矿物外加剂对混凝土收缩开裂的影响研究

崔源

摘要：在工程项目的建设当中，混凝土属于一种比较常见以及重要的建筑材料，如果混凝土出现收缩开裂的情况，会对结构质量以及项目建设造成非常严重的影响。本篇文章主要对矿物外加剂下混凝土的具体收缩开裂情况进行简单地介绍，希望可以给大家带去一些启发。

关键词：外加剂;混凝土;收缩开裂;矿物外加剂

引言

想要对混凝土当中的耐久性实施研究，就需要对完成混凝土结构当中抗氯离子渗透性的具体研究。尤其是一些沿海地区的混凝土结构，其在使用的过程当中会长时间的遭受氯离子的具体渗透破坏，最终会使得钢筋出现锈蚀的情况，这样以来建筑物的结构就会过早的破坏，最终大大的缩短相应的使用年限。

1相关概述

混凝土收缩以及开裂会对高性能混凝土的制备造成较大的影响，其一直都属于技术瓶颈。如果混凝土处于比较自由的状态，是不会出现开裂情况的。但是在实际的应用过程中，一定会出现对混凝土的约束情况，这一点是不可避免的。在约束状态之下，混凝土的内部会出现拉应力，如果拉应力和自身的抗拉强度相比较较大时，那么就会出现一定的裂缝。通过研究可以表明，混凝土裂缝在早期阶段非常的容易出现。在混凝土的早期阶段，其会不断的硬化，其强度也会不断的增加，与此同时，弹性模量也会得到增加，这样就会造成混凝土的微小收缩也会出现较大的拉应力。比如：弹性模量在发展速率方面会大于混凝土的强度方面，这样就会容易造成开裂的问题。因此，为了对混凝土开裂的情况进行防止，非常多的学者建议在混凝土当中加入相应的减缩剂，膨胀剂、矿物掺合料以及聚丙烯纤维等原料，认为这样会使得裂缝的问题得到解决。但是纵观实际情况，在加入这些掺和料之后，混凝土的开裂情况会大大的加速。与此同时，按照相关研究，发现加入粉煤灰可以使得自收缩得到降低，这样可以强化混凝土的强度[1]。

2矿物外加剂对混凝土收缩开裂的影响分析

传统的矿物外加剂包含非常多的种类，主要为：天然类、工业废料以及人工类等，其作用机理主要包含：填充密实效应、火山灰效应、界面效应以及增塑效应等，近些年来，通过不断的研究，发现把纳米技术更好的运用在混凝土的矿物外加剂当中，具备比较良好的作用，可以改善混凝土的具体堆积效果，释放一些比较多余的自由水，使得顆粒的水膜层厚度得到提高。除此之外，纳米材料具备高化学活性以及催化活性，可以对其以及水化产物进行促进，进而产生大量的结合，与此同时，把纳米矿物外加剂当作晶核，可以在其颗粒表面更好的形成相应的水化硅酸钙凝胶相，进而转变为纳米矿物外加剂为核心的具体网状结构，这样可以对C-S-H胶凝结构实施相应的改善，密度较高的C-S-H凝胶可以取代低密度的C-S-H凝胶，从而使得水泥基复合材料的具体流变性能以及力学性能得到改善，进而达到功能叠加以及活性互补的作用，混凝土将会具备超高的性能化。除此之外，可以更好的实现低水胶比混凝土收缩历程以及相应的矿物外加剂膨胀调控历程之间相互的适应，保障全过程收缩变形可以在普通混凝土水平当中得到控制。这种新型的纳米矿物外加剂在军工、高铁以及桥梁等非常多的工程当中都得到了较好的应用，并且对超高性能混凝土的具体规模化以及常规化制备与应用起到了推动的作用，引领了行业的进一步发展。混凝土外加剂在现阶段对其精细设计以及高技术等实施了改进，保障混凝土由之前的高性能更好的转向超高性能[2]。

3矿物外加剂使用下混凝土收缩开裂预防措施

3.1科学进行外加剂的应用

在单掺方式下，分别在混凝土中加入粉煤灰、矿粉和硅灰，可以看到在加入粉煤灰和矿粉后，裂缝的宽度都在逐步下降，而在加入硅灰中，其裂缝的宽度却在逐步上升。造成该原因主要是因为硅灰比表面积大，在加入硅灰后，会加速水化速度，从而增加混凝土收缩。而在复掺条件下，加入粉煤灰、矿粉和硅灰后，可以看出，当三者比例加起来在45%的时候，其裂缝总宽度最小，并且为空白混凝土的60%。由此可以看出，通过复合的方式在降低混凝土开裂中具有明显效果。同时在单掺条件下，粉煤灰可有效降低混凝土的自收缩。但是与三元复合的条件下相比，其自收缩要明显减少。如在45%的比例条件下其自收缩降低31%，而在相同条件下，单纯采用粉煤灰对砂浆的自收缩只有13%。由此可以看出复掺下三元复合对降低混凝土的自收缩要优于单掺下的自收缩。另外，掺矿物外加剂混凝土的总开裂面积与砂浆的自收缩存在显著相关性。因此，砂浆的自收缩是影响混凝土开裂的一个重要因素。要减少混凝土的开裂问题，可降低砂浆的自收缩出发。

3.2做好温度控制

为满足现代工程结构对混凝土材料提出的高要求，现代混凝土材料常需要在水泥、砂、石和水之外，添加其他胶凝组份和功能组份等，胶凝体系的水化特性一直是混凝土研究的重点，已有不少文献研究了水泥、矿物掺合料复合体系的水化。做好温度管理有一下优势，第一，复合胶凝体系的水化放热速率峰值随温度的升高而增大，随矿物外加剂的掺入而减小。相对于粉煤灰和矿渣，硫铝酸盐型膨胀剂和纳米二氧化硅的掺入可明显缩短诱导期，促进水化放热峰提早出现，并一定程度上增大放热速率峰值。第二，复合胶凝体系水化成核速率与核生长速率均随温度升高近似呈线性增长，相比于水化产物的生长速率，成核速率受矿物外加剂的影响更大。粉煤灰、矿渣等矿物外加剂可加速水化产物的成核速率，但会降低其生长速率，其中膨胀剂和纳米硅的促进作用更为显著。对于低温条件以及掺矿物外加剂体系的模拟结果精度较差。这进一步证实了环境温度、矿物外加剂对水泥水化动力学行为与机制的重要影响。

3.3减缩剂和聚丙烯纤维的应用

减缩剂和聚丙烯纤维能有效抑制砂浆收缩和降低混凝土总开裂面积，提高混凝土抗裂性能。减缩剂主要大幅降低混凝土裂缝根数，而聚丙烯纤维能显著降低裂缝宽度。减缩剂掺量在0.6%～1.2%范围，砂浆的收缩和混凝土的总开裂面积随掺量增加而降低，抗压强度随掺量增加显著降低。聚丙烯纤维的长度对砂浆收缩和混凝土总开裂面积影响相对较小，但对裂缝宽度影响较大，纤维长度为粗集料最大粒径的3/5时，混凝土抗裂性能最佳。聚丙烯纤维掺量较低（0.6Kg/m3）时，纤维对收缩和开裂的抑制效果不明显，随掺量增加（0.9Kg/m3～1.2Kg/m3），混凝土抗裂性能显著提高。混凝土总开裂面积与砂浆收缩的相关性分析表明，减缩剂降低收缩是减缩剂抑制混凝土开裂的主要原因，而聚丙烯纤维抑制混凝土开裂的主导因素不是降低收缩。

结语

总之，单掺以及复掺条件下对混凝土的开裂性能以及收缩性能具备较大的影响，在复掺的具体条件下，可以对混凝土的开裂问题进行大大的改善。与此同时在复掺条件之下，可以使得砂浆的自收缩大大的降低，从而可以使得混凝土的开裂情况减少。新拌性能以及收缩变形属于目前实现混凝土高性能化的一个主要问题，未来需要大力的引导混凝土功能材料的具体原创性研究，重视分子构效的设计，使得矿物外加剂下的具体混凝土开裂问题得到更好的解决。

参考文献：

[1]郭捷菲，刘国建，秦鸿根，崔东霞.功能外加剂对混凝土长期耐久性的影响[J].硅酸盐通报，2014，08：2047-2051.

[2]杜文龙，梁鸿，周天平，曹前锋.水灰比及外加剂对混凝土抗冻性能的影响[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2013，05：129-131.