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混凝土增效剂的作用机理与效果

点击数:175  发布时间:2021-01-21 18:12

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  混凝土增效剂的作用机理与效果。目前提出的增效剂在水泥混凝土中的作用机理不科学;混凝土增效剂通过提高混凝土28d强度的方法来降低水泥用量的技术路线不严谨,这种说法会对混凝土结构的安全性和耐久性产生负面影响,不符合可持续发展的理念。

  混凝土增效剂;作用机理;强度

  混凝土增效剂是近年来新出现的一种混凝土外加剂。根据生产厂家的介绍,混凝土增效剂的掺量一般为胶凝材料用量的0.6%,在混凝土28d强度相同时,可节省10%的水泥用量;混凝土增效剂主要是有机物,是一种的分散剂,其作用机理为:现在的水泥材料颗粒很细,会有一些粘连的颗粒团,普通减水剂不能分散这些特细颗粒聚集体,而混凝土增效剂可以分散这些聚集体,因而使水泥颗粒更充分地与水接触,提高其反应活性。混凝土增效剂还可以充分活化具有潜在活性的矿物掺和料,从而提高胶凝材料的水化程度,达到提高混凝土强度或降低水泥用量的目的。

  根据成熟的水泥化学基本理论,目前使用的通用水泥,其颗粒粒径分布在0.1μm~10 0μm范围内。加水以后,小于1μm的颗粒很快水化,对于混凝土的强度发展没有明显作用。对于混凝土强度发展起决定性作用的是1μm~30μm范围内的颗粒。混凝土中的胶凝材料不可能全部水化。图中显示的是一个水灰比为0.4的纯硅酸盐水泥浆体经过长时间蒸养后的显微形貌。该图为抛光断面上的背散射电子图像,分散分布的白色颗粒为未水化的水泥,深色基底为水化产物。该样品水化时未使用减水剂分散水泥颗粒的团聚体。经过长时间水化后,剩下的未水化的水泥均为单个颗粒,未见有团聚的细颗粒。

  根据现有的研究结果,各种具有减水效果的外加剂都能有效分散各种粒径范围内的胶凝材料颗粒。未见有研究者报告说使用减水剂后胶凝材料颗粒仍有团聚的现象。混凝土增效剂的研发者迄今也没有发表相关研究成果,来证明在使用一般减水剂或是外加剂后的胶凝材料浆体中,仍有未解聚的胶凝材料颗粒团聚体存在。所以混凝土增效剂的作用原理可能不是现在生产厂家所给出的“分散”,而是另外的作用机理,如碱激发等等。只有碱性激发,才能充分活化具有潜在活性的矿物掺和料,改变胶凝材料的水化程度。但是掺加强碱性激发剂,可能对混凝土的耐久性等造成不利影响。混凝土生产企业贸然使用一种作用机理不清楚的外加剂,用于混凝土结构中会存在较大风险。目前混凝土增效剂生产厂家对其产品的组成采取严格保密措施,其产品说明书中不提供准确的成分表。这一方面为生产厂家随意改变组成提供了方便,另一方面也使用户和建筑工程质量监督检验单位无法对其进行质量检验和品质监管。

  即使增效剂真的能够分散细颗粒聚集体,提高水泥水化效率,这也不是混凝土结构真正所需要的。现在实际工程中使用的混凝土的强度发展规律常表现为早期(3d、7d)强度很高,甚至可以达到强度等级标准值的100%,但是28d强度却没有明显提高,甚至偶尔会低于7d强度值。这些问题主要是由于颗粒过细而导致水泥早期过度水化所致(不排除某些助磨剂的作用)。当混凝土中掺加增效剂后,会进一步增加水泥熟料的早期水化,加剧负面效应。掺加混凝土增效剂后,在有可能提高混凝土早期强度的同时,胶凝材料水化反应更加剧烈,放热量增大,放热速率提高,导致混凝土的温峰早、高而陡峭,收缩增大,开裂敏感性更明显,不利于混凝土结构的开裂风险控制。

  考虑到混凝土工程的需要和结构安全性,我们并不需要所有的混凝土都有很高的早期强度发展速率,也不希望混凝土中的水泥用量过低。现在一些搅拌站配制C30混凝土时,其普通硅酸盐水泥用量还不到200kg/m3,已经远低于国家与行业相关技术规范,如《地下工程防水技术规范》(GB50108)和《建筑工程冬季施工规程》(JGJ104)所规定的钢筋混凝土结构用混凝土的水泥用量(主要考虑临界强度和密实性要求)。从混凝土结构耐久性的角度考虑,如果进一步降低目前常用混凝土中的已经很低的水泥用量,可能会对其长期性能产生不利影响。所以对于目前市场上常用的预拌混凝土,在综合考虑施工需要及结构耐久性的要求后,用于一般混凝土结构中的水泥用量已很少有继续降低的余地了。

  国家有关标准规定,混凝土结构按照标准条件养护28d的混凝土试件强度进行验收。实际结构中的混凝土28d以后由于胶凝材料在一定的环境条件下会继续水化硬化,强度仍会继续增长。这部分增长的强度并不是浪费,而是作为结构安全富余量。对于同一混凝土,不同条件下获得的终强度大致相同。水泥中能够水化的总量是基本不变的,俗话说“早长晚不长”,当其强度大部分在早期获得后,后期的增长幅度就一定会小。所以,使用混凝土增效剂,虽然会使较低水泥用量的混凝土获得较高的28d强度,但其后期强度增长率就会减小,终结构的强度富余量也就必然降低,安全保证系数将会降低,这对混凝土结构的安全性和耐久性很不利。

  因此,使用混凝土增效剂,可降低混凝土的水泥用量,混凝土生产企业可能会从中获利,但是混凝土结构的安全性和耐久性却受到了损害,总体的社会效益降低了,这与可持续发展的理念是背道而驰的。

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