混凝土减缩剂的作用机理和主要特点

混凝土的干燥收缩是由毛细孔中的水蒸发而引起的硬化混凝土的收缩,是混凝土内部水分向外部挥发而产生。而混凝土的自收缩是由自干燥或混凝土内部相对湿度降低引起的收缩,是混凝土在恒温条件下,由于水泥水化作用引起的混凝土宏观体积减小的现象。这两~ . + w I w种收缩变形是导致混凝土结构非荷载裂缝产生的关\ { ~ 8键因素,混凝土的裂缝将导致结构渗漏、钢筋锈蚀、强度降低,进而降低混凝土的耐久性,引起结构物的破坏及塌塌,从而严重影响建筑物的安全性能与使用寿命。

混凝土出现收缩裂缝不仅影响结构的美观,更严重的是危及建筑物的整体性、水密性和耐久性。特别是泵送混凝土、高强混凝土、高性能t ( 8 Z混凝土、高效减水剂和超细掺合料的应用,使得混凝土的裂缝问题越来越严重,因此,如何减少混凝土的收缩一直是混凝土领域值得研究N P B s的课题。

  &g n R + # ?nbsp; 目前,国内外采取的对由混凝土材& ? N L J W t j料收缩引起的非荷载裂缝控制措施,除了增设构造钢筋、后浇带、施工缝等结构, t n | c o \ L a设计措施外,主要还有:a.降低混凝土内外温差和加强混凝土的湿养护;b.用微膨胀水泥替代普通水泥或掺加膨胀剂,利用混凝土的补偿收缩原理。这两种措施对解决混凝土材料自身收缩都有一定的效果,但控制混凝土内外温差和加强湿养护的d } ?措施仅仅推迟收缩变形的产生,并不能真正减小最终的B v l ` z @ 2 6收缩值。

    工程实践表明,混凝土收缩剂若使用正确,能在一定程度上补o X n偿收缩R / d j P S z b,为抑制混凝土自收缩和干缩开裂开辟了新的途径。收缩剂是近年来出现的一种只减少混凝土在干燥t @ F e a条件下产收缩的外加剂,它不同于一般的减b x v 2水剂和膨胀剂。混凝土收缩剂在混凝土中使用后,可一定程度上减小混凝土的干缩和自V X R ) P收缩,延缓混凝土的裂缝产生的时间以及裂缝发展的宽度。但是,混凝土收缩剂本身还存在与水泥的适应性、与减水剂的相容性、有效补偿量和延迟钙砚石生成等问题,在施工中应引起足够的重视。

一、混凝土减缩剂的作f 2 C b T %用机理

    要解释混凝土收缩剂的作用机理,首先要了解混凝土干燥收缩及自收缩的机理。虽然混凝土自收缩和干缩是不同原因而导致的两种收缩,但两者产生收缩的机理在实质上可以t \ | K . e认为是一致的,即毛细管张力理论。

    对于混凝土干7 k i _ , C o缩,是指混凝土中存在有极细的U ^ 7 1 : 6 \ U &毛细管,在环境湿度小于100%时,毛细管内部的水从中蒸发出来,水面下降形成弯液面,在这些毛细孔中产生毛细管张力(附加压),使混凝土产生变形,从而造成混凝土的干燥收缩。y g A [对于混凝土自收缩,是指水泥初凝后的硬化过程中,由于没有外界水供应或外界水不能及时补偿,导致毛细孔从饱和状态趋向于不饱和状D = b O @态而产生自干燥,从而引起毛细水的不饱和而产生负压。# | K K ` ` [这两种收缩变形均与毛细管的大小X b / a , L ^ e和数量有关。

&nbV & U - v ?sp;   当液体的表面张力减少时,毛细管的张力也减少q { % j h I B I;毛8 x , V Z e细管的孔径增大,毛细管中液面的曲率半径增大,毛细管张力也减少。考虑到增大毛细管直径虽能降低表面张力而减少收缩,但孔径的增大反而会带来其他一些缺陷,如混凝土的强度和耐6 G | w A久性的降低等,因此,降低毛细管液相的表面8 ] 3 Q 4 h _ \ v张力以降Q ! o n ( b低毛细管张力、减少收缩就受到人们的重视。混凝土减w ~ \ , 5 _ $ ` 2缩剂作为一种减少混凝土孔隙中液相的表面张力的有机化合物,其主要作用机理就是降低混凝土毛细管中液相的表面张力,使毛细管{ 8 O O ( A 1 w /中的负压下降,减D T @ e p ^ z ` 1少收缩应力。显然,当水泥石中孔隙液相的表面张力降低时,在蒸发或者是消耗相同的水分的条件下,引起水泥石收缩的宏观应力下降,从而减小混凝土的收缩。水泥石中孔隙液的表面张力下降得越多,混凝土的收缩也就越小。

二、混凝土减缩剂的主要特点

    根据以上所述混凝土减缩剂的作用机理,这类外加剂要起到减少混凝土的收缩开裂的作用,首先要满足以下条件:a.在强碱性的水泥石溶液中应具有表面活性效果和足够的稳定性;bg 8 / y # K }.溶于水后能够有效降低水的表面张力,且该2 o C作用受温度变化的影响很小;c.减缩剂掺加到混凝土中后,能均匀地分布其中,不被水泥粒子吸附在其表面;d.减缩剂掺加到混凝土中后,能降低水泥的水化热,但不妨碍水泥的正常水化;e.减缩剂掺加到混凝土中后,在一段时间内能使水泥浆体保持良好的塑性;f.混凝土减缩剂应选用环保( _ I + y P X型产品,l S O c K + * O W所用的减缩剂具有低挥发性;g.为保证混凝土的强度符合设计要求,所用的减缩剂不产生异常! n d +的引气作用。

    由混凝土减缩剂的作用机理还可知,在原材料和混凝土配合比一定时,减缩率是一个相对稳定值,施工养护和环境条件对混凝土减缩率的影响比较小。当养护条件差或空气相对湿度小、风速大、混凝土的收缩增大时,由于减缩率基本d i E B ^ r一致,故其降低收缩的绝对_ ; v /值也增加;反之亦然。

    由于非离子型表面活性剂在水溶液中不是以离子状态存在,所以它的稳1 ` \ * Z @ [ ?U j # f I F性较高,不易受电解质存在的影u l t s响,也不易受U 9 a C T N Z . l酸碱物质的影响,与其他表面活性的相容性较好,在固体表面上不发生强烈的吸附,所以通常用作减缩剂的是非离子型表面活性剂。

    混凝土; U V 7减缩剂主要依靠降低孔隙溶液的表面张力来抑4 u / ) | }制混凝土的收缩,其减缩过程s P * ] g { @ K y并不依赖于水源,因此对于干燥环境下混凝土的收缩具有更好的抑制作用,而且在工程应用方面也不和混凝土膨胀剂一样,有比较苛刻9 g z l的要求。j y z \ ) ]

    混凝土z . B R减缩剂与膨胀剂相比具$ Z $ 0 o l $有以下特点:a.混凝土减} F ~ q L y q . 2缩剂的掺量比较小,水剂一般仅为水泥用量的1%~3%,使用非常方便;b.混凝土减缩剂与其他表面活性的相容性较好,稳定性较高,不受其他物质的? F a影响;c.混凝土减n L s 7 + 8 C } S缩剂是从微观结构上减少收x # ) P缩,而不是抵消收缩,避免应力失衡而开裂;d.混凝土减缩剂可以大幅度减少混凝土的收缩,K 5 ) ` ~ K P有效提高混凝土的抗变形性能。e.混凝土减缩剂对混凝土的其他性能(如强度、凝结时间、含气量等)副作用小。

  &* P Y ` 3 ) 0nbsp; 另外,混凝土减Y + = V B缩剂不改变水泥水化产物n s : # v ! m的矿物组成。对水泥混凝土含气量无明显影响。同时,几乎不存在与水泥适应性的问题,这是因为混凝土减缩剂是通过水的物理过程起作用,与水泥的矿物组成和掺合料无关,同时与混凝土的其他外加剂也有良好的相容性。

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