混凝土(或水泥砂浆)抗裂剂的种类及其作用机理简介

水泥武汉天衣化工有限责任公司喻幼卿 2010-10-09

　　混凝土及水泥砂浆的抗裂问题是一个世界级的难题，它直接影响到混凝土的工程质量与耐久性。

　　不论是混凝土，还是水泥砂浆，产生裂缝的影响因素诸多，但其主要原因有三个：温度变化、干缩和不均匀沉降。温度变化和干缩将会引起混凝土（或水泥砂浆）的收缩，在混凝土（或水泥砂浆）表面引起拉应力，而在内部或下表面引起压应力，因此会引起表面裂缝。而不均匀沉降将会使混凝土（或水泥砂浆）全断面受拉，从而可能引起贯穿性裂缝。无论是表面裂缝，还是贯穿性裂缝都将对混凝土（或水泥砂浆）工程的安全和耐久性带来不利的影响。通常，前者称之为非结构性裂缝（或收缩裂缝），后者称之为结构性裂缝。结构性裂缝的防止要通过设计和施工等环节完成。本文主要介绍通过抗裂剂对混凝土（或水泥砂浆）非结构性裂缝（收缩裂缝）的影响与改良。

　　1混凝土（或水泥砂浆）裂缝成因分析

　　混凝土（或水泥砂浆）产生非结构性裂缝的原因很多，但最主要的原因是由于混凝土（或水泥砂浆）在自身和各种外界因素作用下产生收缩变形所致，因此，非结构性裂缝亦称为收缩裂缝。这种收缩变形在约束的限制下，使混凝土（或水泥砂浆）内产生与收缩方向相反的分布拉应力，当这种分布应力在某个断面积蓄到一定程度形成应力的瞬间最大值σxmax(t)超过该断面的瞬间抗拉强度f(t)时，混凝土（或水泥砂浆）开裂。

　　即 σxmax(t)>f(t) （1）

　　式中, σxmax(t)——混凝土（或水泥砂浆）中最大瞬间收缩拉应力，与混凝土（或水泥砂浆）中分布收缩应力σx(t)的大小有关；

　　f(t)——混凝土（或水泥砂浆）瞬间抗拉强度。

　　混凝土（或水泥砂浆）内的分布收缩应力可按下式计算：

　　σx(t)=kr·e0(t)·ε0(t）·s(t) （2）

　　式中kr——约束系数，取值与约束的刚度有关。当约束无限刚时kr=1，当约束为自由时，kr=0。

　　e0(t)——混凝土（σσ或水泥砂浆）弹性模量。

　　ε0(t)——混凝土（或水泥砂浆）自由收缩应变，与塑性收缩、干燥收缩及温度收缩有关。

　　s(t)——混凝土（或水泥砂浆）徐变松驰系数。

　　徐变和干缩是相互联系的现象，二者有许多相似之处，首先干缩和徐变都起源于水化水泥浆体；其次应变量大致相同；二者的差别是干缩是以温差为驱动力，而徐变则以持续施加的应力为驱动力，但它们的影响因素也大致相同。

　　与此类似，混凝土（或水泥砂浆）抗裂的又一理论：根据混凝土的结构特性和变形性能，提出了用于评价混凝土（或水泥砂浆）抗裂性能的指标-----抗裂参数φ。φ值越大，混凝土（或水泥砂浆）的抗裂性能越好。其表达式为：

　　(3)

　　式中 εp——n天龄期时混凝土（或水泥砂浆）的极限拉伸值；

　　rl——n天龄期时混凝土（或水泥砂浆）的抗拉强度；

　　α——混凝土（或水泥砂浆）的温度变形系数（1/℃）；

　　t——n天龄期时混凝土（或水泥砂浆）的温升（℃）；

　　el————n天龄期时混凝土（或水泥砂浆）的抗拉弹性模量（mpa）。

　　由此可见，抗拉强度、极限拉伸值、弹性模量、水化热及干缩等是影响混凝土（或水泥砂浆）抗裂性能的主要因素。

　　2 抗裂剂的种类及其作用机理简介

　　混凝土（或水泥砂浆）的抗裂剂的种类很多，主要品种有渗透剂、膨胀剂、纤维、减缩剂和界面密实剂（或增强密实剂）等。

　　2.1渗透剂：这种外加剂在国外应用比较多。作用机理是利用渗透性强的有机物渗透、填充到混凝土（或水泥砂浆）毛细孔或微裂缝中，提高混凝土（或水泥砂浆）早期抗拉强度和极限拉伸值，以达到混凝土（或水泥砂浆）抗裂的目的。优点是早期效果好，同时可应用于修复工程。但使用成本高，同时，由于它是有机物，后期有老化问题。

　　2.2 膨胀剂：其作用机理是自身在混凝土（或水泥砂浆）内进行微膨胀，实现混凝土收缩补偿。从而达到提高混凝土（或水泥砂浆）的抗裂性能的目的。但膨胀剂的膨胀率难以控制，膨胀率与其掺量和所处的环境等因素有关，膨胀率太小，起不到补偿的作用；膨胀率过大，将会给砼体积的稳定性带来不利因素。同时，膨胀剂的膨胀与混凝土（或水泥砂浆）的收缩不同步，混凝土（或水泥砂浆）在前5天由于水化热的原因，体积是膨胀的，5天后体积开始收缩，膨胀剂的膨胀源是水，水泥开始水化时，膨胀剂接触到水就开始膨胀， 5天后混凝土（或水泥砂浆）体积开始收缩时，大部分膨胀剂已膨胀了，没有膨胀的也因难以接触到水而无法膨胀。因此膨胀剂对混凝土收缩补偿的作用和效果不明显。此外，膨胀剂在砼中分散不均匀也将给体积的稳定性带来不利因素。

　　2.3 纤维：作用机理是在混凝土（或水泥砂浆）搅拌时加入钢纤维或是塑料纤维，通过自身在混凝土（或水泥砂浆）内布筋的作用，增强抵御拉应力的能力，以达到混凝土（或水泥砂浆）的抗裂的目的。但采用纤维时，不论是钢纤维或是塑料纤维，它们不能提高混凝土（或水泥砂浆）自身的抗裂性能，只能当混凝土（或水泥砂浆）产生裂缝时，抑制裂缝的扩展，因为，它们的极限拉伸值远大于混凝土（或水泥砂浆），当它们的布筋受力时，混凝土（或水泥砂浆）的裂缝已经产生，因此纤维只有限裂作用。同时使用纤维成本特别高。

　　2.4减缩剂：其作用机理是通过改善混凝土（或水泥砂浆）的工作性能，降低其收缩，从而达到抗裂之目的。从上述混凝土（或水泥砂浆）内的分布收缩应力表达式(1)、(2)和(3)可知，影响混凝土（或水泥砂浆）抗裂性能的因素诸多，单纯降低收缩的作用远远不够，因此，减缩剂抗裂效果不显著。

　　2.5界面密实剂（或增强密实剂）：其作用机理是通过促进水泥水化程度，优化水化产物，协同激发活性混合材料与ca(oh)2进行二次水化，以达到提高混凝土中凝胶量，降低孔隙率，改善水泥石及骨料界面的结构，增强凝胶粘结力，使混凝土在抗压强度弱有增长的前提下，抗拉强度和极限拉伸值增长(15～20)%，弹性模量下降（5～10）%，早期水化热明显下降，且最大峰值后延24小时，早期干缩值下降30%以上，能有效提高了混凝土的抗裂性能。该抗裂剂性价比较好，且施工方便，目前正广泛应用各类抗裂工程。

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