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外加劑和摻合料對混凝土強度和耐久性的影響

2016-06-20 10:00:35

歐鵬 轉

摘要:外加劑和摻合料是現代混凝土不可缺少的組成部分,但外加劑和摻合料的種類較多,性能各異,若使用不當,會影響混凝土強度和耐久性。本文闡述了常用外加劑和摻合料的性能及對混凝土強度、耐久性的影響,以期對相關技術人員提供參考。


        0引言

水泥混凝土是由水泥、粗骨料、細骨料、水四種基本成分組成。隨著混凝土技術的發展,外加劑和摻合料已經成為混凝土的第五、第六組成部分。但外加劑和摻合料的種類繁多,在混凝土中的作用也各個不同,因此,正確使用外加劑和摻合料對混凝土的強度和耐久性非常重要。

1外加劑對混凝土強度和耐久性的影響

外加劑是混凝土的第五組分,摻入外加劑可改善混凝土的工作性、提高混凝土強度和耐久性,混凝土外加劑的特點是品種多、摻量小,對混凝土性能影響較大。下面以常用的減水劑、早強劑、緩凝劑和引氣劑為例,介紹其對混凝土強度及耐久性的影響。

首先以減水劑為例,介紹其對混凝土強度和耐久性的影響機理。

由于施工性的需要,混凝土的實際用水量遠遠超過理論需水量,過剩的水會從混凝土內部蒸發出去,形成毛細管的通道,使水、空氣及有害物質容易滲入,降低其抗滲性。加入減水劑后,使用水量大大降低,毛細管道減少,從而增強混凝土的密實性,提高強度。同時,外加劑的加入,引入了許多細小的閉口孔隙,阻斷了毛細管通道,使水、空氣和有害雜質很難滲入,從而提高了混凝土的長期性能及耐久性能。

混凝土外加劑的應用促進了混凝土技術的飛躍發展,給混凝土工程帶來發了不可估量的經濟效益。隨著外加劑在混凝土中的廣泛應用,其使用不當帶來的負面影響也頻繁出現。許多混凝土建筑使用外加劑后不但達不到預期的技術經濟效益,甚至出現工程事故。如新拌混凝土嚴重泌水,水泥漿分層離析,預拌混凝土坍落度損失過快,甚至運至工地的混凝土無法澆筑,硬化混凝土收縮增加甚至出現開裂,強度、長期性能和耐久性能降低等也屢見不鮮。

分析外加劑負面影響因素,主要有三方面:

(1)混凝土原材料的性能對外加劑性能的影響

比如,有的外加劑與水泥、砂子、摻合料、石子、水混合一起攪拌時,會出現摻量增大,坍落度損失加快的現場,這就是外加劑與原材料不相容的表現。要解決這一問題,可按照規范《混凝土外加劑應用技術規》GB50119-2013附錄A的“混凝土外加劑相容性快速試驗方法”進行前期原材料相容性的檢驗。若外加劑與原材料不相容,則需更換外加劑或部分原材料,使其達到相容的狀態。

(2)專業人員技能對外加劑使用性能的影響

主要是技術人員對不同外加劑作用機理、技術性能及應用效果的掌握程度,外加劑使用不當,易造成混凝土的負面影響。

目前,高效減水劑的應用已比較廣泛,不同分子結構的外加劑有不同的使用效果。例如,氨基苯磺酸鹽類及脂肪族類產品保水性差,單獨摻用會增加混凝土泌水率,摻量高會造成混凝土分層離析,造成水泥漿與鋼筋的握裹力差。而多環芳烴類高效減水劑有較好的保水性,所配制的混凝土粘性好,泌水少,與鋼筋握裹力高,用于高水膠比混凝土效果高于其他品種減水劑。

市場上使用的緩凝劑種類較多,如蔗糖、糖蜜等曰無機鹽類如硫酸鋅、三聚磷酸鈉等,羥基羧酸鹽類如檸檬酸酒石酸等,它們的作用機理及使用效果也不盡相同。如糖類緩凝劑能有效抑制硅酸三鈣水化,糖蜜后期增加強度的效果好,但與水泥適應性差,在用于以硬石膏作調凝劑的水泥時會產生假凝。

(3)外加劑摻量對混凝土性能的影響

選用最佳摻量是保證混凝土良好技術經濟效果的決定因素。隨意摻加不但得不到較好的技術效果,更會給混凝土性能帶來負面影響。例如,高效減水劑的摻量正常情況下,其1d、3d、7d、28d抗壓強度分別比基準混凝土至少增加140%,130%、125%、120%,但超量摻入不但減水率不再增長,混凝土泌水率也隨之增大,對混凝土強度和耐久性能也會產生負面影響。

緩凝劑用量不夠達到預期緩凝效果,加入過量,混凝土長期不凝,不但影響混凝土早期強度,而且混凝土水份蒸發較快,嚴重影響混凝土水化,造成強度降低,增加塑性收縮,增大收縮開裂的機會,從而降低混凝土的耐久性。

早強劑的過量加入使混凝土早期強度發展較快,但后期強度損失大,并會產生離析現象,增加混凝土導電性能,增大收縮開裂的幾率,降低混凝土的長期性能和耐久性能。

引氣劑的過量加入,混凝土工作性反而下降,而且會影響混凝土抗壓強度、抗凍、抗滲、抗碳化等耐久性性能。

2摻合料對混凝土強度和耐久性的影響

2.1粉煤灰對混凝土強度和耐久性的影響

粉煤灰混凝土強度發展較慢,早期強度偏低,故摻加粉煤灰后混凝土的早期強度低于普通混凝土,且粉煤灰摻量越高,早期強度降低越明顯,但后期強度增長較快,特別是28天以后,強度有顯著提高,普通混凝土28天強度增加幅度不明顯。粉煤灰摻量不是越高越好,在粉煤灰摻量為20%時混凝土后期強度最大。

使用I和II級粉煤灰配制的混凝土,在相同水膠比情況下,隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土7天和28天強度會逐步降低,但是在60天時卻出現拐點,并不是呈平滑的下降趨勢,而是還有上升的空間。試驗資料表明:90天時,摻量為10%的粉煤灰混凝土抗壓強度超過普通混凝土強度1.56%,摻量為18%的粉煤灰混凝土抗壓強度下降幅度減小至1.45%,摻量為25%的粉煤灰混凝土抗壓強度下降幅度減小至9.81%。II級粉煤灰在混凝土中的摻量從10%-18%對混凝土強度的發展較小,摻量較為為合理;粉煤灰摻量過多,對混凝土抗壓強度的影響較大。

摻粉煤灰的混凝土與基準混凝土相比,抗碳化性能和抗凍性有所降低,粉煤灰的二次水化使得混凝土中氫氧化鈣含量降低,因而不利于混凝土的抗碳化性和鋼筋的防銹。摻加粉煤灰的混凝土抗凍性有所降低,特別是采用劣質粉煤灰時。

2.2礦粉對混凝土強度和耐久性的影響

礦粉用作混凝土摻合料可以等量取代部分水泥,取代量一般在20%-40%。礦粉混凝土與普通混凝土相比,對混凝土強度和耐久性影響有以下幾點:

(1)與同強度等級的基準混凝土相比,礦粉混凝土早期強度1d、3d、7d時有不同程度的降低,且隨礦粉摻量的增加,早期強度下降越明顯,14d時礦粉混凝土的強度與基準混凝土相差不大,28d時礦渣混凝土強度略大于基準混凝土強度。

(2)礦粉的微集料效應和二次水化反應優化了混凝土的孔結構,使混凝土結構更致密,孔徑細化,連通孔減小,大大提高了混凝土的抗水滲透性能和抗氯離子滲透性能。同時摻礦粉的混凝土中由于水泥用量減少和礦粉本身對堿的吸附,使整個混凝土體系內的氫氧化鈣含量減少,其抗硫酸鹽腐蝕性能和抑制堿骨料反應的能力明顯提高。但摻加礦粉增加了混凝土的干燥收縮,尤其是早期收縮。

目前,預拌混凝土生產時,一般不采用單摻礦粉,而是采用礦粉和粉煤灰雙摻的技術配制混凝土,利用粉煤灰和礦粉的綜合效應,使混凝土結構致密,抗壓強度得以提高。

2.3硅粉對混凝土強度和耐久性的影響

硅粉用于混凝土中可以顯著提高混凝土的強度,通常用于配制高強度高性能混凝土。硅粉混凝土中前期強度比基準混凝土高,尤其是前期7d強度已超出基準混凝土。后期強度比基準混凝土也有提高,但趨于平緩。

摻硅粉的混凝土能顯著提高混凝土的抗水滲透性能,有效阻止硫酸鹽及氯離子對混凝土的滲透、侵蝕,避免混凝土中鋼筋腐蝕,提高長期性能及耐久性能,從而延長混凝土的使用壽命。

3結束語

外加劑和摻合料給現代混凝土技術帶來了飛躍,只有了解、掌握其作用機理及性能特點,才能對混凝土強度和耐久性起到積極的作用,使其更好的為現代建筑行業服務。

 摘自——《中國外加劑網》

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