混凝土(或水泥砂漿)抗裂劑的種類及其作用機(jī)理簡(jiǎn)介

武漢天衣化工有限責(zé)任公司 喻幼卿 · 2010-10-09 00:00 留言

  混凝土及水泥砂漿的抗裂問題是一個(gè)世界級(jí)的難題,它直接影響到混凝土的工程質(zhì)量與耐久性。

  不論是混凝土,還是水泥砂漿,產(chǎn)生裂縫的影響因素諸多,但其主要原因有三個(gè):溫度變化、干縮和不均勻沉降。溫度變化和干縮將會(huì)引起混凝土(或水泥砂漿)的收縮,在混凝土(或水泥砂漿)表面引起拉應(yīng)力,而在內(nèi)部或下表面引起壓應(yīng)力,因此會(huì)引起表面裂縫。而不均勻沉降將會(huì)使混凝土(或水泥砂漿)全斷面受拉,從而可能引起貫穿性裂縫。無論是表面裂縫,還是貫穿性裂縫都將對(duì)混凝土(或水泥砂漿)工程的安全和耐久性帶來不利的影響。通常,前者稱之為非結(jié)構(gòu)性裂縫(或收縮裂縫),后者稱之為結(jié)構(gòu)性裂縫。結(jié)構(gòu)性裂縫的防止要通過設(shè)計(jì)和施工等環(huán)節(jié)完成。本文主要介紹通過抗裂劑對(duì)混凝土(或水泥砂漿)非結(jié)構(gòu)性裂縫(收縮裂縫)的影響與改良。

  1混凝土(或水泥砂漿)裂縫成因分析

  混凝土(或水泥砂漿)產(chǎn)生非結(jié)構(gòu)性裂縫的原因很多,但最主要的原因是由于混凝土(或水泥砂漿)在自身和各種外界因素作用下產(chǎn)生收縮變形所致,因此,非結(jié)構(gòu)性裂縫亦稱為收縮裂縫。這種收縮變形在約束的限制下,使混凝土(或水泥砂漿)內(nèi)產(chǎn)生與收縮方向相反的分布拉應(yīng)力,當(dāng)這種分布應(yīng)力在某個(gè)斷面積蓄到一定程度形成應(yīng)力的瞬間最大值σxmax(t)超過該斷面的瞬間抗拉強(qiáng)度f(t)時(shí),混凝土(或水泥砂漿)開裂。

  即                    σxmax(t)>f(t)                           (1)

  式中, σxmax(t)——混凝土(或水泥砂漿)中最大瞬間收縮拉應(yīng)力,與混凝土(或水泥砂漿)中分布收縮應(yīng)力σx(t)的大小有關(guān);

  f(t)——混凝土(或水泥砂漿)瞬間抗拉強(qiáng)度。

  混凝土(或水泥砂漿)內(nèi)的分布收縮應(yīng)力可按下式計(jì)算:

  σx(t)=kr·e0(t)·ε0(t)·s(t)          (2)

  式中kr——約束系數(shù),取值與約束的剛度有關(guān)。當(dāng)約束無限剛時(shí)kr=1,當(dāng)約束為自由時(shí),kr=0。

  e0(t)——混凝土(σσ或水泥砂漿)彈性模量。

  ε0(t)——混凝土(或水泥砂漿)自由收縮應(yīng)變,與塑性收縮、干燥收縮及溫度收縮有關(guān)。

  s(t)——混凝土(或水泥砂漿)徐變松馳系數(shù)。

  徐變和干縮是相互聯(lián)系的現(xiàn)象,二者有許多相似之處,首先干縮和徐變都起源于水化水泥漿體;其次應(yīng)變量大致相同;二者的差別是干縮是以溫差為驅(qū)動(dòng)力,而徐變則以持續(xù)施加的應(yīng)力為驅(qū)動(dòng)力,但它們的影響因素也大致相同。

  與此類似,混凝土(或水泥砂漿)抗裂的又一理論:根據(jù)混凝土的結(jié)構(gòu)特性和變形性能,提出了用于評(píng)價(jià)混凝土(或水泥砂漿)抗裂性能的指標(biāo)-----抗裂參數(shù)φ。φ值越大,混凝土(或水泥砂漿)的抗裂性能越好。其表達(dá)式為:

  (3)

  式中  εp——n天齡期時(shí)混凝土(或水泥砂漿)的極限拉伸值;

  rl——n天齡期時(shí)混凝土(或水泥砂漿)的抗拉強(qiáng)度;

  α——混凝土(或水泥砂漿)的溫度變形系數(shù)(1/℃);

  t——n天齡期時(shí)混凝土(或水泥砂漿)的溫升(℃);

  el————n天齡期時(shí)混凝土(或水泥砂漿)的抗拉彈性模量(mpa)。

  由此可見,抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值、彈性模量、水化熱及干縮等是影響混凝土(或水泥砂漿)抗裂性能的主要因素。

  2 抗裂劑的種類及其作用機(jī)理簡(jiǎn)介

  混凝土(或水泥砂漿)的抗裂劑的種類很多,主要品種有滲透劑、膨脹劑、纖維、減縮劑和界面密實(shí)劑(或增強(qiáng)密實(shí)劑)等。

  2.1滲透劑:這種外加劑在國外應(yīng)用比較多。作用機(jī)理是利用滲透性強(qiáng)的有機(jī)物滲透、填充到混凝土(或水泥砂漿)毛細(xì)孔或微裂縫中,提高混凝土(或水泥砂漿)早期抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值,以達(dá)到混凝土(或水泥砂漿)抗裂的目的。優(yōu)點(diǎn)是早期效果好,同時(shí)可應(yīng)用于修復(fù)工程。但使用成本高,同時(shí),由于它是有機(jī)物,后期有老化問題。

  2.2  膨脹劑:其作用機(jī)理是自身在混凝土(或水泥砂漿)內(nèi)進(jìn)行微膨脹,實(shí)現(xiàn)混凝土收縮補(bǔ)償。從而達(dá)到提高混凝土(或水泥砂漿)的抗裂性能的目的。但膨脹劑的膨脹率難以控制,膨脹率與其摻量和所處的環(huán)境等因素有關(guān),膨脹率太小,起不到補(bǔ)償?shù)淖饔?;膨脹率過大,將會(huì)給砼體積的穩(wěn)定性帶來不利因素。同時(shí),膨脹劑的膨脹與混凝土(或水泥砂漿)的收縮不同步,混凝土(或水泥砂漿)在前5天由于水化熱的原因,體積是膨脹的,5天后體積開始收縮,膨脹劑的膨脹源是水,水泥開始水化時(shí),膨脹劑接觸到水就開始膨脹, 5天后混凝土(或水泥砂漿)體積開始收縮時(shí),大部分膨脹劑已膨脹了,沒有膨脹的也因難以接觸到水而無法膨脹。因此膨脹劑對(duì)混凝土收縮補(bǔ)償?shù)淖饔煤托Ч幻黠@。此外,膨脹劑在砼中分散不均勻也將給體積的穩(wěn)定性帶來不利因素。

  2.3 纖維:作用機(jī)理是在混凝土(或水泥砂漿)攪拌時(shí)加入鋼纖維或是塑料纖維,通過自身在混凝土(或水泥砂漿)內(nèi)布筋的作用,增強(qiáng)抵御拉應(yīng)力的能力,以達(dá)到混凝土(或水泥砂漿)的抗裂的目的。但采用纖維時(shí),不論是鋼纖維或是塑料纖維,它們不能提高混凝土(或水泥砂漿)自身的抗裂性能,只能當(dāng)混凝土(或水泥砂漿)產(chǎn)生裂縫時(shí),抑制裂縫的擴(kuò)展,因?yàn)?,它們的極限拉伸值遠(yuǎn)大于混凝土(或水泥砂漿),當(dāng)它們的布筋受力時(shí),混凝土(或水泥砂漿)的裂縫已經(jīng)產(chǎn)生,因此纖維只有限裂作用。同時(shí)使用纖維成本特別高。

  2.4減縮劑:其作用機(jī)理是通過改善混凝土(或水泥砂漿)的工作性能,降低其收縮,從而達(dá)到抗裂之目的。從上述混凝土(或水泥砂漿)內(nèi)的分布收縮應(yīng)力表達(dá)式(1)、(2)和(3)可知,影響混凝土(或水泥砂漿)抗裂性能的因素諸多,單純降低收縮的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,因此,減縮劑抗裂效果不顯著。

  2.5界面密實(shí)劑(或增強(qiáng)密實(shí)劑):其作用機(jī)理是通過促進(jìn)水泥水化程度,優(yōu)化水化產(chǎn)物,協(xié)同激發(fā)活性混合材料與ca(oh)2進(jìn)行二次水化,以達(dá)到提高混凝土中凝膠量,降低孔隙率,改善水泥石及骨料界面的結(jié)構(gòu),增強(qiáng)凝膠粘結(jié)力,使混凝土在抗壓強(qiáng)度弱有增長的前提下,抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值增長(15~20)%,彈性模量下降(5~10)%,早期水化熱明顯下降,且最大峰值后延24小時(shí),早期干縮值下降30%以上,能有效提高了混凝土的抗裂性能。該抗裂劑性價(jià)比較好,且施工方便,目前正廣泛應(yīng)用各類抗裂工程。


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