是減縮劑抑制混凝土開裂的主要原因，而聚丙烯纖維抑制混凝土開裂的主導(dǎo)因素不是降低收縮。

結(jié)語

總之，單摻以及復(fù)摻條件下對混凝土的開裂性能以及收縮性能具備較大的影響，在復(fù)摻的具體條件下，可以對混凝土的開裂問題進(jìn)行大大的改善。與此同時(shí)在復(fù)摻條件之下，可以使得砂漿的自收縮大大的降低，從而可以使得混凝土的開裂情況減少。新拌性能以及收縮變形屬于目前實(shí)現(xiàn)混凝土高性能化的一個(gè)主要問題，未來需要大力的引導(dǎo)混凝土功能材料的具體原創(chuàng)性研究，重視分子構(gòu)效的設(shè)計(jì)，使得礦物外加劑下的具體混凝土開裂問題得到更好的解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭捷菲，劉國建，秦鴻根，崔東霞.功能外加劑對混凝土長期耐久性的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2014，08：2047-2051.

[2]杜文龍，梁鴻，周天平，曹前鋒.水灰比及外加劑對混凝土抗凍性能的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，05：129-131.