淺談高性能砼外加劑的試驗(yàn)

【摘 要】高性能砼具有優(yōu)異耐久性，具有高強(qiáng)度、高滲透性、高工作性能與體積穩(wěn)定性等特點(diǎn)。配制高性能砼的技術(shù)路線并不十分復(fù)雜，但它要求的綜合技術(shù)指標(biāo)卻不容易達(dá)到。在設(shè)計(jì)中必須在滿足了砼高耐久性、高體積穩(wěn)定性和足夠的強(qiáng)度韻同時(shí)保持良好的工作性。高性能砼要求在較低的水灰比以及較低的膠結(jié)材料含量下具有高流動(dòng)性和抗離析性。

【關(guān)鍵詞】高性能砼；外加劑；砼實(shí)驗(yàn)分析

高性能混凝土（High performance concrete，簡(jiǎn)稱HPC）是一種新型高技術(shù)砼，是在大幅度提高普通砼性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代砼技術(shù)制作的砼。它以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對(duì)不同用途要求，對(duì)下列性能重點(diǎn)予以保證：耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。為此，高性能砼在配置上的特點(diǎn)是采用低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，且必須摻加足夠數(shù)量的摻合料（礦物細(xì)摻料）和高效外加劑。

一、高性能混凝土的技術(shù)路線

高性能混凝土是由高強(qiáng)混凝土發(fā)展而來(lái)的，但高性能混凝土對(duì)混凝土技術(shù)性能的要求比高強(qiáng)混凝土更多、更廣乏，高性能混凝土的發(fā)展一般可分為三個(gè)階段：

（1）振動(dòng)加壓成型的的高強(qiáng)混凝土——工藝創(chuàng)新

在高效減水劑問(wèn)世以前，為獲得高強(qiáng)混凝土，一般采用降低W/C（水灰比），強(qiáng)力振動(dòng)加壓成型。即將機(jī)械壓力加到混凝土上，擠出混凝土中的空氣和剩余水分，減少孔隙率。但該工藝不適合現(xiàn)場(chǎng)施工，難以推廣，只在混凝土預(yù)制板、預(yù)制樁的生產(chǎn)，廣泛采用，并與蒸壓養(yǎng)護(hù)共同使用。

（2）摻高效減水劑配置高效混凝土——第五組分創(chuàng)新

20世紀(jì)50年代末期出現(xiàn)高效減水劑是高強(qiáng)混凝土進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。代表性的有萘系、三聚氰胺系和改性木鈣系高效減水劑，這三個(gè)系類均是目前普遍使用的高效減水劑。

采用普通工藝，摻加高效減水劑，降低水灰比，可獲得高流動(dòng)性，抗壓強(qiáng)度為60～100MPa的高強(qiáng)混凝土，是高強(qiáng)混凝土獲得廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。但是，僅用高效減水劑配制的混凝土，具有坍落度損失較大的問(wèn)題。

（3）采用礦物外加劑配制高性能混凝土——第六組分創(chuàng)新

20世紀(jì)80年代礦物外加劑異軍突起，發(fā)展成為高性能混凝土的第六組分，它與第五組分相得益彰，成為高性能混凝土不可缺少的部分。目前，配制高性能混凝土的技術(shù)路線主要是在混凝土中同時(shí)摻入高效減水劑和礦物外加劑。

配制高性能混凝土的礦物外加劑，是具有高比表面積的微粉輔助膠凝材料。例如：硅灰、細(xì)磨礦渣微粉、超細(xì)粉煤灰等，它是利用微粉填隙作用形成細(xì)觀的緊密體系，并且改善界面結(jié)構(gòu)，提高界面粘結(jié)強(qiáng)度。

二、高性能混凝土的特點(diǎn)

1.自密實(shí)性

高性能混凝土的用水量較低，流動(dòng)性好，抗離析性高，從而具有較優(yōu)異的填充性。因此，配好恰當(dāng)?shù)拇罅鲃?dòng)性高性能混凝土有較好的自密實(shí)性。

2.體積穩(wěn)定性

高性能混凝土的體積穩(wěn)定性較高，表現(xiàn)為具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。普通混凝土的彈性模量為20～25GPa，采用適宜的材料與配合比的高性能混凝土，其彈性?？蛇_(dá)40～45GPa。采用高彈性模量、高強(qiáng)度的粗集料并降低混凝土中水泥漿體的含量，選用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天齡期的干縮值低于0.04%。

3.強(qiáng)度

高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度已超過(guò)200MPa。目前，28d平均強(qiáng)度介于100～120 MPa的高性能混凝土，已在工程中應(yīng)用。高性能混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度值比較高強(qiáng)混凝土有明顯增加，高性能混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展加快，而后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)率卻低于普通強(qiáng)度混凝土。

4.水化熱

由于高性能混凝土的水灰比較低，會(huì)較早的終止水化反應(yīng)，因此，水化熱相應(yīng)的降低。

5.收縮和徐變

高性能混凝土的總收縮量與其強(qiáng)度成反比，強(qiáng)度越高總收縮量越小。但高性能混凝土的早期收縮率，隨著早期強(qiáng)度的提高而增大。相對(duì)濕度和環(huán)境溫度，仍然是影響高性能混凝土收縮性能的兩個(gè)主要因素。

6.耐久性

高性能混凝土除通常的抗凍性、抗?jié)B性明顯高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Clˉ滲透率，明顯低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有較高的密實(shí)性和抗?jié)B性，因此，其抗化學(xué)腐蝕性能顯著優(yōu)于普通強(qiáng)度混凝土。

三、外加劑實(shí)驗(yàn)分析及使用注意事項(xiàng)

高性能砼為了確保其流動(dòng)性，必須摻人高效減水劑，選擇適宜低水灰比特性的水泥，包括細(xì)度及粒子的組成及加水后的早期水化。水泥粒子群的比表面積、粒子形狀、密度及粒子之間的級(jí)配等，對(duì)漿體的流動(dòng)性影響很大，比表面積小，粒子形狀接近球狀，比重大，填充性越大，流動(dòng)性也大，優(yōu)化這些因子，可以獲得最適宜的流動(dòng)性。水泥中的鋁酸三鈣的量越少，流動(dòng)性的經(jīng)時(shí)降低越小，采用高性能減水劑能夠較大抑制坍落度損失問(wèn)題。在低水灰比下，即使水泥的水化量少，但水泥石卻能獲得高密實(shí)度與高強(qiáng)度，水灰比越低，砼的粘性越大。這也與減水劑的品種有關(guān)。此外，攪拌的難易也與礦物質(zhì)摻合料的種類、摻量及有無(wú)摻合料，以及減水劑的品種關(guān)系很大，大體上是達(dá)到相同稠度時(shí)，減水劑用量多者，粘性大，不易攪拌。高性能砼不但要選擇質(zhì)量穩(wěn)定的水泥，還必須注意與減水劑的相容性問(wèn)題。相容性的好壞主要表現(xiàn)在摻量與工作性關(guān)系，相容性好的減水劑與水泥在較小的摻量時(shí)就有較好的流動(dòng)性，并且流動(dòng)性隨時(shí)間的變化減水劑相容性越好，由于高效減水劑的選擇性吸附，高效減水劑首先被C3A吸附，而C3A的水化速度最快 ，大量減水劑成分被C3A消耗掉而失去了對(duì)水泥中主要成分S3C、C2S的分散作用，因此坍落度迅速變小。木一種外加劑不是對(duì)任何水泥都有相同的效果，在配制高性能砼時(shí)必須選大水泥廠，穩(wěn)定性較好的水泥，選擇C3A含量<3%，C4AF含量 <7 %的水泥 ，確定某種水泥后，必須首先通過(guò)試驗(yàn)確定適合的外加劑。石膏作為調(diào)凝劑加入水泥中，當(dāng)C3A含量不高時(shí)對(duì)石膏影響不大 ，當(dāng) C3A含量大于3%時(shí)影響較為明顯。低水膠比時(shí)由于溶解硫酸鹽產(chǎn)生困—離子的水分少，而需要控制的C3A量又大 ，相對(duì)而言 ，有較多的C3A很快水化，高效減水劑分子上的磺酸基團(tuán)就會(huì)與C3A結(jié)合，使液相高效減水劑含量減少，逐漸失去對(duì)水泥的分散作用，加速其工作度的損失。二水石膏加入水泥中做調(diào)凝劑對(duì)水泥的適應(yīng)性要好些，有些水泥廠常粉磨未經(jīng)充分冷卻的熟料，以及有些磨機(jī)由于冷卻設(shè)施不完善致使磨機(jī)內(nèi)溫度過(guò)高，大量二水石膏分解為半水石膏。這些半水石膏在水泥加水?dāng)嚢钑r(shí)又迅速生成二水石膏結(jié)晶，而造成了坍落度損失，嚴(yán)重時(shí)甚至產(chǎn)生假凝。水泥含堿量對(duì)水泥與高效減水劑的相容性也有著重要影響，含堿量越低，水泥與減水劑的相容性越好。含堿量高時(shí)將縮短水泥的凝結(jié)時(shí)間，降低砼的流動(dòng)度。含堿量高的水泥對(duì)活性骨料容易導(dǎo)致堿—骨料反應(yīng)，對(duì)砼的耐久性有一定的影響。減水劑之間的相容性也是不可忽視的問(wèn)題，粉狀外加劑之間復(fù)合的相容性較好，因?yàn)樗鼈冎挥性谂c集料經(jīng)水拌合后，才各自發(fā)揮其獨(dú)特的作用。而液體減水劑則應(yīng)考慮在二者制成的復(fù)合溶液中是否有可能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而影響復(fù)合減水劑的質(zhì)量和均勻性。

四、結(jié)語(yǔ)

在砼技術(shù)的發(fā)展中不難看出，從普通砼到鋼筋砼、預(yù)應(yīng)力鋼筋砼，使用各種外加劑無(wú)一不是以堅(jiān)固耐用為目的。然而國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐均證明了砼并不總是耐久的。許多發(fā)達(dá)國(guó)家當(dāng)初修建的一些基礎(chǔ)設(shè)施工程已進(jìn)入老化期，這些設(shè)施又往往是重要的生命線工程。而維修或更新不但耗資費(fèi)時(shí)，并且妨礙了正常的生活秩序。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉智， 張東，戴連鵬， 等.晶核在高性能混凝土中作用機(jī)理的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2004，12.

[2] 萬(wàn)超，曾志興.基于耐久性的高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)方法[J].建筑科學(xué)，2009，5.

[3] 王珍，張澤江，祝杰.摻防腐劑C35高性能混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].混凝土，2010，3.

[4] 曹紅葵，曹世暉.關(guān)于高性能混凝土攪拌理論的研究[J].混凝土，2006，5.