外加剂对混凝土开裂性能的影响

李宝珍 陈一新

（浙江交工路桥建设有限公司，浙江 杭州 310051）

混凝土的塑性收缩是造成早期裂缝的重要原因之一，当混凝土中的水分蒸发速度超过其泌水速度，且近表面的混凝土强度又不足以抵抗因收缩受到限制所引起的应力时，就会产生开裂现象。混凝土工程裂缝按成因可以分为四类：混凝土收缩变形约束裂缝、混凝土结构受力裂缝、混凝土化学反应胀裂、混凝土的塑态裂缝。其中收缩变形约束裂缝是在土木工程结构中比较容易出现，且在现实问题中也比较多的一种。影响混凝土收缩开裂的因素有很多，外加剂就是其中重要的一项。

一、混凝土收缩变形约束裂缝的因素

塑性收缩、硬化型收缩、失水型收缩、碳化型收缩，是混凝土的收缩的主要类型。

1、塑性收缩：混凝土浇筑后 4～5个小时后，水泥会出现水分蒸发和沁水等水化反应激烈现象，引起了失水型收缩，同时自重引起骨料下沉，此时混凝土还没有硬化，骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉降和收缩变形，称为塑性变形。骨料下沉过程中若受到钢筋骨架的阻拦，就会沿钢筋方向开裂。因硬化前沉实不均匀在构件竖向变截面处如T型梁、箱型梁、腹板与底板的交接处将在表面沿腹板方向开裂。混凝土的终凝前强度很小甚至可以说强度几乎为零是塑性裂缝产生的主要原因。受高温或风力影响，混凝土刚刚终凝而强度很小时表面过快失水，使混凝土体积迅速收缩将在毛细管中产生较大的负压，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩而产生的应力，因此产生裂缝。

2、硬化型收缩：亦称自生收缩，即混凝土在水化硬结过程中，由于水泥颗粒不断水化，毛细管及各空隙游离水逐渐与水泥矿物质水化，转化为凝胶及结晶形成水泥石体积略有收缩。3、失水型收缩：即混凝土内水分不断蒸发，引起显著的体积收缩。换言之混凝土中存在极细的空隙（毛细管），水从毛细管中溢出造成干缩。

4、碳化型收缩：大气中的CO2与水泥的水化产物发生化学反应而造成的收缩变形称为碳化型收缩。碳化收缩与二氧化碳浓度成正比只有在湿度 50%左右才能发生。总之，产生裂缝是随着温度、湿度的变化，混凝土要伴生胀缩变形，而收缩变形受到约束作用，则伴生拉应变和拉应力，拉应变或拉应力超过混凝土的承受能力时。混凝土工程结构在施工期间及而后在使用期中，其温度、湿度出现升降变化，并由此引发收缩变形的情况是常有的，而收缩变形受到来自外部、内部的约束作用常也难免，但混凝土抗拉能力却又很弱。所以，混凝土工程结构是比较容易出现收缩裂缝的，现实问题也比较多。

二、混凝土收缩性能中外加剂的影响

1、混凝土收缩性能中减水剂的影响

减水剂能减少拌合用水量提高混凝土强度，这些是在混凝土和易性及水泥用量不变条件下；或，节约水泥用量的外加剂是在和易性及强度不变条件下。减水剂能够降低水灰比，这对降低混凝土收缩开裂是有利的一面。但是，在施工实践中发现，掺入减水剂的混凝土初期水泥水化速度快，热量集中释放大，虽然减水剂的使用减少了混凝土中的水泥量，但由于需要考虑影响混凝土强度的种种因素，混凝土中水泥用量比理论计算的普遍偏大，因此水泥用量实际并未减少。高强度混凝土水泥用量往往较大，水灰比的降低并不能抵消大量水泥水化时集中释放的水化热对混凝土收缩开裂产生的不利影响。试验研究表明，在同等混凝土配合比条件下，掺入减水剂的混凝土的流动性增大，同时混凝土的早期收缩和总收缩量也显著增大，24h内增幅大。在保持坍落度相同条件下，减少用水量，掺减水剂的混凝土的早期收缩和总收缩将进一步增大，且随水泥用量增加，收缩增大更显著。而影响不大的是未掺减水剂的混凝土则。因此，对掺减水剂的混凝土应特别加强早期施工养护，选择水化热较低的水泥，适当的控制减水剂用量，是减少混凝土收缩开裂的重要因素。

2、混凝土收缩性能中缓凝剂的影响

缓凝剂能够减少混凝土塌落度损失，缓凝剂是延缓混凝土凝结时间而对后期强度无明显影响的外加剂可降低混凝土内水化热。适当的缓凝能够防止混凝土结构内因内外温差而产生的温度应力造成的混凝土开裂。掺入缓凝剂的混凝土水化物生成较慢，要使混凝土硬化强度增大则水泥颗粒的空隙使生成的水化物分布更均匀。目前在大体积泵送混凝土及商品混凝土施工中，掺用大量缓凝剂以减少混凝土坍落度损失。在夏季高温施工中，混凝土适当的缓凝可降低混凝土内水化热。凝结缓慢的混凝土长期处在塑性状态下，表面水分蒸发大，模板、底基同时也大量吸水。

3、混凝土收缩性能中引气剂的影响

掺入适量引气剂的混凝土沁水沉降降低，收缩量减少，抗拉强度提高。引气剂的掺入还可增大混凝土的徐变，从而提高混凝土的抗裂性能，这对混凝土减少收缩开裂是十分有利的。但是，过量的引气剂掺入会降低混凝土抗压强度，加大混凝土沁水沉降，导致水泥浆与骨料及钢筋的粘结性能下降，引起混凝土的早期开裂。因此控制引气剂的掺入量对防止混凝土的收缩开裂是十分重要的。

4、混凝土收缩性能中减缩剂的影响

在使用其它混凝土外加剂的同时掺入适量的膨胀剂可有效地防止混凝土收缩开裂。但是，由于施工不当、产品缺陷等原因，膨胀剂往往达不到预期的效果。膨胀剂对预防高强混凝土裂缝开展效果不大。实验证明，掺用膨胀剂的混凝土，初期养护不当，混凝土的裂缝会加大。80年代初期减缩剂研制成功。减缩剂作用和机理的试验研究表明，减缩剂的掺入大幅度的降低了混凝土的干燥收缩值，小幅度的提高了混凝土塑性收缩抗裂能力，在一定程度上降低了砂浆的力学性能。从塑性抗拉强度、表面水份蒸发率和孔结构三个角度试验分析是对减缩剂的作用机理，结果表明：减缩剂的掺入能显著地降低混凝土毛细孔水的表面张力，减少了毛细孔失水时的收缩应力，增大了毛细孔水的粘度，减少了混凝土收缩值。从工程实践看，减缩剂使用效果佳，且不受养护条件限制。但是由于减缩剂生产成本高，目前应用不广泛，有待于企业进一步研究开发以降低其成本，从而普及应用。

5、混凝土收缩性能中膨胀剂的影响

掺用膨胀剂的作用是利用约束下的膨胀变形来补偿收缩变形，将早期膨胀和结束湿养护后的收缩相叠加，从而避免混凝土结构中裂缝的产生。而且有些膨胀剂还可以使混凝土的沁水率降低，这主要是因为膨胀剂需水量大，早期水化速度快，体系黏度增大，进而导致沁水率降低，使得混凝土塑性收缩减少。但由于膨胀剂产品的种种缺陷以及施工不当提到膨胀剂不得不提的是，使用膨胀剂的工程事故较多。此时，可以考虑使用减缩剂。降低混凝土孔隙水的表面张力，从而减小毛细孔失水时产生的收缩应力是减缩剂的主要作用机理。另一方面，减缩剂增强了水分子在凝胶体中的吸附作用，进一步减小混凝土的最终收缩值。

结束语

减水剂加速水泥水化，早期集中释放水化热大，易引起混凝土收缩开裂。掺入过量缓凝剂的混凝土长期处于塑性状态，易引起混凝土塑性收缩。减缩剂可有效控制混凝土收缩开裂。引气剂对防止混凝土收缩开裂效果显著，但掺入量过大会加大混凝土收缩开裂。

[1]陈小莉.外加剂对混凝土干缩的影响研究[J].建筑技术与应用，2011（07）.

[2]胡红梅.外加剂对混凝土抗裂性能影响的试验研究[J]，福建建材，2012（03）.

[3]阮承祥.混凝土外加剂及其工程应用[M].南昌：江西科学技术出版社，2009.