本文討論了混凝土增效劑的作用機理與效果。目前提出的增效劑在水泥混凝土中的作用機理不科學;混凝土增效劑通過提高混凝土28d強度的方法來降低水泥用量的技術路線不嚴謹,這種說法會對混凝土結構的安全性和耐久性產生負面影響,不符合可持續發展的理念。
混凝土增效劑是近年來新出現的一種混凝土外加劑。根據生產廠家的介紹,混凝土增效劑的摻量一般為膠凝材料用量的0.6%,在混凝土28d強度相同時,可節省10%的水泥用量;混凝土增效劑主要是有機物,是一種強力的分散劑,其作用機理為:現在的水泥材料顆粒很細,會有一些粘連的顆粒團,普通減水劑不能分散這些特細顆粒聚集體,而混凝土增效劑可以分散這些聚集體,因而使水泥顆粒更充分地與水接觸,提高其反應活性。混凝土增效劑還可以充分活化具有潛在活性的礦物摻和料,從而提高膠凝材料的水化程度,達到提高混凝土強度或降低水泥用量的目的。
根據成熟的水泥化學基本理論,目前使用的通用水泥,其顆粒粒徑分布在0.1μm~100μm范圍內。加水以后,小于1μm的顆粒很快水化,對于混凝土的強度發展沒有明顯作用。對于混凝土強度發展起決定性作用的是1μm~30μm范圍內的顆粒。混凝土中的膠凝材料不可能全部水化。圖中顯示的是一個水灰比為0.4的純硅酸鹽水泥漿體經過長時間蒸養后的顯微形貌。該圖為拋光斷面上的背散射電子圖像,分散分布的白色顆粒為未水化的水泥,深色基底為水化產物。該樣品水化時未使用減水劑分散水泥顆粒的團聚體。經過長時間水化后,剩下的未水化的水泥均為單個顆粒,未見有團聚的細顆粒。
根據現有的研究結果,各種具有減水效果的外加劑都能有效分散各種粒徑范圍內的膠凝材料顆粒。未見有研究者報告說使用減水劑后膠凝材料顆粒仍有團聚的現象。混凝土增效劑的研發者迄今也沒有發表相關研究成果,來證明在使用一般減水劑或是高效外加劑后的膠凝材料漿體中,仍有未解聚的膠凝材料顆粒團聚體存在。所以混凝土增效劑的作用原理可能不是現在生產廠家所給出的“強力分散”,而是另外的作用機理,如堿激發等等。只有堿性激發,才能充分活化具有潛在活性的礦物摻和料,改變膠凝材料的水化程度。但是摻加強堿性激發劑,可能對混凝土的耐久性等造成不利影響。混凝土生產企業貿然使用一種作用機理不清楚的外加劑,用于混凝土結構中會存在較大風險。目前混凝土增效劑生產廠家對其產品的組成采取嚴格保密措施,其產品說明書中不提供準確的成分表。
這一方面為生產廠家隨意改變組成提供了方便,另一方面也使用戶和建筑工程質量監督檢驗單位無法對其進行質量檢驗和品質監管。
即使增效劑真的能夠分散細顆粒聚集體,提高水泥水化效率,這也不是混凝土結構真正所需要的。現在實際工程中使用的混凝土的強度發展規律常表現為早期(3d、7d)強度很高,甚至可以達到強度等級標準值的100%,但是28d強度卻沒有明顯提高,甚至偶爾會低于7d強度值。這些問題主要是由于顆粒過細而導致水泥早期過度水化所致(不排除某些助磨劑的作用)。當混凝土中摻加增效劑后,會進一步增加水泥熟料的早期水化,加劇負面效應。摻加混凝土增效劑后,在有可能提高混凝土早期強度的同時,膠凝材料水化反應更加劇烈,放熱量增大,放熱速率提高,導致混凝土的溫峰早、高而陡峭,收縮增大,開裂敏感性更明顯,不利于混凝土結構的開裂風險控制。
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