對(duì)于減水劑本身對(duì)混凝土開裂的影響,王超利用受限圓環(huán)法研究了不同外加劑(減水劑、減縮劑、膨脹劑)對(duì)混凝土開裂性能的影響。結(jié)果表明:從首條上表面裂縫產(chǎn)生的時(shí)間順序來講,摻減水劑的混凝土最早于第6 d即在上表面產(chǎn)生裂縫;不摻任何外加劑的基準(zhǔn)混凝土于第19 d產(chǎn)生首條表面裂縫;摻膨脹劑的混凝土于第20 d產(chǎn)生首條表面裂縫;摻減縮劑的混凝土于29 d產(chǎn)生首條表面裂縫。由此可以看出,在混凝土配合比不變的情況下,減水劑的摻入使裂縫產(chǎn)生的時(shí)間大大提前。
鄭建嵐等開展了兩個(gè)方面的研究:一是減水劑類型和摻量對(duì)混凝土抗裂性的影響,二是減水劑品種對(duì)混凝土抗裂性的影響對(duì)比。
對(duì)于方面一的研究,鄭建嵐等利用四種減水劑分別按照工程中配制高性能混凝土常用摻量的0.5倍以及常用摻量加入到膠凝材料體系中。結(jié)果表明,隨著外加劑摻量從0.5倍的常用摻量增加到1.0倍的常用摻量,膠凝材料體系環(huán)形試件開裂齡期縮短;此外,不同類型的減水劑對(duì)膠凝材料體系抗裂性能影響不同,見圖1。其中,“AP1”是聚羧酸型高效減水劑,“SNF1”為聚羧酸型外加劑,其他兩種為萘系高效減水劑。
對(duì)于第二方面的研究,鄭建嵐等對(duì)三聚氰胺型減水劑、聚羧酸型減水劑和萘系減水劑進(jìn)行了研究。結(jié)果表明(見圖2),雖然外加劑品種對(duì)混凝土的開裂時(shí)間影響很小,但使用三聚氰胺型減水劑(MEL)的混凝土開裂面積及最大裂縫寬度相對(duì)較小,其開裂面積分別是使用聚羧酸型減水劑(PCA)和萘系減水劑(FDN)的72%和55%,最大裂縫寬度是使用聚羧酸型減水劑和萘系減水劑的52%左右。
從上述文獻(xiàn)研究結(jié)果可以看出,減水劑本身就對(duì)混凝土的抗裂性造成不利影響。對(duì)于減水劑惡化混凝土抗裂性的機(jī)理,沒發(fā)現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行解釋,不同減水劑品種混凝土抗裂性能的差別是由于外加劑的組分對(duì)混凝土收縮和凝結(jié)過程影響的不同而導(dǎo)致的。
對(duì)于減水劑惡化混凝土抗裂性的機(jī)理,筆者認(rèn)為主要是減水劑中堿的存在提高了混凝土中的堿含量。從減水劑的作用機(jī)理(固體顆粒表面吸附減水劑后形成雙電層,增加表面電位,由此產(chǎn)生的靜電斥力使固體顆粒分散;減水劑吸附層的相互作用產(chǎn)生的立體斥力使固體顆粒分散;攪拌水的表面張力的減小引起固體顆粒分散;溶入到水中的鈣離子被捕捉后,降低了鈣離子的濃度,從而抑制了阿利特的水化)來看,由于減水劑與水泥顆粒之間并不存在鍵合作用,因此減水劑的主要成分、聚合程度、支鏈多少與長短等都不會(huì)影響混凝土的抗裂性。但在各種減水劑的生產(chǎn)過程中都存在用堿中和剩余酸的工藝,導(dǎo)致減水劑中堿的存在(見表1),在配制混凝土?xí)r導(dǎo)致混凝土中的堿含量提高,并成為現(xiàn)代混凝土抗裂性變差的原因之一。
Burrows認(rèn)為堿是影響混凝土抗裂性能的最重要因素。堿使水泥快凝,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增大,雖然能提高1d、3d強(qiáng)度,但降低28d強(qiáng)度。它還能與活性集料起堿集料反應(yīng),引起混凝土開裂。這些大家都很熟悉,但對(duì)堿使混凝土干燥收縮大和易開裂的影響認(rèn)識(shí)不足。堿不但增大混凝土的收縮率,即使水泥的水化速率和自由收縮值相同,堿也使混凝土的抗裂性能明顯下降。低堿水泥有良好的抗開裂性能,特別是當(dāng)堿當(dāng)量低于0.6%時(shí),抗裂性大幅度提高。王善拔等認(rèn)為,堿使水泥水化加快,化學(xué)減縮增大,早期收縮增大,水泥水化的加快使水化熱釋放速率加快,早期水化熱增大從而增加早期的溫度應(yīng)變。此外堿使水泥水化產(chǎn)物變粗也可能是水泥抗裂性下降的重要原因。
Springenschmid也認(rèn)為,堿使高速公路出現(xiàn)表面開裂。他在給Burrows的信中寫道:“我們因5%高速公路出現(xiàn)表面開裂而遇到很大的困難,這只限于那些含堿當(dāng)量[w(Na2O)+0.658w(K2O)]超過1.0%水泥的路段,有時(shí)堿當(dāng)量達(dá)1.3%,…”。據(jù)喬齡山報(bào)道,德國“道路建筑通函”18/1998(ARS18/1998)規(guī)定,用于高速公路的混凝土路面的水泥“總堿含量[w(Na2O)+0.658 w(K2O)]≤0.84%”,“最近又將使用CEMⅠ和CEMⅡ/A類水泥時(shí)的總堿含量[w(Na2O)+0.658w(K2O)]降為≤0.80%”。
為改善混凝土的抗裂性,我國的CCES01—2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》中也指出,水泥的堿含量不宜超過水泥質(zhì)量的0.6%。