普通减水剂对硬化混凝土抗渗性、耐腐蚀性和抗冻融性的影响

    张忠潮 宋彭峰

    【摘?要】减水剂具有改善混凝土和易性、减少单位用水量、改变混凝土的凝结时间等优异性能。本文讨论了普通减水剂对硬化混凝土抗渗性、耐腐蚀性和抗冻融性的影响。

    【关键词】减水剂;硬化混凝土;力学性能;影响

    Effect of ordinary water reducer on impermeability， corrosion resistance and freeze-thaw resistance of hardened concrete

    Zhang Zhong-chao，Song Peng-feng

    （Zhejiang Yixia Construction Co.， Ltd?Shengzhou?Zhejiang?312400）

    【Abstract】Water reducing agents have excellent properties such as improving concrete workability， reducing unit water consumption， and changing concrete setting time. This paper discusses the effects of common water reducers on the impermeability， corrosion resistance and freeze-thaw resistance of hardened concrete.

    【Key words】Water reducing agent;Hardened concrete;Mechanical properties;Influence

    混凝土耐久性是指混凝土在设计使用寿命下抵抗外部和内部不利因素的长期作用，保持其原有设计性能和使用功能的能力。

    混凝土耐久性包括抗渗性;耐腐蚀性，即耐侵蚀性介质（硫酸盐、海水、氯盐等）的性能;抗冻融性;变形，主要是无载荷作用下的干收缩和载荷作用下的徐变;碳化及钢筋锈蚀;碱-骨料反应等。本文讨论了普通减水剂对硬化混凝土抗渗性、耐腐蚀性和抗冻融性的影响。

    1. 抗渗性

    1.1?混凝土抗渗性是指混凝土抵抗内部和外部物质渗透作用的能力。抗渗性决定了水及侵蚀性介质能达到混凝土内部的范围，所以抗渗性是决定混凝土耐久性的重要指标之一。通常认为，硬化混凝土的抗渗性与其孔隙率及孔结构有关。

    1.2?理论上讲，混凝土中掺入普通减水剂可减小水灰比，降低孔隙率，所以有利于提高抗渗性。在保持混凝土工作性和强度不受影响的前提下，掺入普通减水剂以节约水泥为目的时，抗渗性也可提高或至少不会产生不良影响。当然，普通减水剂对混凝土抗渗性的影响与很多因素有关。

    （1）普通减水剂类型。

    掺入低聚糖类、木素磺酸铵、木素磺酸盐与羟基羧酸的混合物均可显著减小混凝土早期及较长龄期的渗透系数，提高其抗渗性。

    （2）20水灰比。

    若混凝土中没有裂缝或连通孔道，则渗透性是水灰比的函数，且水灰比越高，渗透系数越大。例如水灰比为0.4的混凝土基本上是不可渗透的;水灰比为0.55的混凝土，若掺入普通减水剂使水灰比降到0.5，则渗透性几乎可以减半。

    2. 耐腐蚀性

    （1）混凝土耐腐蚀性的直观检测主要是耐海水、地下水等硫酸盐体系腐蚀的性能。海水等含硫酸盐体系对混凝土构件的腐蚀主要发生在表面，所以混凝土的耐腐蚀性与其抗渗性、孔隙率、水泥抵抗硫酸盐腐蚀的能力（主要取决于是铝酸盐含量）等有关。

    （2）当混凝土配合比一定，掺入木质素磺酸盐、羟基羧酸类减水剂以减水、降低水灰比为目的时，水灰比降低，水泥铝酸盐相与硫酸盐之间的反应减弱，所以掺普通减水剂混凝土的体积膨胀率比基准混凝土小，抗渗性提高，抗硫酸盐穿透能力也增强。当然，水泥本身耐硫酸盐腐蚀性低的情况除外。有研究表明，水灰比从0.5降低到0.4，钢筋混凝土封盖的厚度可减小50%。

    （3）当水灰比一定，掺入普通减水剂以改善工作性为目的时，混凝土的水密性提高，蜂窝、孔洞等结构缺陷减少，所以耐硫酸盐腐蚀性增强。

    （4）在保证工作性和强度不受影响的前提下，当掺入普通减水剂以节约水泥为目的时，普通减水剂掺入对混凝土耐硫酸腐蚀性的影响需预先测定。

    （5）此外，鉴于含氯化钙的外加剂、甲酸钙对混凝土耐腐蚀性的负面影响，在耐硫酸盐腐蚀性要求高的混凝土中，应避免掺人促凝减水剂。

    3. 抗冻融性

    抗冻融性是指混凝土抵御冻融循环破坏的能力，或者混凝土在饱水状态下经受多次冻融循环作用后保持强度和外观完整性的能力。

    混凝土经冻融循环后，可能产生表面剥落、开裂甚至裂散，而且冻融循环引起的混凝土表面裂缝除影响其外观外，还会增加水分和空气渗透进入混凝土内部的几率，进而导致钢筋锈蚀。所以抗冻融性是评价严寒地区混凝土及钢筋混凝土结构耐久性的重要指标之一。

    3.1?冻融破坏机理

    关于混凝土的冻融循環破坏机理，学者们曾提出了静水压假说、渗透压假说等。但是由于混凝土结构冻融破坏的复杂性，至今还没有一种完全公认的、全面反映混凝土冻融破坏的机理。一般认为，在结冰温度以下，处于饱水状态下的混凝土内部毛细孔水结冰产生体积膨胀，另一方面，毛细孔水结冰时，凝胶孔水处于过冷状态，过冷水的蒸汽压高于同温度下冰的蒸汽压，促使凝胶孔水向毛细孔中冰的界面渗透迁移。结冰水产生的体积膨胀及过冷水发生迁移都将产生很大的压力，使得混凝土内部结构受损，在多次冻融循环后，损伤逐步加剧，最终导致混凝土表面剥落、开裂甚至裂散。通常情况下，剥落发生在混凝土表层2～3cm范围内。混凝土开裂后，裂缝形成与骨料性质有关。

    3.2?抗冻融性检测方法。

    抗冻融性按国标GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能試验方法》中所规定方法测定。测试试件为28d龄期的混凝土标准试件。测定方法有快速法和慢速法，其中：

    （1）慢冻法适用于以立方体混凝土试件所能经受的冻融循环次数为指标的抗冻等级。试件尺寸依据混凝土中骨料的最大粒径选择。

    （2）快冻法适用于在水中经快速冻融来测定混凝土的抗冻性能，性能指标用100mm ×100mm×400mm的棱柱体试件能经受快速冻融循环的次数或耐久性系数来表示。

    （3）比较而言，快速法冻融循环试验时间短，所以应用较广。

    3.3?抗冻融性影响因素

    混凝土的抗冻融性与其水灰比、含气量、孔隙分布、水泥浆和骨料的饱和度等有关。

    3.3.1?普通减水剂。

    （1）当混凝土中掺入普通减水剂以减水、减小水灰比为目的时，水灰比降低使得混凝土结构中可冻结的游离水减少，从而有利于提高抗冻融性。有研究表明，80%的掺普通减水剂混凝土试件的抗冻融性比基准混凝土试件平均提高39%。

    （2）当混凝土丁作性和强度一定，掺入普通减水剂以节约水泥为目的时，掺普通减水剂混凝土的抗冻融性也比基准混凝土提高，其原因可能是混凝土中容易受冻害影响的水泥基体减少。

    （3）此外，混凝土中骨料含量增大，一定程度上更有利于压力分散，从而有利于抗冻融性提高。

    3.3.2?引气减水剂。

    （1）掺用普通减水剂虽然可以提高混凝土的抗冻融性，但仍不能满足混凝土对抗冻融性的要求。而掺用兼有减水和引气功能的引气减水剂，由于其引气作用，混凝土中引入一定量的独立微小气泡，可缓解结冰和过冷水迁移所产生的膨胀压力集中，所以有利于提高其耐久性。

    （2）当然，也有文献报道掺引气减水剂混凝土的耐久性降低，其原因可能是含气量不足或孔隙分布不均匀。这也表明与掺用引气减水剂相比，普通减水剂和引气剂分别掺入更有利于保证混凝土体系充足的含气量和均匀合理的孔隙分布。

    参考文献

    [1]?张雄. 张永娟. 现代建筑功能材料 [M]. 化学工业出版社，2009.

    [2]?王元，茹忠亮等.抗除冰盐混凝土的研究与应用.混凝土，2002.

    [3]?H.索默编.高性能混凝土的耐久性.北京：科学出版社，1998.

    [4]?陈建奎. 《混凝土外加剂原理与应用》中国计划出版社， 2004.