滲透結(jié)晶型外加劑對混凝土力學(xué)性能影響研究★

李佳鵬 戚軼軒 李泓辛 趙子政 萬 濤 劉 瑤

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

混凝土作為傳統(tǒng)的建筑材料已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。然而，由于疲勞效應(yīng)、腐蝕效應(yīng)和老化等不利因素的影響，在使用過程中混凝土結(jié)構(gòu)不可避免地會產(chǎn)生微裂縫和局部損傷，且結(jié)構(gòu)在振動荷載、失水干縮、沉降和腐蝕介質(zhì)的作用下產(chǎn)生的開裂滲漏是不能預(yù)期的，嚴(yán)重影響混凝土的抗?jié)B性能以及耐久性。

因此，改善和增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性能對于提高混凝土的耐久性具有重要的意義。目前，具有自我診斷的智能自修復(fù)材料已成為新材料前沿的研究重點(diǎn)之一。國內(nèi)外的研究表明，摻有活性摻合料的混凝土破壞后其存在自愈合現(xiàn)象，目前對水泥基滲透結(jié)晶外加劑在工程應(yīng)用性研究比較多。為了研究摻入滲透結(jié)晶外加劑對混凝土力學(xué)性能的提高程度，本文探討了加入Penetron Admix外加劑對混凝土性能的影響效果。

1 外加劑的主要特性

1.1 滲透結(jié)晶外加劑的作用機(jī)理

水泥基滲透結(jié)晶型外加劑材料是一種環(huán)保安全的粉狀防水劑，穩(wěn)定性好，制備混凝土材料時直接加入能夠與水泥基體緊密結(jié)合，其活性化學(xué)物質(zhì)與混凝土中的Ca(OH)2、水等化學(xué)反應(yīng)生成不溶于水的晶體，填充、封堵毛細(xì)孔和收縮裂縫，從而起到抗?jié)B作用，改善整個基體結(jié)構(gòu)的致密性和整體性。

1.2 材料的性能指標(biāo)

水泥基滲透結(jié)晶型外加劑，主要礦物成分是由C3S，C2A，石英砂和多種活性成分配制而成的粉狀材料，在混凝土攪拌過程中加入，從而達(dá)到防水抗?jié)B的目的。主要性能指標(biāo)實測值見表1。

表1 水泥基滲透結(jié)晶型外加劑主要性能指標(biāo) %

2 試驗方案

2.1 配合比設(shè)計

按照混凝土強(qiáng)度等級C30進(jìn)行配合比設(shè)計，水灰比取0.45。取滲透結(jié)晶外加劑等質(zhì)量替代水泥的量分別為0.6%,0.8%,1%,1.2%進(jìn)行分析，最后確定最佳摻量1%。對應(yīng)的試驗試件用標(biāo)號P表示，對照混凝土的標(biāo)號用C來表示。按JGJ 55—2011普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程要求進(jìn)行配合比設(shè)計。兩種混合物配合比如表2所示。

表2 混合物配合比

2.2 滲透結(jié)晶混凝土的制備

試驗中所采用的原材料為：P.O42.5普通硅酸鹽水泥、天然河砂、連續(xù)級配碎石，粒徑5 mm～40 mm、普通自來水。本文僅按照滲透結(jié)晶外加劑摻量為1%情況下制備改性混凝土和對照混凝土，采用“干拌法”摻入Penetron Admix到混凝土試件中。

2.3 試驗方法

混凝土的力學(xué)性能試驗參照GB/T 50081—2019混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)測試方法進(jìn)行。抗壓和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗均采用邊長為100 mm的立方體試件模制，每種混凝土分別澆筑3組試件，對澆筑好的試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d后各取一半試件在液壓機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的試驗。每種混凝土制備3組試件，取3個測試試樣的平均值，數(shù)值精確到0.01 MPa。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果分析

對照混凝土試樣在壓縮破壞時表面出現(xiàn)了輕微的剝落現(xiàn)象，并且出現(xiàn)了微小的豎向裂縫，而摻有結(jié)晶外加劑的混凝土結(jié)構(gòu)表面未見脫落現(xiàn)象。表3給出兩種試驗試件的抗壓強(qiáng)度對比結(jié)果，對照混凝土試件的立方體抗壓強(qiáng)度為28.43 MPa，改性混凝土試件抗壓強(qiáng)度為30.17 MPa，摻了外加劑的改性混凝土試件抗壓強(qiáng)度相對于對照組強(qiáng)度提高約6%。試驗結(jié)果表明，在相同材料和配合比的情況下，混凝土中加入滲透結(jié)晶外加劑有利于提高混凝土的承載能力。

表3 各組混凝土抗壓強(qiáng)度

3.2 劈裂抗拉強(qiáng)度結(jié)果分析

表4給出兩種試驗試件的抗拉強(qiáng)度對比結(jié)果，對照混凝土試件的抗拉強(qiáng)度為1.41 MPa，改性混凝土試件抗拉強(qiáng)度為1.56 MPa，摻了外加劑的改性混凝土試件抗拉強(qiáng)度相對于對照組強(qiáng)度提高約10%?；炷恋目沽研阅芎艽蟪潭壬吓c抗拉強(qiáng)度有關(guān)，抗拉強(qiáng)度越高抗裂性能越好。從試驗結(jié)果可以看出，在相同材料和配合比的情況下，混凝土中加入滲透結(jié)晶外加劑有利于提高混凝土的抗裂性。

表4 各組混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度

4 結(jié)論

在混凝土中摻入滲透結(jié)晶型外加劑能夠增加混凝土的密實度，提高混凝土的強(qiáng)度。與對照混凝土相比，Penetron外加劑摻量為1%的混凝土試件平均抗壓強(qiáng)度提高6%，抗拉強(qiáng)度提高10%，并且隨著滲透結(jié)晶外加劑替代率的增加，混凝土28 d的抗壓強(qiáng)度基本呈遞增趨勢。分析其主要原因，水泥基滲透結(jié)晶型外加劑通過其含有的活性化學(xué)物質(zhì)與水泥凝膠材料之間發(fā)生結(jié)晶反應(yīng)，生成大量填充混凝土內(nèi)部空隙的結(jié)晶體，這就有效阻止了結(jié)構(gòu)微裂縫的展開，提高了混凝土的力學(xué)性能，也改善了混凝土的抗?jié)B性能，從而提高混凝土耐久性。