摘要：耐久性是混凝土的一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)。在工程上應(yīng)用的混凝土除應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和能安全地承受設(shè)計(jì)荷載外，還應(yīng)具有在所處的自然環(huán)境及使用條件下經(jīng)久耐用的性能，保證工程的安全運(yùn)行。

  水泥混凝土增強(qiáng)劑是一種新型的混凝土外加劑，在保證混凝土工作性能的前提下，可降低膠凝材料的用量，減少水化熱。通過(guò)小分子表面活性分散作用，使混凝土結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定細(xì)密的氣孔，保證混凝土體積的穩(wěn)定性，隔斷毛細(xì)水管，防止各有害物質(zhì)的入侵，從而有效改善混凝土耐久性能。

  本文主要研究驗(yàn)證株洲宏信（以下簡(jiǎn)稱HX）混凝土增強(qiáng)劑在混凝土里面摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.6%，在減少水泥用量10%的條件下與原生產(chǎn)配比相比較對(duì)混凝土耐久性的影響。通過(guò)采用工程上用量最大的C30等級(jí)混凝土和代表高強(qiáng)的C50混凝土為研究對(duì)象。

  通過(guò)研究表明：摻入HX混凝土增強(qiáng)劑后，混凝土抗?jié)B性能有所改善，試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)，平均滲水高度減少 10mm，滲透穩(wěn)定；混凝土抗凍性能提高，凍融循環(huán)次數(shù)增加 25次，質(zhì)量損失率更小，且質(zhì)量損失率增長(zhǎng)均衡；混凝土試件收縮變形呈現(xiàn)前期混凝土收縮率會(huì)有略微增大，后期隨齡期增加，收縮減緩，至 90d 時(shí)，二者收縮率趨于一致；混凝土抗碳化能力減弱，碳化深度稍有增加。

  關(guān)鍵詞：混凝土增強(qiáng)劑   耐久性

  一、HX增強(qiáng)劑對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

  混凝土的耐久性與其抗?jié)B性有著密不可分的關(guān)系，抗?jié)B性良好直接反應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)的致密，混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性又是影響其抗凍性和抗侵蝕性等耐久性能的主要因素?？?jié)B性能不足，一些有害液體和氣體滲入混凝土內(nèi)部，發(fā)生侵蝕作用，不僅破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且會(huì)使鋼筋銹蝕膨脹，造成混凝土保護(hù)層開裂或剝落。同時(shí)由于混凝土內(nèi)部的游離水的增加，導(dǎo)致混凝土抵抗凍融的能力顯著下降，使混凝土耐久性受到嚴(yán)重影響，混凝土的抗?jié)B性是其優(yōu)良耐久性的重要保證。

  試驗(yàn)參照 GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》分析混凝土的抗?jié)B性能、內(nèi)部孔隙的大小，通過(guò)對(duì)比分析降低10%水泥用量后對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響程度。以公司生產(chǎn)配合比為基準(zhǔn)（基準(zhǔn)樣），以HX增強(qiáng)劑摻量 0.6%，水泥減少 10%為對(duì)比（對(duì)比樣）進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)配合比見表

  HX 混凝土增強(qiáng)劑對(duì)混凝土抗?jié)B性能的試驗(yàn)結(jié)果見表2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所配制的混凝土均具有良好的抗?jié)B性能。摻入HX混凝土增強(qiáng)劑、減少10%水泥用量的對(duì)比組與生產(chǎn)配比的基準(zhǔn)組相比，其抗?jié)B性能有所改善，從試件軸線劈開的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，滲水高度小，滲透穩(wěn)定，內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)，孔隙分布良好，混凝土構(gòu)件密實(shí)度更好。HX混凝土增強(qiáng)劑的分散作用使混凝土結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定細(xì)密的氣孔，保證混凝土體積穩(wěn)定性，隔斷毛細(xì)水管，防止各有害物質(zhì)的入侵，起到抗?jié)B的性能，提高了混凝土的耐久性能。所以摻入HX混凝土增強(qiáng)劑減少 10% 水泥用量不僅沒(méi)有影響混凝土抗?jié)B性，而且還對(duì)抗?jié)B性能有一定的幫助。

  二、HX增強(qiáng)劑對(duì)混凝土抗凍性能的影響

  混凝土凍融破壞在我國(guó)，尤其在我國(guó)北方大部分地區(qū)普遍存在，在寒冷地區(qū)道路及橋梁工程中，混凝土凍害是最主要的耐久性破壞形式。

  混凝土凍融破壞有兩種基本形式，分為凍脹開裂和凍融剝蝕?；炷潦紫犬a(chǎn)生裂縫，隨著裂縫慢慢擴(kuò)大，在表面連接的同時(shí)向內(nèi)部擴(kuò)展延伸，最終裂縫貫穿整個(gè)試件，試件斷為數(shù)節(jié)發(fā)生凍脹破壞；凍融剝蝕破壞的主要表觀特征有：（1）破壞從表面逐步向內(nèi)部發(fā)展，首先試件表面砂漿層剝落，粗集料暴露，導(dǎo)致試件表面出現(xiàn)凹凸不平，此時(shí)剝蝕層以內(nèi)的混凝土依然保持堅(jiān)硬完好的狀態(tài)；（2）隨著凍融破壞進(jìn)一步加劇，試件失去力學(xué)性能，在混凝土試件遭受破壞的截面上，可以很清楚看到砂漿層剝落而出現(xiàn)分層的痕跡。

  試驗(yàn)采用抗凍試驗(yàn)中的快速凍融法，水凍水溶。快速凍融裝置符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土抗凍試驗(yàn)設(shè)備》JG/T243 的規(guī)定，試件尺寸 100mm×100mm×400mm，每個(gè)凍融循環(huán)在3h左右完成，試件中心最低和最高溫度應(yīng)分別控制在（-18±2）℃和（5±2）℃內(nèi)，在任意時(shí)刻試件中心不得高于7℃，每隔 25 次凍融循環(huán)測(cè)量一次。分析混凝土的抗凍融性能，通過(guò)對(duì)比分析在降低 10%水泥用量后對(duì)混凝土抗凍性能的影響程度。以公司生產(chǎn)配比為基準(zhǔn)，以 HX增強(qiáng)劑摻量為膠凝材料質(zhì)量0.6%，水泥減少10%為對(duì)比進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)配合比見表3。

  按表3 配合比進(jìn)行攪拌，水、減水劑和HX增強(qiáng)劑同時(shí)加入，攪拌 180 秒。試件澆筑成型振搗后如圖1所示。由圖1 可以看出摻入HX增強(qiáng)劑后混凝土拌合物產(chǎn)生大量的氣泡，混凝土呈現(xiàn)一種類似多孔的形態(tài)，混凝土包裹性明顯變好，抗泌水能力提高，泵送摩擦力減小。HX增強(qiáng)劑摻入混凝土中，混凝土拌合物呈現(xiàn)出類似引氣劑摻入后的一些表象，混凝土拌合物中出現(xiàn)大量均勻分布，相互獨(dú)立的球形微小氣泡。混凝土拌合物中這些球狀氣泡的作用，能夠極大改善和提高混凝土拌合物的和易性和穩(wěn)定性能。從理論上說(shuō)摻入HX增強(qiáng)劑后應(yīng)該能夠提高混凝土的抗凍融性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4、表5，圖2、圖3 所示。

  由表4、表5 和圖2、圖3 可以看出：

  ①C30等級(jí)的混凝土隨著抗凍次數(shù)增加，質(zhì)量損失率不斷增大，基準(zhǔn)混凝土在抗凍融次數(shù)75次之前質(zhì)量損失率增長(zhǎng)較小，75次凍融循環(huán)滯后，質(zhì)量損失率迅速增大，至125次凍融循環(huán)時(shí)，質(zhì)量損失率達(dá)到4.0%，相對(duì)動(dòng)彈模量下降到35.8%，混凝土抗凍等級(jí)為F100。摻入HX增強(qiáng)劑的對(duì)比混凝土，試件質(zhì)量質(zhì)量損失率基本呈現(xiàn)出均衡的增長(zhǎng)過(guò)程，至凍融循環(huán) 150 次時(shí)，質(zhì)量損失率達(dá)到2.4%，相對(duì)動(dòng)彈性模量下降到41.1%，混凝土抗凍等級(jí)為 F125。

  ②C50等級(jí)混凝土隨著抗凍次數(shù)增加，質(zhì)量損失率為0，前50次凍融循環(huán)質(zhì)量基本沒(méi)有變化?；鶞?zhǔn)混凝土凍融循環(huán)50次之后試件質(zhì)量開始增加，動(dòng)彈模量下降，至125次時(shí)，相對(duì)動(dòng)彈模量下降為63.4%，當(dāng)凍融循環(huán)到達(dá)150次時(shí)，其中2個(gè)試件試件發(fā)生凍脹開裂，試件均斷開成2節(jié)，混凝土抗凍等級(jí)達(dá)到 F125。摻入HX增強(qiáng)劑的對(duì)比混凝土凍融循環(huán)50次之后試件質(zhì)量開始增加，動(dòng)彈模量下降，至150次時(shí)，相對(duì)動(dòng)彈模量下降為81.2%，當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)到達(dá)175次時(shí)，該組3個(gè)試件發(fā)生凍脹開裂，斷裂成數(shù)節(jié)，混凝土抗凍等級(jí)達(dá)到 F150。

  ③C50基準(zhǔn)混凝土凍融循環(huán)50次之后質(zhì)量增長(zhǎng)幅度大于C50對(duì)比混凝土。C30等級(jí)的混凝土凍融破壞呈現(xiàn)凍融剝蝕破壞，破壞從表面逐步向內(nèi)部發(fā)展，首先是表面砂漿層剝落，然后集料開始暴露，表面凹凸不平，質(zhì)量損失率不斷增大，相對(duì)動(dòng)彈模量不斷降低的一個(gè)過(guò)程，遭受破壞的橫截面上，可以清楚看到有砂漿剝落，骨料外露而出現(xiàn)分層的痕跡。摻入HX增強(qiáng)劑的C30對(duì)比混凝土上述過(guò)程較 C30基準(zhǔn)混凝土緩慢。C50等級(jí)的混凝土破壞呈現(xiàn)的是凍脹開裂破壞，凍融循環(huán)前50次質(zhì)量不變，50 次之后質(zhì)量開始增加，試件表面開始出現(xiàn)微裂紋，隨著凍融次數(shù)增加，微裂紋條數(shù)不斷增加，凍融后期微裂紋迅速擴(kuò)大發(fā)展成貫穿裂縫，裂縫成橫向把試件分為兩節(jié)，試件破壞，在此過(guò)程試件表面未發(fā)生表皮剝落現(xiàn)象。

  ④圖4是C30等級(jí)混凝土凍融100次時(shí)的照片，由照片可以看出摻入HX增強(qiáng)劑的C30對(duì)比混凝土，破壞時(shí)砂漿層剝落較均衡在表面發(fā)生，破壞較輕微。C30基準(zhǔn)混凝土破壞時(shí)，破壞呈現(xiàn)不均衡現(xiàn)象，局部砂漿層剝落，甚至集料開始外露，邊上則破壞較輕微。說(shuō)明摻入 HX增強(qiáng)劑后增強(qiáng)了混凝土結(jié)構(gòu)，能夠改善混凝土抗凍性。

  三、HX增強(qiáng)劑對(duì)混凝土收縮性能的影響

  本次試驗(yàn)主要測(cè)試的是在一定環(huán)境作用下混凝土的收縮變形，干縮變形常常與自生體積變形同時(shí)發(fā)生，試驗(yàn)強(qiáng)調(diào)的是HX增強(qiáng)劑摻入混凝土中是否會(huì)對(duì)混凝土收縮性能產(chǎn)生影響，所以不需要密封試件形成對(duì)比僅測(cè)干縮變形，試驗(yàn)所測(cè)是干縮變形和自生體積變形之和。混凝土的干燥收縮主要是由硬化水泥石的干燥收縮引起的，主要有毛細(xì)管張力學(xué)說(shuō)和表面吸附學(xué)說(shuō)兩大機(jī)理。試驗(yàn)參照GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，收縮試驗(yàn)采用接觸法測(cè)定在無(wú)約束和規(guī)定的溫濕條件下硬化混凝土收縮變形性能。采用尺寸為100mm×100mm×515mm的棱柱體試件，每組為3個(gè)試件。收縮試驗(yàn)應(yīng)在恒溫恒濕環(huán)境中進(jìn)行，室溫應(yīng)保持在（20±2）℃，相對(duì)濕度應(yīng)保持在（60±5）%。分析當(dāng)HX增強(qiáng)劑摻量為膠凝材料質(zhì)量0.6%、水泥用量減少10%時(shí)，與基準(zhǔn)配比混凝土相比較，混凝土收縮率的變化情況，HX增強(qiáng)劑對(duì)混凝土收縮性能的影響，具體配合比見表3。

  由表6和圖5可以看出，1d~14d養(yǎng)護(hù)齡期摻入HX增強(qiáng)劑的C30、C50對(duì)比混凝土收縮率均小于基準(zhǔn)混凝土，可能原因是摻入HX增強(qiáng)劑減少水泥用量，從而使單位體積內(nèi)的水泥顆粒減少，降低混凝土水化熱，減少了原來(lái)混凝土體系中存在的局部水泥顆粒比重偏大的不均勻現(xiàn)象，從而減少混凝土收縮；14d~60d齡期，C30、C50對(duì)比混凝土收縮率開始增長(zhǎng)，超過(guò)基準(zhǔn)配合比值，可能原因是摻入增強(qiáng)劑使混凝土中膠材水化更均勻，14~28d強(qiáng)度提高的同時(shí)，也是收縮最大的過(guò)程。60d齡期后，基準(zhǔn)混凝土的收縮率仍有增長(zhǎng)，而對(duì)比混凝土收縮開始變緩，并處于穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明了HX增強(qiáng)劑在改善和易性的情況下，對(duì)混凝土后期收縮起到一定抑制的作用。至90d時(shí)，二者收縮率基本趨于一致。摻入HX增強(qiáng)劑降低水泥用量，與基準(zhǔn)配合比相比較，混凝土收縮變化趨勢(shì)基本相同，收縮率變化不大，對(duì)混凝土收縮沒(méi)有太大的影響。

  四、HX增強(qiáng)劑對(duì)混凝土碳化性能的影響

  相關(guān)研究資料表明影響混凝土碳化性能的主要因素可以分為與環(huán)境有關(guān)的外部因素和與混凝土本身有關(guān)的內(nèi)部因素。

  內(nèi)部因素主要有：水灰比對(duì)碳化速度的影響、水泥品種的影響、水泥用量的影響、混凝土摻合料對(duì)碳化的影響、混凝土抗壓強(qiáng)度的影響、施工質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)對(duì)碳化的影響等。

  外部因素主要有：CO2濃度的影響、環(huán)境溫度的影響、環(huán)境相對(duì)濕度的影響等。

  試驗(yàn)時(shí)把試驗(yàn)箱內(nèi)二氧化碳濃度控制在（20±3）%，箱內(nèi)相對(duì)濕度控制在（70±5）%，溫度控制在（20±2）℃的范圍內(nèi)。碳化到 3d、7d、14d、28d 時(shí)，分別取出棱柱體試件劈裂破型后，清理干凈表面粉末，將試液從兩側(cè)邊滴入斷裂面，然后測(cè)量碳化深度，計(jì)算好每次切除的厚度，每個(gè)試件要能夠均勻劈裂4次。試驗(yàn)完成后用石蠟和松香將破型后試件的切斷面重新密封好，放入碳化箱內(nèi)繼續(xù)碳化，直到下一個(gè)試驗(yàn)周期試驗(yàn)取出。

  混凝土的碳化就是混凝土中可碳化物質(zhì)，主要是水泥石中的氫氧化鈣在大氣中二氧化碳及水分的共同作用下變成碳酸鈣，混凝土由原來(lái)的堿性環(huán)境逐漸變?yōu)橹行原h(huán)境的過(guò)程?；炷恋奶蓟率够炷两Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、混凝土保護(hù)層剝落、鋼筋產(chǎn)生銹蝕，最終將導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體破壞。研究混凝土的碳化原因，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性具有重要的實(shí)際意義。

  試驗(yàn)配合比見表3，分析在減少水泥用量10%，摻入膠凝材料質(zhì)量0.6%的HX增強(qiáng)劑后，與基準(zhǔn)配比相比較，混凝土抗碳化性能的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

  由表7 可以看出，隨碳化齡期的增長(zhǎng)，混凝土碳化深度有所增加。低強(qiáng)度混凝土碳化深度顯巨大于高強(qiáng)度等級(jí)混凝土碳化深度，混凝土的抗碳化能力與其強(qiáng)度等級(jí)有著密切的關(guān)系，混凝土的抗壓強(qiáng)度愈高，其抗碳化能力逾強(qiáng)。

  低強(qiáng)度混凝土碳化深度隨齡期變化較大，C30砼28d對(duì)比值較基準(zhǔn)值碳化深度大1.7mm；高強(qiáng)度混凝土碳化深度隨齡期變化較小，C50砼28d對(duì)比值較基準(zhǔn)值僅大0.5mm，基本沒(méi)影響。

  五、結(jié)論

  1、 通過(guò)試驗(yàn)證明，摻入HX增強(qiáng)劑后，混凝土抗?jié)B性能有所改善，從試件軸線劈開的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，平均滲水高度小于基準(zhǔn)值10mm左右，滲透穩(wěn)定，內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)，孔隙分布良好，混凝土構(gòu)件密實(shí)度更好。從而提高了混凝土的抗?jié)B性能。

  2、從試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)顯示，摻入 HX 增強(qiáng)劑后，混凝土抗凍能力有所提高。

  3、與基準(zhǔn)配合比相比較，混凝土收縮變化趨勢(shì)基本相同，收縮率變化不大，對(duì)混凝土收縮沒(méi)有影響。

  4、摻入 HX 增強(qiáng)劑后，C30、C50對(duì)比混凝土較基準(zhǔn)混凝土的抗碳化能力減弱，碳化深度稍有增加，但也無(wú)太大影響。

  5、總結(jié)以上數(shù)據(jù)分析，摻入HX混凝土增強(qiáng)劑降低10%水泥情況下不會(huì)影響混凝土耐久性能。

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