本文讨论了混凝土增效剂的作用机理与效果。目前提出的增效剂在水泥混凝土中的作用机理不科学;混凝土增效剂通过提高混凝土28d强度的方法来降低水泥用量的技术路线不严谨,这种说法会对混凝土结构的安全性和耐久性产生负面影响,不符合可持续发展的理念。
混凝土增效剂是近年来新出现的一种混凝土外加剂。根据生产厂家的介绍,混凝土增效剂的掺量一般为胶凝材料用量的0.6%,在混凝土28d强度相同时,可节省10%的水泥用量;混凝土增效剂主要是有机物,是一种强力的分散剂,其作用机理为:现在的水泥材料颗粒很细,会有一些粘连的颗粒团,普通减水剂不能分散这些特细颗粒聚集体,而混凝土增效剂可以分散这些聚集体,因而使水泥颗粒更充分地与水接触,提高其反应活性。混凝土增效剂还可以充分活化具有潜在活性的矿物掺和料,从而提高胶凝材料的水化程度,达到提高混凝土强度或降低水泥用量的目的。
根据成熟的水泥化学基本理论,目前使用的通用水泥,其颗粒粒径分布在0.1μm~100μm范围内。加水以后,小于1μm的颗粒很快水化,对于混凝土的强度发展没有明显作用。对于混凝土强度发展起决定性作用的是1μm~30μm范围内的颗粒。混凝土中的胶凝材料不可能全部水化。图中显示的是一个水灰比为0.4的纯硅酸盐水泥浆体经过长时间蒸养后的显微形貌。该图为抛光断面上的背散射电子图像,分散分布的白色颗粒为未水化的水泥,深色基底为水化产物。该样品水化时未使用减水剂分散水泥颗粒的团聚体。经过长时间水化后,剩下的未水化的水泥均为单个颗粒,未见有团聚的细颗粒。
根据现有的研究结果,各种具有减水效果的外加剂都能有效分散各种粒径范围内的胶凝材料颗粒。未见有研究者报告说使用减水剂后胶凝材料颗粒仍有团聚的现象。混凝土增效剂的研发者迄今也没有发表相关研究成果,来证明在使用一般减水剂或是高效外加剂后的胶凝材料浆体中,仍有未解聚的胶凝材料颗粒团聚体存在。所以混凝土增效剂的作用原理可能不是现在生产厂家所给出的“强力分散”,而是另外的作用机理,如碱激发等等。只有碱性激发,才能充分活化具有潜在活性的矿物掺和料,改变胶凝材料的水化程度。但是掺加强碱性激发剂,可能对混凝土的耐久性等造成不利影响。混凝土生产企业贸然使用一种作用机理不清楚的外加剂,用于混凝土结构中会存在较大风险。目前混凝土增效剂生产厂家对其产品的组成采取严格保密措施,其产品说明书中不提供准确的成分表。
这一方面为生产厂家随意改变组成提供了方便,另一方面也使用户和建筑工程质量监督检验单位无法对其进行质量检验和品质监管。
即使增效剂真的能够分散细颗粒聚集体,提高水泥水化效率,这也不是混凝土结构真正所需要的。现在实际工程中使用的混凝土的强度发展规律常表现为早期(3d、7d)强度很高,甚至可以达到强度等级标准值的100%,但是28d强度却没有明显提高,甚至偶尔会低于7d强度值。这些问题主要是由于颗粒过细而导致水泥早期过度水化所致(不排除某些助磨剂的作用)。当混凝土中掺加增效剂后,会进一步增加水泥熟料的早期水化,加剧负面效应。掺加混凝土增效剂后,在有可能提高混凝土早期强度的同时,胶凝材料水化反应更加剧烈,放热量增大,放热速率提高,导致混凝土的温峰早、高而陡峭,收缩增大,开裂敏感性更明显,不利于混凝土结构的开裂风险控制。
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