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聯(lián)系人：周圣
郵編：201802
[內(nèi)容摘要] 水泥成份、細(xì)度、用量、水灰比、集料品種、施工配合比、養(yǎng)護(hù)時(shí)間溫度是影響混凝土收縮抗裂性能的重要因素。
研究表明，外加劑對(duì)混凝土收縮抗裂性能也具有十分重要的影響。
減水劑用于低水灰比混凝土?xí)黾踊炷猎缙谑湛s及總收縮。
緩凝劑過(guò)量摻用會(huì)增大混凝土沉縮（塑性收縮）。
引氣劑適量摻用可增大徐變，有利于混凝土抗裂性能的提高，過(guò)量摻用不但會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，增加混凝土泌水（少量引氣劑則會(huì)減少混凝土泌水）更會(huì)增大混凝土收縮開裂。
常用早強(qiáng)劑如硫酸鈉、三乙醇胺都可能增大混凝土收縮率，過(guò)量摻用更會(huì)增大混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。
合理?yè)接猛饧觿?，?yán)格控制摻量是摻外加劑混凝土控制收縮開裂有效途徑。
[關(guān)鍵詞] 收縮裂縫 減水劑 緩凝劑 引氣劑 減縮劑 摻量
混凝土收縮是指在混凝土凝結(jié)初期或硬化過(guò)程中出現(xiàn)的體積縮小現(xiàn)象。一般分為塑性收縮（又稱沉縮），化學(xué)收縮（又稱自身收縮），干燥收縮以及碳化收縮。較小的收縮對(duì)改善硬化混凝土性能有利，但較大的收縮則會(huì)引起混凝土收縮開裂，甚至?xí)?dǎo)致工程報(bào)廢。
我國(guó)著名混凝土防裂專家王鐵夢(mèng)教授曾經(jīng)總結(jié)出影響混凝土收縮的十八條重要因素，其中如水泥因素（包括水泥品種，比表面積，化學(xué)成份及水泥用量等），骨料因素（包括骨料品種，粒徑，用量，砂率等），施工環(huán)境因素（包括施工溫度、濕度及養(yǎng)護(hù)時(shí)間、風(fēng)力）?；炷僚浜媳?，水灰比（用水量），泌水率，配筋率等。并重點(diǎn)指出，外加劑及摻合料應(yīng)用不當(dāng)也會(huì)增大混凝土收縮開裂的危險(xiǎn)。
外加劑的普及應(yīng)用促進(jìn)了混凝土技術(shù)的飛躍發(fā)展，由于我國(guó)水泥標(biāo)準(zhǔn)的變化及施工中的種種問(wèn)題，近幾年發(fā)現(xiàn)，摻外加劑混凝土早期收縮普遍增大，早期收縮裂縫增多，極大地影響了施工質(zhì)量。
九十年代前，在我國(guó)為什么發(fā)現(xiàn)外加劑對(duì)混凝土收縮增大現(xiàn)象不多，甚至認(rèn)為，減水劑的應(yīng)用，由于用水量減少，可減少混凝土收縮，而目前卻發(fā)現(xiàn)摻入外加劑后收縮開裂增多呢？筆者分析如下：
一、減水劑對(duì)混凝土收縮性能的影響
減水劑的主要作用是改善混凝土和易性，降低混凝土水灰比，提高混凝土強(qiáng)度，或在保持混凝土一定強(qiáng)度時(shí)減少水泥用量。水灰比的降低，水泥用量減少對(duì)減小混凝土收縮應(yīng)該是十分有利的。但施工實(shí)踐也發(fā)現(xiàn)，減水劑的摻入也促進(jìn)了水泥加速水化，特別是比表面積較大及堿含量較高的水泥初期水化熱更高，混凝土水化熱集中釋放，許多工程摻用減水劑后并不減少水泥用量，設(shè)計(jì)混凝土的配合比中水泥用量普遍偏大，高強(qiáng)混凝土大量應(yīng)用，更加大了水泥用量，水泥標(biāo)準(zhǔn)修改后國(guó)產(chǎn)水泥比表面積也普遍較大，因此水灰比的降低并不能彌補(bǔ)因高水化熱給收縮帶來(lái)的不利影響，加之許多國(guó)產(chǎn)減水劑（如脂肪族類、氨基磺酸鹽類）應(yīng)用不當(dāng)或摻量過(guò)大，也極易使混凝土產(chǎn)生大量泌水，加大了混凝土收縮。研究表明，毛細(xì)孔失水會(huì)產(chǎn)生一定毛細(xì)孔張力，而毛細(xì)孔徑越小所產(chǎn)生的表面張力越大，可明顯超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度。
資料顯示，基準(zhǔn)混凝土早期收縮值只有70×10-6m左右，而摻減水劑混凝土早期收縮值都高于200×10-6，因此當(dāng)前我國(guó)混凝土工程早期產(chǎn)生收縮裂縫較多。
減水劑的摻入混凝土拌合用水的明顯減少，毛細(xì)孔也明顯細(xì)化，其表面張力也相應(yīng)增大。加之商品混凝土一般都摻一定數(shù)量的緩凝劑，由于混凝土早期強(qiáng)度偏低，這也使混凝土易產(chǎn)生早期開裂。
但是試驗(yàn)也表明上述現(xiàn)象在較大水灰比混凝土中表現(xiàn)并不明顯，目前我國(guó)工程混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度一般較高，大量混凝土水灰比較低，加之前述水泥細(xì)化、水化熱偏高等因素，就不難理解當(dāng)前我國(guó)混凝土工程應(yīng)用減水劑早期收縮裂縫增多的原因。
正常情況下，拌和用水的減少是可以減少混凝土收縮值的，一般情況下減少18%－20%的水收縮值可降低12%左右，但那是在較高水灰比的條件下的降低。我國(guó)常用C40C50混凝土水灰比普遍只有0.35左右，甚至只有0.3，由于混凝土自收縮已不容忽視，用水量再減少，混凝土內(nèi)自干燥加重，從而增加了混凝土自收縮。
不難看出，選擇適當(dāng)比表面積的水泥，嚴(yán)格控制減水劑摻量，減少混凝土泌水，采用適當(dāng)水灰比是摻減水劑混凝土防止收縮開裂的重要因素。
二、緩凝劑對(duì)混凝土收縮性能的影響
緩凝劑是一種能延緩混凝土凝結(jié)時(shí)間的外加劑，用于混凝土中，能使混凝土長(zhǎng)期保持塑性狀態(tài)，降低混凝土水化熱峰值，延期水化放熱時(shí)間，防止混凝土結(jié)構(gòu)因內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力造成的混凝土開裂。緩凝劑的摻用使混凝土中水化物生成較慢，水泥顆粒的空隙使生成的水化物分布更均勻，混凝土硬化強(qiáng)度增大。通常用于商品混凝土、泵送混凝土、大體積混凝土及夏季施工混凝土工程。
從緩凝劑的作用機(jī)理分析，摻用緩凝劑混凝土應(yīng)該收縮值較低，開裂現(xiàn)象也不應(yīng)產(chǎn)生。從筆者多次檢測(cè)數(shù)據(jù)看，摻緩凝劑混凝土收縮率比基準(zhǔn)混凝土略有增減，收縮率比一般低于GB8076-97中要求的<135%，以羥基羧酸鹽緩凝劑為例，實(shí)測(cè)混凝土干縮徐變雖大于空白混凝土，但收縮率比也只有110%，三聚磷酸鈉28天收縮率比約120%，但過(guò)量加入?yún)s會(huì)增大至135%以上。
目前混凝土施工，特別是商品混凝土為減少運(yùn)輸過(guò)程中坍落度損失，緩凝劑摻用量普遍較大。有些施工單位要求混凝土供應(yīng)商凝結(jié)時(shí)間延緩二十個(gè)小時(shí)以上，混凝土長(zhǎng)期處于塑性狀態(tài)下，表面大量失水，表面失水率超過(guò)滲出的水到達(dá)表面的速率會(huì)造成毛細(xì)孔負(fù)壓，模板底基也大量吸水，加大了失水收縮。長(zhǎng)期處于塑性條件下的混凝土也極易產(chǎn)生骨料沉降(特別是較大流動(dòng)度混凝土)，加大了混凝土沉縮。
塑性收縮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響是不均勻的，所引起的拉應(yīng)力作用下，體積變化的差異會(huì)造成混凝土開裂，在溫度、濕度、風(fēng)速影響下，更會(huì)使混凝土收縮開裂加劇。
在較低溫度下施工，一些工程仍摻用緩凝劑，雖然不是高溫施工，緩凝劑摻量也相應(yīng)減少，但由于多數(shù)地區(qū)冬季較為干燥，風(fēng)速變化大，水分蒸發(fā)仍會(huì)很大，加之溫度較低，混凝土強(qiáng)度發(fā)展較慢，再加入緩凝劑混凝土抗拉強(qiáng)度更低。因此也極易產(chǎn)生混凝土收縮開裂。嚴(yán)格控制緩凝劑摻量，減少混凝土塑性收縮對(duì)防止混凝土收縮開裂應(yīng)該十分重要。
三、引氣劑對(duì)混凝土收縮性能的影響
引氣劑在混凝土中的應(yīng)用對(duì)改善混凝土和易性，可泵性，提高混凝土抗?jié)B、抗凍、抗碳化等耐久性能十分有利。引氣劑用于商品混凝土能有效地防止水泥粒子二次吸附，減少混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失。適量引氣劑還可以防止混凝土泌水沉降，減少混凝土收縮，提高混凝土抗拉強(qiáng)度，更應(yīng)注意的是由于引氣劑的摻入混凝土徐變?cè)龃筝^多，十分有利于混凝土抗裂性能的提高，更有利于早期抗裂性能。
但實(shí)踐也證明，引氣劑過(guò)量摻入不但會(huì)降低混凝土抗壓強(qiáng)度，混凝土泌水沉降反而會(huì)加大。水泥漿與骨料及鋼筋粘結(jié)性能下降，含氣量的增大也會(huì)使混凝土早期強(qiáng)度大幅度下降，引起混凝土早期開裂。
筆者曾長(zhǎng)期觀察，上海、蘇州、廣東等地?fù)接肑DU引氣劑混凝土工程，并提醒施工單位嚴(yán)格控制引氣劑用量，這些工程至今或未發(fā)現(xiàn)因引氣劑的應(yīng)用造成混凝土開裂現(xiàn)象?？梢哉J(rèn)為摻用引氣劑并嚴(yán)格控制摻量，可以有效防止減少混凝土收縮開裂。
四、減縮劑對(duì)混凝土收縮性能的影響
長(zhǎng)期來(lái)，我國(guó)多采用補(bǔ)償收縮的辦法防止混凝土收縮開裂。即在使用其它混凝土外加劑的同時(shí)摻入一定數(shù)量的膨脹劑。由于該產(chǎn)品的種種缺陷及施工不當(dāng)，工程事故或達(dá)不到預(yù)期效果較多。特別是高強(qiáng)混凝土中應(yīng)用此方法效果更差。試驗(yàn)證明，摻用膨脹劑混凝土，初期養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，還會(huì)加大裂縫發(fā)展速度。
80年代，國(guó)外研制成功了以聚醚及聚醇為主要成份的減縮劑，用于不同混凝土工程能有效防止混凝土收縮開裂。90年代我國(guó)南京水科院，冶金部建研總院，江都宏?；び邢薰鞠嗬^研制出了同類產(chǎn)品。上述產(chǎn)品的作用機(jī)理是由于減縮劑的摻入大幅度降低了混凝土毛細(xì)孔水的表面張力，減少了毛細(xì)孔失水時(shí)的收縮應(yīng)力，增大了毛細(xì)孔水的粘度，減少了混凝土收縮值，它的使用效果且不受養(yǎng)護(hù)條件限制，從廣東、浙江等地使用效果看，該產(chǎn)品的確是一種******減縮防裂劑，因該產(chǎn)品的生產(chǎn)成本較高，目前應(yīng)用還不廣泛，有待于生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本以利于進(jìn)一步普及應(yīng)用。
五、早強(qiáng)劑對(duì)混凝土收縮性能的影響
早強(qiáng)劑是一種能促進(jìn)水泥水化，加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑。試驗(yàn)證明，控制一定摻量對(duì)混凝土收縮開裂影響不大，甚至可以提高混凝土早期抗裂性能。但低溫施工一般早強(qiáng)劑的摻量極高，由于水泥粒子急劇水化，混凝土內(nèi)產(chǎn)生大量水化熱，并不斷地升高，而環(huán)境溫度較低，使混凝土溫度逐漸降至環(huán)境溫度時(shí)，易產(chǎn)生溫度變形，或產(chǎn)生開裂。
水泥比表面積的加大，混凝土后期收縮相對(duì)減小，更多收縮發(fā)生在早期，過(guò)量早強(qiáng)劑的應(yīng)用，更會(huì)加大早期收縮，試驗(yàn)分析，我國(guó)常用的三乙醇胺早強(qiáng)劑，硫酸鈉等早強(qiáng)劑都會(huì)增大收縮率，過(guò)量加入更會(huì)增大收縮開裂風(fēng)險(xiǎn)。
六、結(jié)論
1．混凝土外加劑的應(yīng)用雖能改善混凝土某些性能，提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，但應(yīng)用不當(dāng)卻會(huì)增大混凝土收縮、開裂的風(fēng)險(xiǎn)。
2．嚴(yán)格控制減水劑、引氣劑、緩凝劑及早強(qiáng)劑的摻量，采用適量水灰比，有利于防止混凝土收縮率增大，及混凝土收縮開裂的產(chǎn)生。
3．采用減縮劑與其它外加劑合用的辦法，可有效防止混凝土收縮開裂。
（上述論點(diǎn)只是針對(duì)摻外加劑混凝土引起的收縮開裂的防止。有關(guān)影響混凝土收縮開裂的其它因素不在本文論述范圍）
參考文獻(xiàn)
1． 尤啟俊等 外加劑對(duì)混凝土收縮性能的影響 “混凝土”2004.9
2． 芮家鈞譯 “外加劑對(duì)混凝土收縮性能的影響” 國(guó)外建材譯叢 1997.3
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