高效减水剂、粉煤灰在混凝土中的作用

陈 萍

（南平市建通工程检测有限公司 353000）

1 引言

混凝土作为建筑行业中最常见的建筑材料，被广泛应用到各种建筑当中。在建筑施工过程中，往往会在调制混凝土的过程中增加一些添加剂或者粉煤灰，不仅提升了混凝土强度和耐久度，而且还具有良好的经济效益。因此，研究高效减水剂和粉煤灰在混凝土中的作用具有重要的现实意义。

2 粉煤灰在混凝土中的作用

2.1 提高混凝土的抗裂性和抗渗透性

（1）抗裂性：当混凝土凝固后，由于水泥凝固形成的毛细孔道，往往会导致混凝土出现渗漏问题或者收到侵蚀。通过在混凝土中加入粉煤灰，利用粉煤灰颗粒中的玻璃球体，降低混凝土的内摩擦力，对混凝土孔结构进行改善。与此同时，粉煤灰能够降低水泥在水化作用时产生的热量，进一步降低了混凝土凝固过程中，因温差过大导致出现的裂缝。

（2）抗渗透性：粉煤灰本身可以形成水化硅酸钙等凝胶材料，对混凝土中因水泥产生的毛细孔隙进行填充，减少孔隙数量和大小，从而提升了混凝土的密实度，降低了可能出现的渗透问题。随着时间的推移，粉煤灰的火山灰活性能越来越强，对后期混凝土的抗渗透性能提升更多。

2.2 抗钢筋锈蚀能力

大量的数据研究表明，当在混凝土中添加70%以下的粉煤灰时，混凝土的pH值高于钢筋表面钝化膜破坏的临界值，可以很好的降低钢筋产生腐蚀的几率。

2.3 提高抗冻融性

（1）粉煤灰的活性效应，对氢氧化钙进行了消耗，导致混凝土不易因冰冻产生裂隙；

（2）粉煤灰提升了混凝土的密实度，降低了混凝土内部的孔隙数量和孔径大小，从而提升了混凝土的抗冻性能。

2.4 抗氯离子渗透能力

通过大量的试验表明，在混凝土中添加30～40%的粉煤灰后，混凝土中的粉煤灰由于火山灰反应，产生的凝胶堵塞了毛细孔隙，提升了混凝土的抗渗透性能，混凝土的氯离子扩散明显低于未添加粉煤灰的混凝土。

2.5 抗硫酸盐能力

通过在混凝土中添加粉煤灰，可以有效的降低水泥的使用量，从而降低了混凝土中水泥因水化而产生的氢氧化钙的数量。与此同时，由于粉煤灰的活性成分的火山灰产生化学反应，又消耗了一定量的氢氧化钙，从而降低了硫酸盐对混凝土的腐蚀速度。

2.6 抗碳化性

当混凝土产生碳化时，会导致混凝土内部的钢筋因碱性环境发生改变，而产生生锈腐蚀，进一步引起混凝土内部产生变形，出现裂缝以及剥落的问题。此外，混凝土的碳化还能导致其产生收缩，从而在其表面形成很多细微裂缝，影响混凝土的强度和抗渗透性能。

通过在混凝土中添加粉煤灰，会有以下两方面的作用：

（1）由于粉煤灰的加入，混凝土中的水泥材料相对应的减少，因水泥水化产生的氢氧化钙也相对应的减少，再加上粉煤灰对氢氧化钙的消耗，会导致混凝土的碱度降低，导致混凝土出现碳化的可能性大大增加；

（2）由于粉煤灰可以提升混凝土的抗渗透性能，降低混凝土内部的孔隙数量，提升混凝土的密实度，在一定程度能够遏制混凝土出现碳化。

从整体的角度来看，粉煤灰的抗碳化性能还达不到混凝土的要求，可以通过掺杂矿渣粉与粉煤灰的混合物的方式提升混凝土的抗碳化性能。

3 高效减水剂在混凝土中的作用

3.1 对新拌混凝土性能的作用

（1）减水作用：使用高效减水剂，减水率高达20～30%。可以有效的降低水泥水化过程中对混凝土的影响；

（2）引气作用：通过添加减水剂，利用减水剂对水的表面张力的降低作用，提升混凝土的引气作用。如图1所示，高效减水剂对水的表面张力基本没有降低作用，引气作用几乎没有。

图1 各种减水剂溶液浓度和表面张力的关系

（3）凝结时间：前文提到，不同的减水剂对混凝土的凝结时间影响不同，部分不会对混凝土的凝结时间造成影响，部分会减慢混凝土的凝结时间，甚至有些会加快混凝土的凝结时间。在进行施工过程中，可以根据工程的实际需要，选择相对应的高效减水剂。

（4）坍落度和坍落度损失：通过高效减水剂的加入，可以提高混凝土的坍落度。不同类型的高效减水剂对混凝土的坍落度影响不同。

3.2 对硬化混凝土性能的作用

（1）强度提升：高效减水剂的使用，可以降低在进行混凝土配置过程中水的使用量，减弱了水泥的水化作用，从而降低了因水化作用产生的孔隙数量。同时，由于高效减水剂还具备良好的分散水泥的作用，因此，其可以提升混凝土的密实度，增强混凝土硬化后的强度。

（2）收缩性能：当采用的高效减水剂是为了降低混凝土的用水量时，混凝土的收缩性能将得到降低；如果采用的高效减水剂是为了增加混凝土的坍落度时，混凝土的收缩性能将略微提升。

3.3 对混凝土耐久性的影响

（1）抗冻融性：通过高效减水剂的使用，提升了混凝土的强度以及轻微的引气作用，当遇到寒冷天气时，混凝土的抗冻性能得到显著的提升。

（2）硫酸盐侵蚀：通过大量的数据研究表明，由于高效减水剂降低了水泥的使用量或者减少了水泥的水化作用，导致因水化作用产生的氢氧化钙数量明显减少。在遇到硫酸盐等侵蚀时，添加了高效减水剂的混凝土的抗腐蚀性能，明显要高于空白混凝土的抗腐蚀性能。

3.4 对钢筋混凝土性能的影响

（1）对钢筋和混凝土粘接力的影响：通过加入高效减水剂，可以明显提升钢筋与混凝土之间的粘接力。具体数据表现为，对于普通混凝土中的粘接力由原来的1.2MPa，提升到了8.5MPa；对于弯曲的钢筋，则由原来的15.0MPa提升到了27.5MPa。

（2）对钢筋锈蚀的影响：高效减水剂的添加，增强了混凝土的密实度，同时确保了混凝土的碱性高于钢筋表面钝化膜破坏的临界值，再加上减少水的用量，可以有效的提升混凝土内部钢筋的抗生锈腐蚀性能。

4 减水剂、粉煤灰在混凝土中的实例应用

某跨线桥大修工程，在进行混凝土配比过程中，引入了新型高效减水剂和粉煤灰。混凝土设计强度要求为C30，浇筑厚度约为10～20cm，并增设了15cm×20cm的钢筋网。为了确保混凝土满足工程的耐久性和抗压强度要求，特针对减水剂和粉煤灰的添加进行了试验。

4.1 实验室试配调整

根据设计要求的配合比，对每立方米的混凝土材料用量进行了试配。在试验过程中，采用0.01m3的材料用量进行拌合（如表1所示）。在试验过程中首先在铁板上喷洒适量的水，用来混凝土拌合过程中水分的补充，然后按照表1的用量按照砂、水泥、粉煤灰、减水剂的顺序进行加料，并在拌合均匀后加入碎石，此过程中加入50%质量的水进行1min的拌合；最后加入另外50%质量的水进行拌合2min。

表1 混凝土材料用量

4.2 试验结果分析

通过试验发现由于粉煤灰的添加，有效的降低了水泥的使用量，且粉煤灰起到了较好的胶结和稳水的作用，有效的避免了混凝土在长时间振捣时产生离析分层的问题。通过减水剂的掺加，降低了混凝土拌合过程中水量的使用量，节约了成本的同时，提高了混凝土的拌合质量。尤其是7d的抗压强度达到设计要求的105%，28d的抗压强度达到了设计要求的136%（如表2所示）。

表2 不掺外掺剂强度相同时的每立方米材料用量

5 结语

综上所述，随着建筑行业的快速发展，混凝土的使用率也越来越高。如何提升混凝土的强度和性能，成为施工企业研究的重点。高效减水剂、粉煤灰的投入使用，有效的提升了混凝土的性能，在强度、抗腐蚀性、抗渗透性能方面都得到了加强，保障了建筑施工的质量。相关工作者应当加强自身专业能力，在进行混凝土调制时，结合工程实际情况，选择合适的高效减水剂以及比率恰当的粉煤灰，从而最大限度的提升混凝土的性能，确保建筑施工的质量符合设计要求，推动我国建筑行业的可持续发展。