常用外加劑對混凝土抗折強度的影響

徐海銘 ，梁旭之 ，陳 偉

（1.四川高速公路建設開發(fā)集團有限公司，四川成都 610000；2.貴州省遵義市公路局，貴州遵義 563000；3.云南大永高速公路建設指揮部，云南大理 671000）

0 引言

近年來，交通運輸行業(yè)的重載、大流量成為常態(tài)，導致路面過早產(chǎn)生破壞，這對混凝土路面抗折強度提出了更高要求，因此如何提高混凝土抗折強度成為亟需解決的問題?；炷量拐蹚姸戎饕Q于水泥砂漿和粗集料兩相結(jié)合的界面過渡區(qū)[1]，因為在水化早期該區(qū)域的水泥浮漿水灰比較大，密實度較小，裂縫往往沿著界面過渡區(qū)發(fā)展。除原材料、配合比、施工工藝等影響外，外加劑對于混凝土的抗折強度影響也很大[2]，因此深入總結(jié)外加劑對于混凝土抗折強度的影響具有重要意義。

1 常用外加劑對混凝土抗折強度影響

1.1 減水劑對于混凝土抗折強度的影響

減水劑通過破壞水泥漿體的絮凝結(jié)構(gòu)，大幅降低拌和所需用水，從而降低混凝土水灰比，增加其抗折強度。周云[3]對比了不同摻量下木鈣類、萘系類和聚羧酸減水劑對于混凝土抗折強度的影響規(guī)律，結(jié)果表明，僅從抗折強度大小變化而言，三種減水劑增強作用按順序依次為：木鈣類、萘系類和聚羧酸減水劑，但是考慮混凝土的工作性之后，聚羧酸減水劑的效果最好，泌水狀況也得到改善。Jhatial[4]細致探討三種減水劑（BASF Rheobuild 850、561、858）不同摻量下對混凝土抗折強度的影響，結(jié)果表明減水劑對混凝土的抗折強度起著有利作用。劉斯鳳[5]測試了不同種類減水劑過摻后C30 混凝土28d 的抗折強度，發(fā)現(xiàn)萘系減水劑過摻會導致混凝土試塊28d 抗折強度降低約16.2%，這可能是由于萘系減水劑中含有硫酸鈉，在后期可能產(chǎn)生結(jié)晶析出影響混凝土強度。

1.2 早強劑對于混凝土抗折強度的影響

早強劑一般分為無機鹽類、有機鹽類與復合型三種，旨在加速水泥水化進程，提高混凝土的早期強度而不對混凝土的后期強度產(chǎn)生過大影響，滿足工程實際需要。馬建斌[6]通過抗折強度試驗確定了甲酸鈣和乙酸鈣對水泥砂漿的早期抗折強度影響，結(jié)果表明兩種外加劑最佳摻量分別為1%和0.5%，超過這個摻量其抗折強度反而會下降。葉東忠[7]探討了3 種不同早強劑對水泥膠砂的早強效果，發(fā)現(xiàn)其增強效果從大到小依次為：硫酸鈉、氯化鈣、三乙醇胺，水泥膠砂試樣的3d 抗壓強度在摻3%硫酸鈉時最高，比空白組提高了35%。他還利用掃描電鏡觀察了水泥膠砂水化1d 的微觀結(jié)構(gòu)圖，發(fā)現(xiàn)摻加早強劑的水泥砂漿硬化后結(jié)構(gòu)致密，提高了水泥膠砂的早期強度。復合型早強劑可以揚長避短，是未來早強劑發(fā)展的方向。羅麒[8]通過SEM、TG 和XRD 等手段研究了復合早強劑對封孔水泥3d 抗折強度的影響，結(jié)果表明加入復合早強劑后，3d 齡期的水泥凈漿均出現(xiàn)大量棒狀鈣礬石晶體，提高了水泥凈漿的強度。目前，雖然很多復合型早強劑都有不錯的效果，但仍要注意避免傳統(tǒng)早強劑各自不利的一面對混凝土性能產(chǎn)生影響。

1.3 緩凝劑對于混凝土抗折強度的影響

緩凝劑是一種常見的水泥添加劑，其作用為延長水泥凝結(jié)時間、降低早期水化熱，從而提高施工效率，且不會對混凝土的長期性能產(chǎn)生不利影響。Zha L[9]研究了糖類緩凝劑對C3S 和OPC水化的影響，結(jié)果表明糖類緩凝劑抑制了第二階段水化，加速了第三階段水化，因此混凝土強度前期會降低，但是后期強度幾乎不受影響，這是因為緩凝劑的存在使水泥水化更充分、水化產(chǎn)物分布更均勻。段永輝[11]通過實驗觀察了摻適量緩凝劑的混凝土前中期力學性能，摻加0.7%檸檬酸緩凝劑的早期抗折強度比未摻的要低66.0%，但是當齡期達到3d 時，摻加緩凝劑的混凝土抗折強度增長迅速，反超了空白對照組，且28d 后的抗折強度保持高于未摻緩凝劑的混凝土。但是，過量的緩凝劑則會導致水泥得不到充分水化，這樣混凝土的抗折強度不僅前期會降低，中后期也會受到影響。段永輝[11]在實驗中觀察到混凝土的抗折強度隨著緩凝劑的摻量增大呈現(xiàn)先增大后減小的狀態(tài)，因此提出碳纖維緩凝劑摻量應在0.2%以下，棉纖維緩凝劑摻量應在0.05%以下。

1.4 引氣劑對于混凝土抗折強度的影響

引氣劑能在混凝土拌和過程中引入大量均勻、密閉、穩(wěn)定的氣泡，提高混凝土的勻質(zhì)性，從而改善混凝土拌合物的性能。關于引氣劑對混凝土抗折強度的影響，相關研究結(jié)果出現(xiàn)兩種結(jié)論[12]：①隨著含氣量的增大，混凝土抗折強度會呈下降趨勢；②抗折強度隨含氣量的變化有先增大、后減小的過程，即含氣量在3%～5%的時候抗折強度最高。這可能與混凝土的水灰比與強度有關，水灰比較低、抗折強度較高時，增大含氣量對界面過渡區(qū)功能改善不明顯，反而可能使水泥漿體有效斷面減小，強度降低。

即使混凝土抗折強度會隨著含氣量的升高先增大后減小，但相比于素混凝土是提高的。這是因為在含氣量為3%～5%時，氣泡的存在使水泥漿總體積增大，離析和泌水減少，混凝土均勻性提高，從而提高混凝土抗折強度。

1.5 抗折劑對于混凝土抗折強度的影響

抗折劑是一種溶解度較低的化學物質(zhì)，能與水泥和水共同作用，生成許多纖維狀的物質(zhì)，在微觀上改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高水泥石的抗彎拉強度和水泥石與骨料的界面粘接強度。黃利頻[13]研究了3 種抗折劑對混凝土的抗折強度影響，結(jié)果表明，抗折劑是一種集減水、早強、提高韌性等多功能為一體的新型復合外加劑，其不僅對28d 抗折強度提高顯著，最高可達8.68MPa，還能降低水泥用量，使早期開裂趨勢大大降低；而對早期抗折強度作用明顯的抗折劑能使7d 抗折強度就符合設計要求，縮短養(yǎng)護周期，能夠盡早開放交通。黎霞[14]對抗折劑摻量對混凝土抗折強度影響規(guī)律進行研究，發(fā)現(xiàn)隨著抗折劑摻量的增加，混凝土的抗折強度出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，并且摻入抗折劑的混凝土強度都高于不摻抗折劑的混凝土。還觀察了摻加抗折劑混凝土的試件破壞特征，分析可知，普通混凝土破壞時，裂縫呈直線發(fā)展；而摻加抗折劑混凝土的裂縫為呈斜線發(fā)展，且主裂縫周圍出現(xiàn)許多細微的小裂縫，這說明抗折劑不僅改變了混凝土內(nèi)部的受力環(huán)境，而且使混凝土的破壞成為混凝土材料整體的內(nèi)部破壞，提高了混凝土的抗折強度。

2 總結(jié)與展望

縱觀國內(nèi)外幾種常見外加劑對混凝土抗折強度的影響綜述可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段的研究成果主要包括：

（1）減水劑、早強劑與引氣劑對于混凝土的早期抗折強度是有利的，但是對于中長期抗折強度則要視具體外加劑種類而定；適量緩凝劑的加入會混凝土早期抗折強度降低，但是28d 左右混凝土抗折強度便會趕上甚至超越空白對照組。

（2）對于水灰比較大，強度較低的混凝土，其抗折強度隨引氣劑的加入出現(xiàn)先增后減的情況；而水灰比較低、混凝土強度較高的時候，引氣劑的加入可能對改善混凝土抗折強度不明顯。

（3）一般而言，減水劑的過摻對混凝土長期抗折強度影響不大，但是萘系減水劑過摻會使混凝土抗折強度降低。緩凝劑過摻則會導致水泥水化不充分，混凝土抗折強度降低。

（4）混凝土外加劑開發(fā)及應用是朝著更加新型、復合、高效的方向發(fā)展，例如早強減水劑、緩凝減水劑或雙組分復合型超緩凝劑等，這樣可以利用某一種外加劑或外摻材料的優(yōu)點補足另一種外加劑的短板，實踐證明有著良好的成效。