滲透結晶型外加劑對混凝土力學性能影響研究★

李佳鵬 戚軼軒 李泓辛 趙子政 萬 濤 劉 瑤

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

混凝土作為傳統的建筑材料已廣泛應用于眾多領域。然而，由于疲勞效應、腐蝕效應和老化等不利因素的影響，在使用過程中混凝土結構不可避免地會產生微裂縫和局部損傷，且結構在振動荷載、失水干縮、沉降和腐蝕介質的作用下產生的開裂滲漏是不能預期的，嚴重影響混凝土的抗滲性能以及耐久性。

因此，改善和增強混凝土的抗滲性能對于提高混凝土的耐久性具有重要的意義。目前，具有自我診斷的智能自修復材料已成為新材料前沿的研究重點之一。國內外的研究表明，摻有活性摻合料的混凝土破壞后其存在自愈合現象，目前對水泥基滲透結晶外加劑在工程應用性研究比較多。為了研究摻入滲透結晶外加劑對混凝土力學性能的提高程度，本文探討了加入Penetron Admix外加劑對混凝土性能的影響效果。

1 外加劑的主要特性

1.1 滲透結晶外加劑的作用機理

水泥基滲透結晶型外加劑材料是一種環保安全的粉狀防水劑，穩定性好，制備混凝土材料時直接加入能夠與水泥基體緊密結合，其活性化學物質與混凝土中的Ca(OH)2、水等化學反應生成不溶于水的晶體，填充、封堵毛細孔和收縮裂縫，從而起到抗滲作用，改善整個基體結構的致密性和整體性。

1.2 材料的性能指標

水泥基滲透結晶型外加劑，主要礦物成分是由C3S，C2A，石英砂和多種活性成分配制而成的粉狀材料，在混凝土攪拌過程中加入，從而達到防水抗滲的目的。主要性能指標實測值見表1。

表1 水泥基滲透結晶型外加劑主要性能指標 %

2 試驗方案

2.1 配合比設計

按照混凝土強度等級C30進行配合比設計，水灰比取0.45。取滲透結晶外加劑等質量替代水泥的量分別為0.6%,0.8%,1%,1.2%進行分析，最后確定最佳摻量1%。對應的試驗試件用標號P表示，對照混凝土的標號用C來表示。按JGJ 55—2011普通混凝土配合比設計規程要求進行配合比設計。兩種混合物配合比如表2所示。

表2 混合物配合比

2.2 滲透結晶混凝土的制備

試驗中所采用的原材料為：P.O42.5普通硅酸鹽水泥、天然河砂、連續級配碎石，粒徑5 mm～40 mm、普通自來水。本文僅按照滲透結晶外加劑摻量為1%情況下制備改性混凝土和對照混凝土，采用“干拌法”摻入Penetron Admix到混凝土試件中。

2.3 試驗方法

混凝土的力學性能試驗參照GB/T 50081—2019混凝土物理力學性能試驗方法標準測試方法進行。抗壓和劈裂抗拉強度試驗均采用邊長為100 mm的立方體試件模制，每種混凝土分別澆筑3組試件，對澆筑好的試件在標準條件下養護28 d后各取一半試件在液壓機上進行抗壓強度和抗拉強度的試驗。每種混凝土制備3組試件，取3個測試試樣的平均值，數值精確到0.01 MPa。

3 試驗結果與分析

3.1 抗壓強度試驗結果分析

對照混凝土試樣在壓縮破壞時表面出現了輕微的剝落現象，并且出現了微小的豎向裂縫，而摻有結晶外加劑的混凝土結構表面未見脫落現象。表3給出兩種試驗試件的抗壓強度對比結果，對照混凝土試件的立方體抗壓強度為28.43 MPa，改性混凝土試件抗壓強度為30.17 MPa，摻了外加劑的改性混凝土試件抗壓強度相對于對照組強度提高約6%。試驗結果表明，在相同材料和配合比的情況下，混凝土中加入滲透結晶外加劑有利于提高混凝土的承載能力。

表3 各組混凝土抗壓強度

3.2 劈裂抗拉強度結果分析

表4給出兩種試驗試件的抗拉強度對比結果，對照混凝土試件的抗拉強度為1.41 MPa，改性混凝土試件抗拉強度為1.56 MPa，摻了外加劑的改性混凝土試件抗拉強度相對于對照組強度提高約10%。混凝土的抗裂性能很大程度上與抗拉強度有關，抗拉強度越高抗裂性能越好。從試驗結果可以看出，在相同材料和配合比的情況下，混凝土中加入滲透結晶外加劑有利于提高混凝土的抗裂性。

表4 各組混凝土劈裂抗拉強度

4 結論

在混凝土中摻入滲透結晶型外加劑能夠增加混凝土的密實度，提高混凝土的強度。與對照混凝土相比，Penetron外加劑摻量為1%的混凝土試件平均抗壓強度提高6%，抗拉強度提高10%，并且隨著滲透結晶外加劑替代率的增加，混凝土28 d的抗壓強度基本呈遞增趨勢。分析其主要原因，水泥基滲透結晶型外加劑通過其含有的活性化學物質與水泥凝膠材料之間發生結晶反應，生成大量填充混凝土內部空隙的結晶體，這就有效阻止了結構微裂縫的展開，提高了混凝土的力學性能，也改善了混凝土的抗滲性能，從而提高混凝土耐久性。