張力川

摘要：旨主要圍繞添加劑對(duì)水泥混凝土耐久性能的改善機(jī)理展開研究，通過分析水泥混凝土的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及礦物摻合料、緩凝劑和膨脹劑對(duì)水泥混凝土性能的影響，揭示了改善水泥混凝土耐久性的關(guān)鍵因素。分別探討了礦物摻合料、緩凝劑和膨脹劑對(duì)水泥混凝土耐久性能的影響與作用機(jī)理，礦物摻合料影響了水泥混凝土的流動(dòng)性、力學(xué)性能、抗?jié)B性、抗凍性和收縮性能；緩凝劑對(duì)水泥混凝土的流動(dòng)性、強(qiáng)度、干縮性能和抗?jié)B性能產(chǎn)生影響；膨脹劑則影響了水泥混凝土的力學(xué)性能、抗?jié)B性能、抗碳化性能、抗硫酸鹽侵蝕性能以及抗凍融循環(huán)性能。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土?添加劑?耐久性能?礦物摻合料?緩凝劑?膨脹劑

中圖分類號(hào)：TU528

Research?on?the?Improvement?Mechanism?of?Additives?on?the?Durability?Performance?of?Cement?Concrete

ZHANG?Lichuan

（Guizhou?Industry?Polytechnic?College，Guiyang，Guizhou?Province，550001?China）

Abstract：?The?paper?mainly?studies?the?improvement?mechanism?of?additives?on?the?durability?of?cement?concrete.?It?reveals?key?factors?to?improve?the?durability?of?cement?concrete?by?analyzing?its?composition?and?structural?characteristics，?as?well?as?the?effects?of?mineral?admixtures，?retarding?agents?and?expanding?agents?on?its?properties.?It?discusses?the?effects?and?mechanisms?of?mineral?admixtures，?retarders?and?expanding?agents?on?the?durability?of?cement?concrete，?respectively：?mineral?admixtures?affect?its?fluidity，?mechanical?properties，?anti-permeability，?anti-frost?properties?and?shrinkage?properties，?retarders?affect?its?fluidity，?strength，?dry?shrinkage?properties?and?anti-permeability，?and?expanding?agents?affect?its?mechanical?properties，?anti-permeability，?anti-carbonation?properties，?sulphate?erosion?resistance?properties?and?freezing-thawing?cycle?resistance?properties.

Key?Words：?Cement?concrete;?Additive;?Durability;?Mineral?admixture;?Retarder;?Expanding?agent

水泥混凝土作為建筑材料中的重要組成部分，其耐久性能直接影響建筑物的使用壽命和安全性。研究水泥混凝土的耐久性能及其改良機(jī)制，對(duì)提高建筑材料的質(zhì)量、增強(qiáng)抗久性能具有重要意義。其中，添加劑作為改良水泥混凝土性能的關(guān)鍵手段之一，對(duì)其耐久性能產(chǎn)生著重要的影響。因此，深入研究添加劑對(duì)水泥混凝土耐久性能的改善機(jī)理，對(duì)推動(dòng)建筑材料領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

1?水泥混凝土的耐久性能概述

1.1?水泥混凝土的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

水泥混凝土是一種由水泥、骨料、水和外加劑按一定比例配制并在模具中凝結(jié)而成的人工石材。其主要組成包括水泥、骨料和水。水泥是水泥混凝土的膠凝材料，通過水化反應(yīng)形成膠凝體，使骨料黏結(jié)成整體。骨料是水泥混凝土的骨架材料，它占混凝土總體積的70%～80%，承受著混凝土的主要荷載?[1]。水則是水泥水化反應(yīng)的溶劑，其用量應(yīng)控制在適宜范圍內(nèi)以保證混凝土的工作性能。

水泥混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在其內(nèi)部密實(shí)的骨料排列結(jié)構(gòu)，以及水泥凝固后形成的均勻連續(xù)的水泥凝膠，這種結(jié)構(gòu)使得水泥混凝土具有一定的抗壓、抗拉性能，同時(shí)也決定了它的成型性、耐久性和抗?jié)B性。

1.2?水泥混凝土的耐久性能

水泥混凝土的耐久性能是指其在長期使用和環(huán)境作用下不發(fā)生破壞、逐漸老化的能力。水泥混凝土的耐久性能受多種因素影響，包括外部環(huán)境、材料本身的性能以及施工質(zhì)量等。常見的耐久性能指標(biāo)包括抗?jié)B性、抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕性、抗碳化性等?[2]。

抗?jié)B性是衡量水泥混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一，它直接關(guān)系著混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)固，抗壓強(qiáng)度是否持久。水泥混凝土抗凍性是指在受到凍融循環(huán)作用下，混凝土不會(huì)出現(xiàn)明顯的破壞和性能下降。抗硫酸鹽侵蝕性和抗碳化性則分別指混凝土在硫酸鹽和二氧化碳環(huán)境中的抵抗能力。

2?礦物摻合料對(duì)水泥混凝土耐久性的影響

2.1?礦物摻合料對(duì)水泥凈漿流動(dòng)性的影響

礦物摻合料在水泥混凝土中起到填充和顆粒間互相作用的作用，對(duì)水泥凈漿的流動(dòng)性有一定影響。首先，礦物摻合料的添加能夠改變凈漿的流動(dòng)性質(zhì)。礦物摻合料顆粒的形狀、粒度分布和表面性質(zhì)等因素會(huì)直接影響水泥凈漿的流動(dòng)性。例如：細(xì)度較高的礦物摻合料可以填充水泥膠凝體間的間隙，增加凝膠體系的內(nèi)聚力，從而大幅度降低凈漿的流動(dòng)性。其次，礦物摻合料的添加會(huì)改變水泥凈漿的水化特性。礦物摻合料中的活性成分參與了水泥水化反應(yīng)，形成了新的水化產(chǎn)物，這些新的產(chǎn)物在水泥凈漿中會(huì)影響水泥顆粒的分散狀態(tài)和水泥膠凝體的形成過程，從而對(duì)凈漿的流動(dòng)性產(chǎn)生影響。

2.2?礦物摻合料對(duì)水泥膠砂力學(xué)性能的影響

礦物摻合料的添加對(duì)水泥膠砂的力學(xué)性能具有顯著的影響。首先，礦物摻合料的添加可以改善水泥膠砂的力學(xué)強(qiáng)度。礦物摻合料中的顆粒填充了水泥膠砂顆粒間的間隙，增加了膠凝體系的整體密實(shí)性，并有助于形成更為連續(xù)和穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)。礦物摻合料中的活性成分還可以與水泥膠體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成較強(qiáng)的水化產(chǎn)物，從而提高了膠砂的力學(xué)強(qiáng)度[3]。其次，礦物摻合料的加入對(duì)水泥膠砂的變形行為和穩(wěn)定性也產(chǎn)生影響，礦物摻合料可以減緩水泥膠砂的膠結(jié)硬化速率，延緩變形的發(fā)展，提高膠砂的變形能力，通過與水泥凈漿的共同作用，礦物摻合料也能改善水泥膠砂的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，減少因外界環(huán)境因素（如溫度、濕度、酸堿性等）引起的力學(xué)性能衰減。

2.3?礦物摻合料對(duì)水泥混凝土抗?jié)B性能的影響

礦物摻合料對(duì)水泥混凝土的抗?jié)B性能具有顯著影響。一方面，礦物摻合料的細(xì)微顆粒填充了水泥混凝土中的微觀孔隙，降低了混凝土的孔隙率，從而減少了滲透介質(zhì)（如水、化學(xué)物質(zhì)等）通過混凝土的可能性，提高了抗?jié)B性。另一方面，礦物摻合料中的活性成分參與水泥水化反應(yīng)，促進(jìn)水泥水化產(chǎn)物的生成，形成致密膠凝體，進(jìn)一步改善了水泥混凝土的抗?jié)B性能[4]。此外，礦物摻合料中的細(xì)微顆粒和水泥水化產(chǎn)物共同填充了混凝土的毛細(xì)孔道，減緩了水分和溶質(zhì)的遷移速率，從而降低了混凝土的滲透性。

3?緩凝劑對(duì)水泥混凝土耐久性的影響

3.1?緩凝劑對(duì)水泥凈漿流動(dòng)性的影響

緩凝劑是一種常用的混凝土外加劑，其主要作用是延緩水泥凈漿的凝結(jié)和硬化過程。緩凝劑的添加會(huì)對(duì)水泥凈漿的流動(dòng)性產(chǎn)生影響。首先，緩凝劑的加入能延緩水泥凈漿的凝結(jié)時(shí)間，使凝結(jié)反應(yīng)的進(jìn)行更為緩慢，延長了凝膠體系的形成過程，增加了凈漿的流動(dòng)時(shí)間，延遲凝結(jié)作用使得水泥顆粒之間的黏結(jié)力得以減小，從而增加了凈漿的流動(dòng)性。其次，緩凝劑的加入影響水泥凈漿的流變性質(zhì)，如黏度、流動(dòng)性等。具體而言，緩凝劑對(duì)凈漿黏度的影響與其在凈漿中的化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。緩凝劑中的化學(xué)成分對(duì)凝準(zhǔn)體系的膠體狀態(tài)起著重要作用，進(jìn)而影響凝膠體系的黏度和流動(dòng)性。

3.2?緩凝劑對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

緩凝劑的添加對(duì)水泥膠砂的強(qiáng)度有一定影響。緩凝劑的主要作用是延緩水泥凈漿的凝結(jié)和硬化，從而影響水泥膠砂的強(qiáng)度發(fā)展過程。首先，緩凝劑的添加會(huì)延緩水泥凈漿的早期凝膠體系的形成。早期膠砂是水泥膠在充滿水的膠砂體系中形成的，其中膠體團(tuán)主要是由水泥水化產(chǎn)物和未水化的水泥顆粒構(gòu)成。緩凝劑的添加減緩了水泥凈漿的凝結(jié)速度，使早期膠砂形成的時(shí)間延遲，延遲凝結(jié)導(dǎo)致早期膠砂的強(qiáng)度發(fā)展緩慢，降低了膠砂的早期強(qiáng)度[5]。其次，緩凝劑的加入也會(huì)對(duì)水泥膠砂的長期強(qiáng)度發(fā)展產(chǎn)生影響。緩凝劑延緩了凝結(jié)和硬化過程，導(dǎo)致水泥膠砂的凝結(jié)時(shí)間更長，從而為凝結(jié)反應(yīng)提供了更長的時(shí)間，促使水泥顆粒形成更為致密和結(jié)實(shí)的水化產(chǎn)物，使水泥膠砂具有更高的長期強(qiáng)度。

3.3?緩凝劑對(duì)水泥膠砂干縮性能的影響

緩凝劑的使用對(duì)水泥膠砂的干縮性能有一定的影響。干縮是指水泥混凝土在干燥過程中由于水分蒸發(fā)而導(dǎo)致的體積收縮。緩凝劑的添加會(huì)對(duì)水泥膠砂的干縮性能產(chǎn)生影響。首先，由于緩凝劑延緩了水泥凈漿的凝結(jié)過程，有效延長了水泥膠砂的凝膠形成時(shí)間，減少了膠砂內(nèi)的水分蒸發(fā)速度，降低了干縮的速率和程度。因此，緩凝劑的添加能在一定程度上減小水泥膠砂的干縮變形，減少由干縮引起的內(nèi)部應(yīng)力和裂縫的產(chǎn)生。其次，緩凝劑的使用也能改變水泥膠砂的孔隙結(jié)構(gòu)和配位狀態(tài)，從而影響其干縮性能。緩凝劑中的化學(xué)成分與水泥凈漿中的水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成覆蓋層和填充效應(yīng)，減少了水泥膠砂內(nèi)部的孔隙，減小了膠砂的孔隙率和孔徑分布，使干縮過程中的內(nèi)部應(yīng)力分布更為均勻，降低了干縮引起的裂縫風(fēng)險(xiǎn)。

4?膨脹劑對(duì)水泥混凝土耐久性的影響

4.1?膨脹劑對(duì)水泥混凝土力學(xué)性能的影響

膨脹劑是一種混凝土外加劑，其主要作用是在混凝土中產(chǎn)生微小而穩(wěn)定的氣泡，從而改善混凝土的力學(xué)性能。膨脹劑的添加會(huì)對(duì)水泥混凝土的力學(xué)性能產(chǎn)生影響。首先，膨脹劑的加入能降低混凝土的密實(shí)度，增加混凝土的孔隙率。膨脹劑中的化學(xué)成分會(huì)與混凝土中的水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的氣泡，從而增加混凝土中的孔隙，氣泡在混凝土中形成了微觀的孔隙結(jié)構(gòu)，提高了混凝土的孔隙率，孔隙結(jié)構(gòu)降低了混凝土的體積密度，使混凝土表現(xiàn)出較低的干密度和較高的孔容率?[6]。其次，膨脹劑的添加并不一定導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低，因?yàn)榛炷恋牧W(xué)性能也受到其他因素的影響，如水泥種類、填料性質(zhì)等。實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體工程要求和設(shè)計(jì)需要，通過合理調(diào)控膨脹劑的摻量和配方，以達(dá)到所需的力學(xué)性能。

4.2?膨脹劑對(duì)水泥混凝土抗?jié)B性能的影響

膨脹劑是一種被廣泛應(yīng)用于混凝土中的添加劑，通過產(chǎn)生微小而穩(wěn)定的氣泡，改善混凝土的抗?jié)B性能。首先，膨脹劑的加入增加混凝土中的孔隙率和孔徑分布。膨脹劑中的化學(xué)成分和水泥凈漿中的水化產(chǎn)物反應(yīng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的氣泡，從而形成微觀的孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙可以阻礙滲透介質(zhì)（如水分和溶液）的滲透，減少相對(duì)滲透率。其次，膨脹劑的使用能改善混凝土的孔隙連通性。由于膨脹劑引入的氣泡在混凝土中形成連通的孔隙結(jié)構(gòu)，使混凝土內(nèi)的孔隙呈網(wǎng)狀連通狀態(tài)，孔隙結(jié)構(gòu)通過毛細(xì)吸力效應(yīng)阻礙滲透介質(zhì)的移動(dòng)，并減少滲透介質(zhì)的流通路徑，從而提高了混凝土的抗?jié)B性能。

4.3?膨脹劑對(duì)水泥混凝土抗碳化性能的影響

膨脹劑的使用對(duì)水泥混凝土的抗碳化性能也產(chǎn)生了一定的影響?？固蓟阅苁侵富炷恋挚苟趸记秩胍鸬奶蓟磻?yīng)的能力。首先，膨脹劑的加入會(huì)增加混凝土的孔隙率和孔徑分布，膨脹劑中的化學(xué)成分與水泥凈漿中的水化產(chǎn)物反應(yīng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的氣泡，從而形成微觀的孔隙結(jié)構(gòu)，氣泡在混凝土中形成連通的孔隙網(wǎng)絡(luò)，減少混凝土的致密度，增加混凝土的孔隙率，孔隙結(jié)構(gòu)降低二氧化碳物質(zhì)的滲透速度，減少碳化物的生成，從而提高混凝土的抗碳化性能。其次，膨脹劑的使用還能影響混凝土的飽和度，膨脹劑的加入引入微小的氣泡，形成孔隙結(jié)構(gòu)，從而減少混凝土的自由水含量，可以降低混凝土的飽和度，減少二氧化碳侵入的可能性，提高了抗碳化性能。

5?結(jié)語

通過對(duì)添加劑對(duì)水泥混凝土耐久性能的研究，認(rèn)識(shí)到添加劑對(duì)水泥混凝土性能的重要作用。礦物摻合料、緩凝劑和膨脹劑等添加劑在改善水泥混凝土耐久性方面具有顯著效果。其中，礦物摻合料可以調(diào)節(jié)水泥混凝土的流動(dòng)性、強(qiáng)度和抗?jié)B性，緩凝劑可降低水泥混凝土的流動(dòng)性、干縮性和抗?jié)B性，膨脹劑可改善水泥混凝土的力學(xué)性能、抗?jié)B性、抗碳化性和抗凍融循環(huán)性能。在未來的研究中，應(yīng)進(jìn)一步深入研究添加劑在水泥混凝土中的應(yīng)用效果，優(yōu)化添加劑的類型和用量，并探究其與其他材料的復(fù)合應(yīng)用，以進(jìn)一步提高水泥混凝土的耐久性能。

參考文獻(xiàn)

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