摘 要:介绍了高效减水剂的分类、特性及使用高效减水剂的经济性,并着重介绍了高效减水剂对配制高性能混凝土的作用。
关键词:高效减水剂,高性能混凝土
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 引言
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在工程建筑用材中，混凝土的用量之大、范围之广是其它任何材料所不能取代的。普通混凝土已不能满足现代化施工的要求，化学外加剂已成为混凝土除了水泥、砂、石和水之外的第五种必不可少的组分。混凝土外加剂(Concrete Additives)是指在混凝土的拌制过程中, 掺入的用以改善混凝土性能的物质, 其掺量不多(一般不大于5%), 但对改善拌和物的和易性, 调节混凝土的凝结硬化时间, 控制强度发展和提高耐久性等方面起着显著的作用[1]。20世纪90年代初出现的高性能混凝土( High Performance Concrete ,以下简称HPC) 就是超塑化剂与混凝土材料科学相结合的成功范例。对于HPC的定义，目前国内外虽有不同解释,但有几点则是共同认定的,即它必须在混凝土施工过程中具有极好的可施工性,在应用中应有较好的力学性能及良好的耐久性能[2]。许多国家将HPC作为跨世纪的新材料,投入大量人力、物力进行研究和发展,部分国家已开始用于一些重要工程。
2 高效减水剂简介
2.1 高效减水剂的分类
当前常用的高效减水剂主要有:萘系(萘磺酸盐甲醛缩聚物) 高效减水剂，磺化三聚氰胺甲醛树脂高效减水剂，聚羧酸系减水剂以及氨基磺酸盐系高效减水剂等[3]。
2．2 高效减水剂的特性:
① 减水率高,可减水18%～20%。② 减少坍落度损失。③ 在保持强度恒定值时,则能节约水泥10%以上。④ 不含氯离子,对钢筋无锈蚀作用。
2.3 使用高效减水剂的经济性
在混凝土中掺入适量的减水剂,可在保持新拌混凝土和易性相同的情况下,显著地降低水灰比;倘若基准混凝土的水灰比为0.5 ,混凝土中的水泥用量为360 kg/m3 ,掺入高效减水剂后,在相同坍落度的条件下,减水率为20% ,则水灰比可降至0.40 (混凝土中的用水量可减少36kg/m3 以上) 。由于减水,将对混凝土的强度、抗冻、抗渗等一系列物理力学性能产生良好的影响,掺减水剂后,新拌混凝土的减水率一般为6%～10% ,若掺加具有较强分散能力的减水剂时,其减水率可达12%～25%。
3 高效减水剂对配制高性能混凝土的作用
3.1 力学性能方面
由于混凝土是一种非均质材料,强度受诸多因素的影响,但各种强度之间有一定的关系,一般可以用抗压强度的关系表现。水灰比是影响混凝土强度的主要因素,对于普通混凝土,随着水灰比的降低,混凝土的抗压强度增大,但对于HPC ,由于低水灰比下存在搅拌困难、振捣不充分等问题,其强度提高不是无限制的,最高达到水泥的强度界限[4]。在HPC中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙,改善界面结构,提高混凝土的密实度,提高强度。但由于矿物细粉过细，所需水灰比就会很大，而掺入高效减水剂后,其对水泥的分散能力强、减水率高,可大幅度降低混凝土单方用水量，从而降低硬化水泥浆体的孔隙率及改善孔隙尺寸分布使混凝土的强度增大。
3.2 耐久性方面
混凝土的耐久性破坏主要有:混凝土碳化、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀、碱- 骨料反应、冻融破坏等。混凝土碳化是指由大气环境中的二氧化碳引起的混凝土pH 值下降的过程,碳化的主要负面影响是引起钢筋的锈蚀问题。氯离子侵蚀是指混凝土生产或结构使用过程中侵入氯离子,当混凝土中的氯离子含量达到一定限值时,会促成混凝土中钢筋的锈蚀。钢筋锈蚀是钢筋表面钝化膜破坏后在水和氧气充足的情况下发生的电化学锈蚀,钢筋锈蚀会减小钢筋的有效面积,导致混凝土保护层膨胀脱落,破坏钢筋与混凝土之间的粘结,影响结构物的安全性。碱- 骨料反应是指混凝土中的碱与具有活碱性的骨料之间发生膨胀性反应,反应后混凝土体积膨胀、力学性能下降。冻融破坏是指混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用,其破坏作用主要是使混凝土发生冻胀开裂和表面剥蚀,危害结构物的安全。目前,对于HPC 耐久性的评定没有统一的指标和方法,对其进行试验和评价基本仍沿用普通混凝土的方法和指标。
要改善混凝土的耐久性，就要在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38 以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38 以下。所以高效减水剂在HPC中应用,可以显著减少混凝土拌和用水,降低水胶比,改善混凝土孔结构,提高混凝土密实性。
3．3 工作性方面
坍落度是评价混凝土工作性的主要指标,反应混凝土拌和物在重力作用下的流动和变形能力。在HPC的配制过程中加入高效减水剂和矿物质超细粉, 可以很好的控制坍落度,但在与普通混凝土在坍落度相同的情况下,粘度较大,这使其在泵送过程中需施加更大的压力。而在振捣的过程中,由于HPC粘性大,粗骨料的下沉速度慢,在相同振动时间内,下沉距离短,稳定性和均匀性好。同时,由于加入高效减水剂，HPC 的水灰比低,自由水少,且掺入超细粉,基本上无泌水,其水泥浆的粘性大,很少产生离析的现象。而自密实混凝土不需机械振捣,在施工现场无振动噪声,可进行夜间施工,混凝土质量均匀,钢筋布置较密或者构件体型复杂时也可进行浇筑,施工速度快,现场劳动小。
3.4 体积稳定性方面
混凝土的体积稳定性是指混凝土在抵抗物理、化学作用下产生变形的能力。混凝土的体积变形包括收缩变形、弹性变形、徐变变形和温度变形。收缩变形是混凝土的固有特性,不均匀的收缩变形会引起混凝土的内应力产生裂缝,影响强度和耐久性;弹性变形是所有材料共有的变形,弹性模量越大,变形越小;徐变变形是混凝土在荷载作用下随时间增加而产生的不利变形,会影响结构的使用安全;温度变形是指混凝土在约束条件下热胀冷缩或者因内外温差而产生的变形。体积稳定性不良的混凝土会产生收缩开裂,使混凝土的抗渗性及其物理、化学、力学性能降低,耐久性下降。影响混凝土体积稳定性的因素很多,包括水泥颗粒的细度、用水量、骨料情况等。
高效减水剂对于改善高性能混凝土胶凝体系收缩有着显著的影响[5]。众所周知，脆性性能是混凝土体积稳定性的一个重要指标，而混凝土强度的拉压比(标准试件抗拉强度与抗压强度的比值)通常可以作为宏观上衡量其脆性的一项最简便、实用的指标，拉压比值的降低就意味着混凝土的脆性增大，即混凝土的体积稳定性有降低的趋势。另外高效减水剂种类不同，其对混凝土试件抗压强度的影响也不同，其中以聚羧酸高效减水剂和氨基磺酸盐高效减水剂对混凝土抗压强度的影响较大，而萘系高效减水剂的影响较小。所以在掺入高效减水剂以改善混凝土体积稳定性时，要根据混凝土配合比及减水剂种类的不同进行全面考虑。
4 结语
综合各方面可以看出，掺入高效减水剂可以大大地改善混凝土的和易性，降低泌水率，增大流动性，显著延长混凝土的初凝时间，使早期的水化放热降低，降低水灰比，减少干缩。在施工中可以延长可振捣时间、减少离析和提高混凝土的均质性。在新拌混凝土和易性相同的情况下，降低水灰比，提高了混凝土的强度，使混凝土致密，因而抗渗性提高。可见高效减水剂对混凝土的高性能化起着至关重要的作用，成为高性能混凝土不可或缺的组分[6]。高效减水剂的开发，可以使高性能混凝土技术在工程实践中得以广泛应用。
参考文献
[1] 彭小芹，马铭彬.土木工程材料[M].重庆大学出版社.2001，94-96.
[2] 宋剑飞，袁海萍，王立新.高性能混凝土中掺加外加剂的应用研究.河北建筑工程学院学报.2007
[3] 胡柳柳，王祥.减水剂对混凝土性能的研究.山西建筑.2007
[4] 初少凤, 施养杭.高性能混凝土的研究现状与应用前景.低温建筑技术.2007
[5] 冯乃谦．高性能混凝土[M]．北京：中国建筑工业出版社，1996．
[6] 唐建华.高性能混凝土的研究与发展现状[J].国外建材科技,2006.