渗透结晶型外加剂对混凝土力学性能影响研究★

李佳鹏 戚轶轩 李泓辛 赵子政 万 涛 刘 瑶

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

混凝土作为传统的建筑材料已广泛应用于众多领域。然而，由于疲劳效应、腐蚀效应和老化等不利因素的影响，在使用过程中混凝土结构不可避免地会产生微裂缝和局部损伤，且结构在振动荷载、失水干缩、沉降和腐蚀介质的作用下产生的开裂渗漏是不能预期的，严重影响混凝土的抗渗性能以及耐久性。

因此，改善和增强混凝土的抗渗性能对于提高混凝土的耐久性具有重要的意义。目前，具有自我诊断的智能自修复材料已成为新材料前沿的研究重点之一。国内外的研究表明，掺有活性掺合料的混凝土破坏后其存在自愈合现象，目前对水泥基渗透结晶外加剂在工程应用性研究比较多。为了研究掺入渗透结晶外加剂对混凝土力学性能的提高程度，本文探讨了加入Penetron Admix外加剂对混凝土性能的影响效果。

1 外加剂的主要特性

1.1 渗透结晶外加剂的作用机理

水泥基渗透结晶型外加剂材料是一种环保安全的粉状防水剂，稳定性好，制备混凝土材料时直接加入能够与水泥基体紧密结合，其活性化学物质与混凝土中的Ca(OH)2、水等化学反应生成不溶于水的晶体，填充、封堵毛细孔和收缩裂缝，从而起到抗渗作用，改善整个基体结构的致密性和整体性。

1.2 材料的性能指标

水泥基渗透结晶型外加剂，主要矿物成分是由C3S，C2A，石英砂和多种活性成分配制而成的粉状材料，在混凝土搅拌过程中加入，从而达到防水抗渗的目的。主要性能指标实测值见表1。

表1 水泥基渗透结晶型外加剂主要性能指标 %

2 试验方案

2.1 配合比设计

按照混凝土强度等级C30进行配合比设计，水灰比取0.45。取渗透结晶外加剂等质量替代水泥的量分别为0.6%,0.8%,1%,1.2%进行分析，最后确定最佳掺量1%。对应的试验试件用标号P表示，对照混凝土的标号用C来表示。按JGJ 55—2011普通混凝土配合比设计规程要求进行配合比设计。两种混合物配合比如表2所示。

表2 混合物配合比

2.2 渗透结晶混凝土的制备

试验中所采用的原材料为：P.O42.5普通硅酸盐水泥、天然河砂、连续级配碎石，粒径5 mm～40 mm、普通自来水。本文仅按照渗透结晶外加剂掺量为1%情况下制备改性混凝土和对照混凝土，采用“干拌法”掺入Penetron Admix到混凝土试件中。

2.3 试验方法

混凝土的力学性能试验参照GB/T 50081—2019混凝土物理力学性能试验方法标准测试方法进行。抗压和劈裂抗拉强度试验均采用边长为100 mm的立方体试件模制，每种混凝土分别浇筑3组试件，对浇筑好的试件在标准条件下养护28 d后各取一半试件在液压机上进行抗压强度和抗拉强度的试验。每种混凝土制备3组试件，取3个测试试样的平均值，数值精确到0.01 MPa。

3 试验结果与分析

3.1 抗压强度试验结果分析

对照混凝土试样在压缩破坏时表面出现了轻微的剥落现象，并且出现了微小的竖向裂缝，而掺有结晶外加剂的混凝土结构表面未见脱落现象。表3给出两种试验试件的抗压强度对比结果，对照混凝土试件的立方体抗压强度为28.43 MPa，改性混凝土试件抗压强度为30.17 MPa，掺了外加剂的改性混凝土试件抗压强度相对于对照组强度提高约6%。试验结果表明，在相同材料和配合比的情况下，混凝土中加入渗透结晶外加剂有利于提高混凝土的承载能力。

表3 各组混凝土抗压强度

3.2 劈裂抗拉强度结果分析

表4给出两种试验试件的抗拉强度对比结果，对照混凝土试件的抗拉强度为1.41 MPa，改性混凝土试件抗拉强度为1.56 MPa，掺了外加剂的改性混凝土试件抗拉强度相对于对照组强度提高约10%。混凝土的抗裂性能很大程度上与抗拉强度有关，抗拉强度越高抗裂性能越好。从试验结果可以看出，在相同材料和配合比的情况下，混凝土中加入渗透结晶外加剂有利于提高混凝土的抗裂性。

表4 各组混凝土劈裂抗拉强度

4 结论

在混凝土中掺入渗透结晶型外加剂能够增加混凝土的密实度，提高混凝土的强度。与对照混凝土相比，Penetron外加剂掺量为1%的混凝土试件平均抗压强度提高6%，抗拉强度提高10%，并且随着渗透结晶外加剂替代率的增加，混凝土28 d的抗压强度基本呈递增趋势。分析其主要原因，水泥基渗透结晶型外加剂通过其含有的活性化学物质与水泥凝胶材料之间发生结晶反应，生成大量填充混凝土内部空隙的结晶体，这就有效阻止了结构微裂缝的展开，提高了混凝土的力学性能，也改善了混凝土的抗渗性能，从而提高混凝土耐久性。