常用外加剂对混凝土抗折强度的影响

徐海铭 ，梁旭之 ，陈 伟

（1.四川高速公路建设开发集团有限公司，四川成都 610000；2.贵州省遵义市公路局，贵州遵义 563000；3.云南大永高速公路建设指挥部，云南大理 671000）

0 引言

近年来，交通运输行业的重载、大流量成为常态，导致路面过早产生破坏，这对混凝土路面抗折强度提出了更高要求，因此如何提高混凝土抗折强度成为亟需解决的问题。混凝土抗折强度主要取决于水泥砂浆和粗集料两相结合的界面过渡区[1]，因为在水化早期该区域的水泥浮浆水灰比较大，密实度较小，裂缝往往沿着界面过渡区发展。除原材料、配合比、施工工艺等影响外，外加剂对于混凝土的抗折强度影响也很大[2]，因此深入总结外加剂对于混凝土抗折强度的影响具有重要意义。

1 常用外加剂对混凝土抗折强度影响

1.1 减水剂对于混凝土抗折强度的影响

减水剂通过破坏水泥浆体的絮凝结构，大幅降低拌和所需用水，从而降低混凝土水灰比，增加其抗折强度。周云[3]对比了不同掺量下木钙类、萘系类和聚羧酸减水剂对于混凝土抗折强度的影响规律，结果表明，仅从抗折强度大小变化而言，三种减水剂增强作用按顺序依次为：木钙类、萘系类和聚羧酸减水剂，但是考虑混凝土的工作性之后，聚羧酸减水剂的效果最好，泌水状况也得到改善。Jhatial[4]细致探讨三种减水剂（BASF Rheobuild 850、561、858）不同掺量下对混凝土抗折强度的影响，结果表明减水剂对混凝土的抗折强度起着有利作用。刘斯凤[5]测试了不同种类减水剂过掺后C30 混凝土28d 的抗折强度，发现萘系减水剂过掺会导致混凝土试块28d 抗折强度降低约16.2%，这可能是由于萘系减水剂中含有硫酸钠，在后期可能产生结晶析出影响混凝土强度。

1.2 早强剂对于混凝土抗折强度的影响

早强剂一般分为无机盐类、有机盐类与复合型三种，旨在加速水泥水化进程，提高混凝土的早期强度而不对混凝土的后期强度产生过大影响，满足工程实际需要。马建斌[6]通过抗折强度试验确定了甲酸钙和乙酸钙对水泥砂浆的早期抗折强度影响，结果表明两种外加剂最佳掺量分别为1%和0.5%，超过这个掺量其抗折强度反而会下降。叶东忠[7]探讨了3 种不同早强剂对水泥胶砂的早强效果，发现其增强效果从大到小依次为：硫酸钠、氯化钙、三乙醇胺，水泥胶砂试样的3d 抗压强度在掺3%硫酸钠时最高，比空白组提高了35%。他还利用扫描电镜观察了水泥胶砂水化1d 的微观结构图，发现掺加早强剂的水泥砂浆硬化后结构致密，提高了水泥胶砂的早期强度。复合型早强剂可以扬长避短，是未来早强剂发展的方向。罗麒[8]通过SEM、TG 和XRD 等手段研究了复合早强剂对封孔水泥3d 抗折强度的影响，结果表明加入复合早强剂后，3d 龄期的水泥净浆均出现大量棒状钙矾石晶体，提高了水泥净浆的强度。目前，虽然很多复合型早强剂都有不错的效果，但仍要注意避免传统早强剂各自不利的一面对混凝土性能产生影响。

1.3 缓凝剂对于混凝土抗折强度的影响

缓凝剂是一种常见的水泥添加剂，其作用为延长水泥凝结时间、降低早期水化热，从而提高施工效率，且不会对混凝土的长期性能产生不利影响。Zha L[9]研究了糖类缓凝剂对C3S 和OPC水化的影响，结果表明糖类缓凝剂抑制了第二阶段水化，加速了第三阶段水化，因此混凝土强度前期会降低，但是后期强度几乎不受影响，这是因为缓凝剂的存在使水泥水化更充分、水化产物分布更均匀。段永辉[11]通过实验观察了掺适量缓凝剂的混凝土前中期力学性能，掺加0.7%柠檬酸缓凝剂的早期抗折强度比未掺的要低66.0%，但是当龄期达到3d 时，掺加缓凝剂的混凝土抗折强度增长迅速，反超了空白对照组，且28d 后的抗折强度保持高于未掺缓凝剂的混凝土。但是，过量的缓凝剂则会导致水泥得不到充分水化，这样混凝土的抗折强度不仅前期会降低，中后期也会受到影响。段永辉[11]在实验中观察到混凝土的抗折强度随着缓凝剂的掺量增大呈现先增大后减小的状态，因此提出碳纤维缓凝剂掺量应在0.2%以下，棉纤维缓凝剂掺量应在0.05%以下。

1.4 引气剂对于混凝土抗折强度的影响

引气剂能在混凝土拌和过程中引入大量均匀、密闭、稳定的气泡，提高混凝土的匀质性，从而改善混凝土拌合物的性能。关于引气剂对混凝土抗折强度的影响，相关研究结果出现两种结论[12]：①随着含气量的增大，混凝土抗折强度会呈下降趋势；②抗折强度随含气量的变化有先增大、后减小的过程，即含气量在3%～5%的时候抗折强度最高。这可能与混凝土的水灰比与强度有关，水灰比较低、抗折强度较高时，增大含气量对界面过渡区功能改善不明显，反而可能使水泥浆体有效断面减小，强度降低。

即使混凝土抗折强度会随着含气量的升高先增大后减小，但相比于素混凝土是提高的。这是因为在含气量为3%～5%时，气泡的存在使水泥浆总体积增大，离析和泌水减少，混凝土均匀性提高，从而提高混凝土抗折强度。

1.5 抗折剂对于混凝土抗折强度的影响

抗折剂是一种溶解度较低的化学物质，能与水泥和水共同作用，生成许多纤维状的物质，在微观上改善混凝土的内部结构，提高水泥石的抗弯拉强度和水泥石与骨料的界面粘接强度。黄利频[13]研究了3 种抗折剂对混凝土的抗折强度影响，结果表明，抗折剂是一种集减水、早强、提高韧性等多功能为一体的新型复合外加剂，其不仅对28d 抗折强度提高显著，最高可达8.68MPa，还能降低水泥用量，使早期开裂趋势大大降低；而对早期抗折强度作用明显的抗折剂能使7d 抗折强度就符合设计要求，缩短养护周期，能够尽早开放交通。黎霞[14]对抗折剂掺量对混凝土抗折强度影响规律进行研究，发现随着抗折剂掺量的增加，混凝土的抗折强度出现先增大后减小的趋势，并且掺入抗折剂的混凝土强度都高于不掺抗折剂的混凝土。还观察了掺加抗折剂混凝土的试件破坏特征，分析可知，普通混凝土破坏时，裂缝呈直线发展；而掺加抗折剂混凝土的裂缝为呈斜线发展，且主裂缝周围出现许多细微的小裂缝，这说明抗折剂不仅改变了混凝土内部的受力环境，而且使混凝土的破坏成为混凝土材料整体的内部破坏，提高了混凝土的抗折强度。

2 总结与展望

纵观国内外几种常见外加剂对混凝土抗折强度的影响综述可以发现，现阶段的研究成果主要包括：

（1）减水剂、早强剂与引气剂对于混凝土的早期抗折强度是有利的，但是对于中长期抗折强度则要视具体外加剂种类而定；适量缓凝剂的加入会混凝土早期抗折强度降低，但是28d 左右混凝土抗折强度便会赶上甚至超越空白对照组。

（2）对于水灰比较大，强度较低的混凝土，其抗折强度随引气剂的加入出现先增后减的情况；而水灰比较低、混凝土强度较高的时候，引气剂的加入可能对改善混凝土抗折强度不明显。

（3）一般而言，减水剂的过掺对混凝土长期抗折强度影响不大，但是萘系减水剂过掺会使混凝土抗折强度降低。缓凝剂过掺则会导致水泥水化不充分，混凝土抗折强度降低。

（4）混凝土外加剂开发及应用是朝着更加新型、复合、高效的方向发展，例如早强减水剂、缓凝减水剂或双组分复合型超缓凝剂等，这样可以利用某一种外加剂或外掺材料的优点补足另一种外加剂的短板，实践证明有着良好的成效。