外加剂对混凝土收缩性能的影响研究

　　摘要：混凝土是目前用量最大的工程结构材料，其耐久性和抗裂性能越来越受到重视。混凝土外加剂可以使混凝土多种性能得到改善，本文这里主要讨论高效减水剂、膨胀剂、减缩剂对于水泥混凝土收缩变形的影响规律。
　　关键词：外加剂，混凝土，收缩性能
　　混凝土外加剂不但可使混凝土多种性能得到改善，而且促进了混凝土新技术的发展，如泵送混凝土、自密实混凝土、水下抗分散混凝土、喷射混凝土等的产生与应用，同时也促进了工业废渣的深层次有效利用。混凝土外加剂的特点是品种多、掺量小、在改善新拌和强化混凝土性能中起着重要的作用，外加剂的研究和应用促进了混凝土施工技术和新品种混凝土的发展。多功能的外加剂已经成为当代高性能混凝土技术的核心之一，其品种从功能的发展也日新月异，这些新品种的外加剂对混凝土收缩的影响到底如何，已成为人们普遍关注的一个重要问题。
　　1. 一.减水剂
　　过去我国混凝土工程所用混凝土强度等级较低，高强度等级混凝土的用量较少，随着目前混凝土向高强度高性能混凝土方向发展，要求混凝土具有很好的耐久性，提高混凝土耐久性关键之一是降低水胶比，提高混凝土的密实性。因此制备高强高性能混凝土要求减水剂的减水率高，并使混凝土具有很好的工作性。经过近半个世纪的发展，减水剂经历了由木质磺酸盐系、糖蜜减水剂一萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂、磺化三聚氰胺甲醛减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂一聚羧酸高效减水剂几代产品的发展，其发展趋势表现出低减水率（10%左右）——高减水率（20%左右）——超高减水率（30%左右）。
　　在混凝土配制过程中使用减水剂通常具有以下三种情况：一是在不改变混凝土配合比的情况下显著增加混凝土坍落度，改善混凝土的和易性；二是在保持相同的坍落度和单方水泥用量的情况下，减小用水量，
　　降低水灰比，提高混凝土的强度和耐久性；三是在水灰比和强度不变的情况下降低用水量，从而节约水泥。正因存在着以上使用情况的种种区别，不能简单地概括出外加剂对混凝土收缩性能的影响规律。一般而言，掺用化学外加剂使混凝土收缩不同程度的增大。在减水剂品质检验中，相对收缩率比是检验必须要求的指标，其检验的方法同情况二，即保持混凝土水泥用量和坍落度不变，比较掺外加剂混凝土外加剂的基准混凝土收缩值的比率，GB8076-1997及ASTMC494中混凝土化学外加剂标准均要求相对收缩率比不大于135%。对于水胶比约大于0.40的普通混凝土，降低用水量可以明显地减小干燥收缩，由于这样的混凝土干缩占据总的收缩值的绝大部分，因此使用高效减水剂有可能减低混凝土的收缩，研究表明减少18%的水分，会使干燥收缩率下降12%。然而对于目前广泛使用的低水胶比高性能混凝土，由于自收缩已经不容忽视，降低用水量则可能使得混凝土内部自干燥加重，从而增加自收缩，因此对总的收缩的影响更为复杂。
　　在常规掺量下（即都以达到20%左右的减水率时），作为表面活性剂范畴的几种高效减水剂均不同程度的降低了溶液的表面张力，但具有明显区别。聚羧酸系高效减水剂溶液表面张力最低，氨基磺酸盐减水剂次之，而掺FDN溶液的表面张力最高，只是略低于纯水的表面张力。聚羧酸系高效减水剂的碱含量最低，而氨基磺酸盐减水剂的碱含量与高浓型FDN接近，由于其减水率较高，因此掺入混凝土中达到相同减水率时的碱含量可较FDN低。FDN的碱含量在这三种外加剂里面相对最高，尤其是目前低浓型的FDN仍然占据着市场的相当大的份额，具碱含量更加难以控制。自收缩随着FDN掺量的提高而明显增大，目前国内普遍采用萘系高效减水剂，为了配制低水胶比的高性能水泥基材料，增加萘系外加剂的掺量来降低水胶比往往是最常用的手段，这也是导致低水胶比水泥基材料自收缩大的原因之一，往往增加FDN的掺量，对混凝土抵抗收缩开裂带来不利的影响。常用的木钙、糖蜜以及萘系高效减水剂虽然可以降低混凝土用水量，但是通常并不能降低混凝土的干燥收缩，其中FDN增加收缩相对其他几种减水剂较为明显，其次是木钙，最后是糖蜜类减水剂。而作为新一代的聚羧酸高效减水剂，其碱含量和表面张力均较为其他几种高效减水剂具有明显优势，在常规的掺量范围内不仅可以起到减水增强的效果，而且也未增加收缩，甚至还有降低收缩的作用。
　　通过不同外加剂对混凝土早期收缩性能的影响对比试验可知,无论对于自由干缩试件或是限制收缩试件,聚羧酸系高效减水剂的使用都不会对混凝土后期的收缩性能有负面影响。
　　二、膨胀剂
　　膨胀剂对于工程实践来说。如何采取有效措施减小甚至消除各种收缩，从源头上避免开裂，这是工程师们努力探索的问题。膨胀剂的主要特性是掺入混凝土后能起到抗裂防渗的作用，它的膨胀性能可以补偿混凝土硬化过程中的收缩，在限制条件下成为自应力混凝土。从目前国内外的研究状况来看，在水泥混凝土领域应用较多的膨胀剂主要有四种：钙矾石类膨胀剂，MgO水化为Mg(OH)2,CaO水化为Ca(OH)2,以及Fe2O3水化为Fe(OH)3。在我国，以前两类的研究和使用居多。最为常用的是采用钙矾石类的膨胀剂来补偿收缩，在早期高水胶比的普通混凝土中的应有由于具有很好的研究基础，在工程中也取得了不少成功应用的实例，钙矾石类的膨胀剂在我国的产量和使用量发展超常迅速，已经成为混凝土外加剂行业中的支柱产业了。在高性能混凝土中掺入适量的膨胀剂，可在约束条件下膨胀而产生一定的自应力，以补偿水泥的干缩和自收缩。然而，对于以低水胶比和大掺量矿物掺合料为特征的高性能混凝土，这一类型的膨胀剂面临了许多新的情况和条件，相应的研究并未及时跟上。给工程带来了很多的隐患，由此也造成了不少质量事故。在膨胀剂大量应用的今天，有必要对其进行更加深入的研究和认识。MgO膨胀剂掺入混凝土后反应较慢，膨胀主要发生在后期，这一类型的膨胀剂在我国已被广泛地应用于土坝混凝土之中，对于补偿温度收缩起着较好的作用。混凝土自身体积变形大部分发生在龄期半年左右，半年后则趋于稳定。与掺无膨胀剂左右的高效减水剂相比，复合膨胀剂的掺入使得砂浆初裂时间延长了74%，提高了基体抵抗收缩开裂的能力，这表明在养护充分的条件下，复合膨胀剂中的膨胀组分在基体内部膨胀并产生一定的预压应力，部分抵消了收缩应力，因而使基体的抗裂能力大大增强；对于已掺复合膨胀剂的混凝土，江南矿粉的掺入，无论是单掺还是复掺，其初裂时间甚至早于掺高效减水剂的混凝土基体，较单掺和复合膨胀剂的混凝土基体差异更大，这表明矿粉的掺入明显地削弱了基体抵抗收缩开裂的能力；对于已掺复合膨胀剂的混凝土，使得基体的初裂时间延缓了18%。[!--empirenews.page--]
　　1. 三、减缩剂
　　与通过膨胀来补偿收缩的膨胀剂原理完全不同，化学减缩剂主要依靠降低孔隙溶液的表面张力来抑制混凝土的收缩，由于其减缩过程并不依赖于水源，因此对于干燥环境下的收缩具有更好的抑制作用，使其一经面世就受到工程界的高度关注。世界上第一批减缩剂（SRA）是1982年在日本，由桑约（Sanyo）化学工业有限公司和日本水泥有限公司合作开发出来的。其主要成分为聚醚或聚醇类有机物。减缩剂都是低黏度的水溶性液体。在混凝土干燥时就在孔隙中起到了降低表面张力的作用。可以掺入混凝土内部，也可以直接涂刷在混凝土表面。作为表面处理剂或养护剂使用。
　　减缩剂表面张力与浓度的关系，国内某材料科学研究院有限公司研究了有机减缩剂对不同强度等级混凝土干缩和自收缩的抑制效果及机理。混凝土减缩剂对水溶液表面张力的影响，减缩剂的加入显著降低水溶液的表面张力，纯减缩剂的表面张力比水表面张力的显著降低，可以降低水泥石中的毛细管张力，减缩剂对水泥的重量变化无明显影响，却能显著减少干缩，对自收缩也有明显的减小。
　　减缩剂对表面张力的影响，水胶比为0.32，粉煤灰掺量为50%的混凝土，研究钙矾石膨胀剂（PE）.有机减缩剂（SRA）对于干燥条件下和密封条件下变形影响规律。掺钙矾石膨胀剂的粉煤灰混凝土拆模后的自身体积变形表现出的膨胀，在14d左右达到最大值，之后渐趋稳定，这表明钙矾石类的膨胀剂在密封的条件下仍然能够表现出较好的膨胀效果，可以抑制自收缩。掺减缩剂的粉煤灰混凝土虽没有自身体积膨胀。但整个过程自收缩很小。不同减缩途径对大掺量工业废渣对高性能混凝土收缩的影响，PE混凝土其干缩值最大，而掺减缩剂的混凝土表现出明显的优点，即在密封条件下虽然不能够膨胀，但是可以显著降低自收缩，并且更为重要的是在干燥条件下仍然具有明显的减缩能力，其抑制干燥收缩的能力最强。
　　参考文献
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　　4. 【4】李漠.聚羧酸类高效减水剂的研究进展[EB/OL].中国建筑网.

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