混凝土(或水泥砂浆)抗裂剂的种类及其作用机理简介

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混凝土及水泥砂浆的抗裂问题是一个世界级的难题，它直接影响到混凝土的工程质量与耐久性。

不论是混凝土，还是水泥砂浆，产生裂缝的影响因素诸多，但其主要原因有三个：温度变化、干缩和不均匀沉降。温度变化和干缩将会引起混凝土的收缩，在混凝土表面引起拉应力，而在内部或下表面引起压应力，因此会引起表面裂缝。而不均匀沉降将会使混凝土全断面受拉，从而可能引起贯穿性裂缝。无论是表面裂缝，还是贯穿性裂缝都将对混凝土工程的安全和耐久性带来不利的影响。通常，前者称之为非结构性裂缝，后者称之为结构性裂缝。结构性裂缝的防止要通过设计和施工等环节完成。本文主要介绍通过抗裂剂对混凝土非结构性裂缝的影响与改良。

1混凝土裂缝成因分析

混凝土产生非结构性裂缝的原因很多，但最主要的原因是由于混凝土在自身和各种外界因素作用下产生收缩变形所致，因此，非结构性裂缝亦称为收缩裂缝。这种收缩变形在约束的限制下，使混凝土内产生与收缩方向相反的分布拉应力，当这种分布应力在某个断面积蓄到一定程度形成应力的瞬间最大值σxmax(t)超过该断面的瞬间抗拉强度f(t)时，混凝土开裂。

即 σxmax(t)>f(t)

式中, σxmax(t)——混凝土中最大瞬间收缩拉应力，与混凝土中分布收缩应力σx(t)的大小有关；

f(t)——混凝土瞬间抗拉强度。

混凝土内的分布收缩应力可按下式计算：

σx(t)=kr·e0(t)·ε0(t）·s(t)

式中kr——约束系数，取值与约束的刚度有关。当约束无限刚时kr=1，当约束为自由时，kr=0。

e0(t)——混凝土弹性模量。

ε0(t)——混凝土自由收缩应变，与塑性收缩、干燥收缩及温度收缩有关。

s(t)——混凝土徐变松驰系数。

徐变和干缩是相互联系的现象，二者有许多相似之处，首先干缩和徐变都起源于水化水泥浆体；其次应变量大致相同；二者的差别是干缩是以温差为驱动力，而徐变则以持续施加的应力为驱动力，但它们的影响因素也大致相同。

与此类似，混凝土抗裂的又一理论：根据混凝土的结构特性和变形性能，提出了用于评价混凝土抗裂性能的指标-----抗裂参数φ。φ值越大，混凝土的抗裂性能越好。其表达式为：

(3)

式中 εp——n天龄期时混凝土的极限拉伸值；

rl——n天龄期时混凝土的抗拉强度；

α——混凝土的温度变形系数；

t——n天龄期时混凝土的温升；

el————n天龄期时混凝土的抗拉弹性模量。

由此可见，抗拉强度、极限拉伸值、弹性模量、水化热及干缩等是影响混凝土抗裂性能的主要因素。

2 抗裂剂的种类及其作用机理简介

混凝土的抗裂剂的种类很多，主要品种有渗透剂、膨胀剂、纤维、减缩剂和界面密实剂等。

2.1渗透剂：这种外加剂在国外应用比较多。作用机理是利用渗透性强的有机物渗透、填充到混凝土毛细孔或微裂缝中，提高混凝土早期抗拉强度和极限拉伸值，以达到混凝土抗裂的目的。优点是早期效果好，同时可应用于修复工程。但使用成本高，同时，由于它是有机物，后期有老化问题。

2.2 膨胀剂：其作用机理是自身在混凝土内进行微膨胀，实现混凝土收缩补偿。从而达到提高混凝土的抗裂性能的目的。但膨胀剂的膨胀率难以控制，膨胀率与其掺量和所处的环境等因素有关，膨胀率太小，起不到补偿的作用；膨胀率过大，将会给砼体积的稳定性带来不利因素。同时，膨胀剂的膨胀与混凝土的收缩不同步，混凝土在前5天由于水化热的原因，体积是膨胀的，5天后体积开始收缩，膨胀剂的膨胀源是水，水泥开始水化时，膨胀剂接触到水就开始膨胀， 5天后混凝土体积开始收缩时，大部分膨胀剂已膨胀了，没有膨胀的也因难以接触到水而无法膨胀。因此膨胀剂对混凝土收缩补偿的作用和效果不明显。此外，膨胀剂在砼中分散不均匀也将给体积的稳定性带来不利因素。

2.3 纤维：作用机理是在混凝土搅拌时加入钢纤维或是塑料纤维，通过自身在混凝土内布筋的作用，增强抵御拉应力的能力，以达到混凝土的抗裂的目的。但采用纤维时，不论是钢纤维或是塑料纤维，它们不能提高混凝土自身的抗裂性能，只能当混凝土产生裂缝时，抑制裂缝的扩展，因为，它们的极限拉伸值远大于混凝土，当它们的布筋受力时，混凝土的裂缝已经产生，因此纤维只有限裂作用。同时使用纤维成本特别高。

2.4减缩剂：其作用机理是通过改善混凝土的工作性能，降低其收缩，从而达到抗裂之目的。从上述混凝土内的分布收缩应力表达式(1)、(2)和(3)可知，影响混凝土抗裂性能的因素诸多，单纯降低收缩的作用远远不够，因此，减缩剂抗裂效果不显著。

2.5界面密实剂：其作用机理是通过促进水泥水化程度，优化水化产物，协同激发活性混合材料与ca(oh)2进行二次水化，以达到提高混凝土中凝胶量，降低孔隙率，改善水泥石及骨料界面的结构，增强凝胶粘结力，使混凝土在抗压强度弱有增长的前提下，抗拉强度和极限拉伸值增长(15～20)%，弹性模量下降%，早期水化热明显下降，且最大峰值后延24小时，早期干缩值下降30%以上，能有效提高了混凝土的抗裂性能。该抗裂剂性价比较好，且施工方便，目前正广泛应用各类抗裂工程。