减水剂对混凝土耐久性影响浅析

□廖民新(河南省水利第一工程局)

引 言

随着现代化工业高速的发展，混凝土以其优越的性能和低廉的价格成为大量基础设施必不可少的首选材料，其应用量越来越大，应用范围也越来越广泛。目前混凝土已成为世界上用量最大的人造材料，工程结构也对混凝土提出了越来越高的性能要求，这也是当前混凝土材料的发展方向，其突出的表现在：早强、高强、轻质、耐久、低收缩、小徐变等。混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种环境因素作用，长期保持完整性和使用性的能力。由于混凝土耐久性的下降给社会造成了巨大的经济损失，为使混凝土适应社会的可持续发展，在基础设施建设和环境保护这两个同等重要的社会需求之间，人们逐渐认识到混凝土的耐久性更需要被重视。

减水剂是目前研究和应用最广泛的混凝土外加剂，挪威、日本、加拿大和澳大利亚等国的混凝土百分之百都掺有减水剂，美国等国家50%～80%的混凝土也掺有减水剂，我国近40%的混凝土使用减水剂，由此可知减水剂在国内外混凝土中得到普遍应用，而且前景广阔。目前工程上应用的主要有萘系、三聚氰胺系和木素磺酸盐系减水剂。

一、现代混凝土的现状

水泥的成分变化较大，水泥颗粒直径越来越细。近年来生产的水泥中硅酸三钙、铝酸三钙的含量越来越高，导致在极短时间内的水化反应激烈，直接带来混凝土的高水化热、高温差、高收缩量等问题。

混凝土的组成结构发生了很大变化。由于机械化施工、泵送工艺的特殊要求，混凝土的坍落度、骨料粒径都发生了不利于耐久性的变化。混凝土的坍落度的提高，骨料粒径降低，势必要求在混凝土中增加水泥浆体的含量，或者通过各种外加剂来提高其和易性。水泥用量的增加，进一步加剧了水化热，增加了混凝土的徐变及收缩变形；另外不成熟的外加剂产品也是混凝土耐久性的隐患。

掺合料已成为现代高性能混凝土不可缺少的组成部分之一。混凝土掺合料是指以粉煤灰、矿渣微粉、硅灰及其它火山质材料经研磨加工后的矿物超细粉。超细矿粉具有以下特性：表面能量高；对水泥孔隙有微观填充作用；化学活性高。大量试验研究及工程实践表明，掺合料的加入，能改善混凝土微观结构，增加混凝土的密实性，降低透水性和透气性，对减少水化热，降低收缩、徐变作用明显。另外掺合料的加入还可提高混凝土的坍落度，改善混凝土的可施工性能。但矿物掺合料的加入，会降低混凝土的早期强度，影响施工进度，施工单位往往难以接受采纳，这也是客观上造成了大量工程混凝土耐久性出现了劣化的原因之一。

二、混凝土耐久性下降的主要原因

从工程实践上看，混凝土的耐久性下降常常是物理和化学变化综合作用的结果，而且导致混凝土耐久性下降的物理和化学作用都与气体、水、溶解的有害物质以及从混凝土表面进入混凝土内部的渗透过程相关。其物理作用包括：冻融、干湿和高温作用。化学作用包括：硫酸盐侵蚀、酸碱侵蚀、金属腐蚀、溶解与析晶、碳化、收缩和碱集料反应等。混凝土是一种非均匀的多孔材料，在外界介质如二氧化碳、水、氯离子、硫酸盐等的侵蚀作用下，会加速破坏，造成混凝土耐久性下降，其使用寿命也会大大缩短。

混凝土的外加荷载越大，持续时间越长，所产生的徐变也就越大。当徐变应力大于混凝土的极限抗拉强度时，就会在混凝土的内部和表面产生裂缝，这种裂缝比较直观，形成的原因也很简单。

温度变化是造成混凝土裂缝的主要原因之一。水泥的水化反应过程产生大量水化热使混凝土早期升温体积膨胀，后期降温体积收缩。当温度变化引起的体积变形受到限制时，混凝土内部会产生温度应力，当其大于混凝土自身的抗拉强度时就会形成裂缝。实验表明混凝土水化温升越高，弹性模量越高，线膨胀系数越大，温度应力越大，越容易产生温度裂缝。

因此要提高混凝土的耐久性，提高其抵抗外界环境的能力，必须从改善混凝土自身结构缺陷入手。要改善混凝土自身的结构缺陷，则需减少混凝土凝结过程的泌水量，减少混凝土坍落度损失，增大混凝土密实度，增强水化产物的强度，降低混凝土弹性模量等。

三、减水剂对混凝土耐久性的影响

（一）正面影响

大部分研究认为高效减水剂通过减水分散作用减少混凝土拌和用水量，赋予混凝土优异的施工性能和高密实度，并通过改善水泥水化结晶产物的含量、结构、形貌等提高混凝土的耐久性能；其中引气减水剂可改善混凝土内部孔结构，降低混凝土孔隙率，减少有害孔隙，使孔径分布均匀，并可降低混凝土中界面区的结晶水化物取向度，改善界面区结构，提高混凝土抗冻性等耐久性；缓凝减水剂可推迟水泥水化放热峰出现的时间，削弱放热峰的强度，有利于混凝土内部热量的及时消散，以达到减少裂缝的目的。

（二）负面影响

在大体积混凝土施工中，掺加萘系减水剂加速了水泥水化放热速率，导致水泥水化热短时间放出，增加了混凝土泌水量和坍落度损失，也大大增加了混凝土温度梯度和收缩变形，内部拉应力增大导致混凝土结构出现裂缝，从而对混凝土抗渗性等耐久性能产生不利的影响；含氯盐、亚硝酸盐和碳酸盐的防冻高效减水剂在大掺量下会与水泥发生置换而析出碱，碱与集料发生碱集料反应生成碱的硅酸盐凝胶对混凝土造成膨胀破坏，使其开裂损坏；对掺入松香系引气剂AEA，木素磺酸盐系减水剂WRA，三聚氰胺系、聚羧酸盐高效减水剂的混凝土抗压强度及抗氯化物腐蚀性能较差。

四、结论

通过减水剂对混凝土耐久性影响研究可知，部分萘系、三聚氰胺系等减水剂对混凝土耐久性会产生不利的影响，而具有引气、缓凝的高效减水剂则有助于提高混凝土耐久性。综观国内外减水剂对混凝土耐久性影响的研究现状，对于不同种类减水剂对混凝土耐久性能的影响仍缺乏理论指导依据。尽管已有部分学者对减水剂对混凝土耐久性影响的作用机理做了研究，但是仍然缺乏系统、深入、理论化的研究，无法提出减水剂对混凝土耐久性影响的作用规律。如何发挥减水剂对混凝土耐久性的正面作用、避免负面作用缺乏理论指导论据。因此对不同减水剂对混凝土耐久性的影响和作用机理进行深入研究，可为工程正确选用减水剂配制具有良好耐久性的高性能混凝土提供工程和理论指导依据。

[1]张誉,蒋利学,张伟平,屈文俊.混凝土结构耐久性概论[M].上海科学技术出版社,2003.

[2]高勤,王淑芝.论述混凝土裂缝形成的原因及防治措施[J].森林工程,2001.

[3]陈肇元.混凝土结构的耐久性设计方法[J].建筑技术,2003.

[4]熊大玉.国内减水剂新品种的研究与发展[J].混凝土,2001.

[5]王立久,马立国,王宝民.超缓凝剂对混凝土相容性和耐久性的影响研究[J].低温建筑技术,2003.

[6]卢小琳,邓敏,唐明述,高培伟.非萘系减水剂对高性能混凝土性能的影响[J].南京工业大学学报,2003,3.

[7]邱学霞,楼宏铭,邱学青,杨东杰.改性木素磺酸盐高效减水剂对水泥水化及混凝土耐久性的影响 [J].四川大学学报(工程科学版),2005,1.