混凝土(或水泥砂漿)抗裂劑的種類及其作用機理簡介

混凝土及水泥砂漿的抗裂問題是一個世界級的難題，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：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的收縮，在混凝土表面引起拉應(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，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非結(jié)構(gòu)性裂縫的影響與改良。

1混凝土裂縫成因分析

混凝土產(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度f(t)時，混凝土開裂。

即 σxmax(t)>f(t)

式中, σxmax(t)——混凝土中最大瞬間收縮拉應(yīng)力，與混凝土中分布收縮應(yīng)力σx(t)的大小有關(guān)；

f(t)——混凝土瞬間抗拉強度。

混凝土內(nèi)的分布收縮應(yīng)力可按下式計算：

σx(t)=kr·e0(t)·ε0(t）·s(t)

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kr=1，當(dāng)約束為自由時，kr=0。

e0(t)——混凝土彈性模量。

ε0(t)——混凝土自由收縮應(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，提出了用于評價混凝土抗裂性能的指標(biāo)-----抗裂參數(shù)φ。φ值越大，混凝土的抗裂性能越好。其表達(dá)式為：

(3)

式中 εp——n天齡期時混凝土的極限拉伸值；

rl——n天齡期時混凝土的抗拉強度；

α——混凝土的溫度變形系數(shù)；

t——n天齡期時混凝土的溫升；

el————n天齡期時混凝土的抗拉彈性模量。

由此可見，抗拉強度、極限拉伸值、彈性模量、水化熱及干縮等是影響混凝土抗裂性能的主要因素。

2 抗裂劑的種類及其作用機理簡介

混凝土的抗裂劑的種類很多，主要品種有滲透劑、膨脹劑、纖維、減縮劑和界面密實劑等。

2.1滲透劑：這種外加劑在國外應(yīng)用比較多。作用機理是利用滲透性強的有機物滲透、填充到混凝土毛細(xì)孔或微裂縫中，提高混凝土早期抗拉強度和極限拉伸值，以達(dá)到混凝土抗裂的目的。優(yōu)點是早期效果好，同時可應(yīng)用于修復(fù)工程。但使用成本高，同時，由于它是有機物，后期有老化問題。

2.2 膨脹劑：其作用機理是自身在混凝土內(nèi)進(jìn)行微膨脹，實現(xiàn)混凝土收縮補償。從而達(dá)到提高混凝土的抗裂性能的目的。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，膨脹劑的膨脹與混凝土的收縮不同步，混凝土在前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，膨脹劑接觸到水就開始膨脹， 5天后混凝土體積開始收縮時，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：作用機理是在混凝土攪拌時加入鋼纖維或是塑料纖維，通過自身在混凝土內(nèi)布筋的作用，增強抵御拉應(yīng)力的能力，以達(dá)到混凝土的抗裂的目的。但采用纖維時，不論是鋼纖維或是塑料纖維，它們不能提高混凝土自身的抗裂性能，只能當(dāng)混凝土產(chǎn)生裂縫時，抑制裂縫的擴展，因為，它們的極限拉伸值遠(yuǎn)大于混凝土，當(dāng)它們的布筋受力時，混凝土的裂縫已經(jīng)產(chǎn)生，因此纖維只有限裂作用。同時使用纖維成本特別高。

2.4減縮劑：其作用機理是通過改善混凝土的工作性能，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界面密實劑：其作用機理是通過促進(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)，增強凝膠粘結(jié)力，使混凝土在抗壓強度弱有增長的前提下，抗拉強度和極限拉伸值增長(15～20)%，彈性模量下降%，早期水化熱明顯下降，且最大峰值后延24小時，早期干縮值下降30%以上，能有效提高了混凝土的抗裂性能。該抗裂劑性價比較好，且施工方便，目前正廣泛應(yīng)用各類抗裂工程。