混凝土(或水泥砂漿)抗裂劑的種類及其作用機(jī)理簡介

　　混凝土及水泥砂漿的抗裂問題是一個(gè)世界級的難題，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，因此會引起表面裂縫。而不均勻沉降將會使混凝土（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)動力，而徐變則以持續(xù)施加的應(yīng)力為驅(qū)動力，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。