防水之家讯：耐久性是混凝土的一项非常重要的性能指标。在工程上应用的混凝土除应具有适当的强度和能安全地承受设计荷载外，还应具有在所处的自然环境及使用条件下经久耐用的性能，保证工程的安全运行。
水泥混凝土增强剂是一种新型的混凝土外加剂，在保证混凝土工作性能的前提下，可降低胶凝材料的用量，减少水化热。通过小分子表面活性分散作用，使混凝土结构形成稳定细密的气孔，保证混凝土体积的稳定性，隔断毛细水管，防止各有害物质的入侵，从而有效改善混凝土耐久性能。
本文主要研究验证株洲宏信（以下简称HX）混凝土增强剂在混凝土里面掺量为胶凝材料质量的0.6%，在减少水泥用量10%的条件下与原生产配比相比较对混凝土耐久性的影响。通过采用工程上用量最大的C30等级混凝土和代表高强的C50混凝土为研究对象。
通过研究表明：掺入HX混凝土增强剂后，混凝土抗渗性能有所改善，试件内部结构密实，平均渗水高度减少 10mm，渗透稳定；混凝土抗冻性能提高，冻融循环次数增加 25次，质量损失率更小，且质量损失率增长均衡；混凝土试件收缩变形呈现前期混凝土收缩率会有略微增大，后期随龄期增加，收缩减缓，至 90d 时，二者收缩率趋于一致；混凝土抗碳化能力减弱，碳化深度稍有增加。
关键词：混凝土增强剂 耐久性
一、HX增强剂对混凝土抗渗性能的影响
混凝土的耐久性与其抗渗性有着密不可分的关系，抗渗性良好直接反应混凝土结构的致密，混凝土结构的密实性又是影响其抗冻性和抗侵蚀性等耐久性能的主要因素。抗渗性能不足，一些有害液体和气体渗入混凝土内部，发生侵蚀作用，不仅破坏混凝土内部结构，而且会使钢筋锈蚀膨胀，造成混凝土保护层开裂或剥落。同时由于混凝土内部的游离水的增加，导致混凝土抵抗冻融的能力显着下降，使混凝土耐久性受到严重影响，混凝土的抗渗性是其优良耐久性的重要保证。
试验参照 GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》分析混凝土的抗渗性能、内部孔隙的大小，通过对比分析降低10%水泥用量后对混凝土抗渗性能的影响程度。以公司生产配合比为基准（基准样），以HX增强剂掺量 0.6%，水泥减少 10%为对比（对比样）进行试验，试验配合比见表
HX 混凝土增强剂对混凝土抗渗性能的试验结果见表2。实验结果表明所配制的混凝土均具有良好的抗渗性能。掺入HX混凝土增强剂、减少10%水泥用量的对比组与生产配比的基准组相比，其抗渗性能有所改善，从试件轴线劈开的内部结构分析，渗水高度小，渗透稳定，内部结构密实，孔隙分布良好，混凝土构件密实度更好。HX混凝土增强剂的分散作用使混凝土结构形成稳定细密的气孔，保证混凝土体积稳定性，隔断毛细水管，防止各有害物质的入侵，起到抗渗的性能，提高了混凝土的耐久性能。所以掺入HX混凝土增强剂减少 10% 水泥用量不仅没有影响混凝土抗渗性，而且还对抗渗性能有一定的帮助。
二、HX增强剂对混凝土抗冻性能的影响
混凝土冻融破坏在我国，尤其在我国北方大部分地区普遍存在，在寒冷地区道路及桥梁工程中，混凝土冻害是最主要的耐久性破坏形式。
混凝土冻融破坏有两种基本形式，分为冻胀开裂和冻融剥蚀。混凝土首先产生裂缝，随着裂缝慢慢扩大，在表面连接的同时向内部扩展延伸，最终裂缝贯穿整个试件，试件断为数节发生冻胀破坏；冻融剥蚀破坏的主要表观特征有：（1）破坏从表面逐步向内部发展，首先试件表面砂浆层剥落，粗集料暴露，导致试件表面出现凹凸不平，此时剥蚀层以内的混凝土依然保持坚硬完好的状态；（2）随着冻融破坏进一步加剧，试件失去力学性能，在混凝土试件遭受破坏的截面上，可以很清楚看到砂浆层剥落而出现分层的痕迹。
试验采用抗冻试验中的快速冻融法，水冻水溶。快速冻融装置符合现行行业标准《混凝土抗冻试验设备》JG/T243 的规定，试件尺寸 100mm×100mm×400mm，每个冻融循环在3h左右完成，试件中心最低和最高温度应分别控制在（-18±2）℃和（5±2）℃内，在任意时刻试件中心不得高于7℃，每隔 25 次冻融循环测量一次。分析混凝土的抗冻融性能，通过对比分析在降低 10%水泥用量后对混凝土抗冻性能的影响程度。以公司生产配比为基准，以 HX增强剂掺量为胶凝材料质量0.6%，水泥减少10%为对比进行试验，试验配合比见表3。
按表3 配合比进行搅拌，水、减水剂和HX增强剂同时加入，搅拌 180 秒。试件浇筑成型振捣后如图1所示。由图1 可以看出掺入HX增强剂后混凝土拌合物产生大量的气泡，混凝土呈现一种类似多孔的形态，混凝土包裹性明显变好，抗泌水能力提高，泵送摩擦力减小。HX增强剂掺入混凝土中，混凝土拌合物呈现出类似引气剂掺入后的一些表象，混凝土拌合物中出现大量均匀分布，相互独立的球形微小气泡。混凝土拌合物中这些球状气泡的作用，能够极大改善和提高混凝土拌合物的和易性和稳定性能。从理论上说掺入HX增强剂后应该能够提高混凝土的抗冻融性能。实验结果如表4、表5，图2、图3 所示。
由表4、表5 和图2、图3 可以看出：
①C30等级的混凝土随着抗冻次数增加，质量损失率不断增大，基准混凝土在抗冻融次数75次之前质量损失率增长较小，75次冻融循环滞后，质量损失率迅速增大，至125次冻融循环时，质量损失率达到4.0%，相对动弹模量下降到35.8%，混凝土抗冻等级为F100。掺入HX增强剂的对比混凝土，试件质量质量损失率基本呈现出均衡的增长过程，至冻融循环 150 次时，质量损失率达到2.4%，相对动弹性模量下降到41.1%，混凝土抗冻等级为 F125。
②C50等级混凝土随着抗冻次数增加，质量损失率为0，前50次冻融循环质量基本没有变化。基准混凝土冻融循环50次之后试件质量开始增加，动弹模量下降，至125次时，相对动弹模量下降为63.4%，当冻融循环到达150次时，其中2个试件试件发生冻胀开裂，试件均断开成2节，混凝土抗冻等级达到 F125。掺入HX增强剂的对比混凝土冻融循环50次之后试件质量开始增加，动弹模量下降，至150次时，相对动弹模量下降为81.2%，当冻融循环次数到达175次时，该组3个试件发生冻胀开裂，断裂成数节，混凝土抗冻等级达到 F150。
③C50基准混凝土冻融循环50次之后质量增长幅度大于C50对比混凝土。C30等级的混凝土冻融破坏呈现冻融剥蚀破坏，破坏从表面逐步向内部发展，首先是表面砂浆层剥落，然后集料开始暴露，表面凹凸不平，质量损失率不断增大，相对动弹模量不断降低的一个过程，遭受破坏的横截面上，可以清楚看到有砂浆剥落，骨料外露而出现分层的痕迹。掺入HX增强剂的C30对比混凝土上述过程较 C30基准混凝土缓慢。C50等级的混凝土破坏呈现的是冻胀开裂破坏，冻融循环前50次质量不变，50 次之后质量开始增加，试件表面开始出现微裂纹，随着冻融次数增加，微裂纹条数不断增加，冻融后期微裂纹迅速扩大发展成贯穿裂缝，裂缝成横向把试件分为两节，试件破坏，在此过程试件表面未发生表皮剥落现象。
④图4是C30等级混凝土冻融100次时的照片，由照片可以看出掺入HX增强剂的C30对比混凝土，破坏时砂浆层剥落较均衡在表面发生，破坏较轻微。C30基准混凝土破坏时，破坏呈现不均衡现象，局部砂浆层剥落，甚至集料开始外露，边上则破坏较轻微。说明掺入 HX增强剂后增强了混凝土结构，能够改善混凝土抗冻性。
三、HX增强剂对混凝土收缩性能的影响
本次试验主要测试的是在一定环境作用下混凝土的收缩变形，干缩变形常常与自生体积变形同时发生，试验强调的是HX增强剂掺入混凝土中是否会对混凝土收缩性能产生影响，所以不需要密封试件形成对比仅测干缩变形，试验所测是干缩变形和自生体积变形之和。混凝土的干燥收缩主要是由硬化水泥石的干燥收缩引起的，主要有毛细管张力学说和表面吸附学说两大机理。试验参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，收缩试验采用接触法测定在无约束和规定的温湿条件下硬化混凝土收缩变形性能。采用尺寸为100mm×100mm×515mm的棱柱体试件，每组为3个试件。收缩试验应在恒温恒湿环境中进行，室温应保持在（20±2）℃，相对湿度应保持在（60±5）%。分析当HX增强剂掺量为胶凝材料质量0.6%、水泥用量减少10%时，与基准配比混凝土相比较，混凝土收缩率的变化情况，HX增强剂对混凝土收缩性能的影响，具体配合比见表3。
由表6和图5可以看出，1d~14d养护龄期掺入HX增强剂的C30、C50对比混凝土收缩率均小于基准混凝土，可能原因是掺入HX增强剂减少水泥用量，从而使单位体积内的水泥颗粒减少，降低混凝土水化热，减少了原来混凝土体系中存在的局部水泥颗粒比重偏大的不均匀现象，从而减少混凝土收缩；14d~60d龄期，C30、C50对比混凝土收缩率开始增长，超过基准配合比值，可能原因是掺入增强剂使混凝土中胶材水化更均匀，14~28d强度提高的同时，也是收缩最大的过程。60d龄期后，基准混凝土的收缩率仍有增长，而对比混凝土收缩开始变缓，并处于稳定状态，说明了HX增强剂在改善和易性的情况下，对混凝土后期收缩起到一定抑制的作用。至90d时，二者收缩率基本趋于一致。掺入HX增强剂降低水泥用量，与基准配合比相比较，混凝土收缩变化趋势基本相同，收缩率变化不大，对混凝土收缩没有太大的影响。
四、HX增强剂对混凝土碳化性能的影响
相关研究资料表明影响混凝土碳化性能的主要因素可以分为与环境有关的外部因素和与混凝土本身有关的内部因素。
内部因素主要有：水灰比对碳化速度的影响、水泥品种的影响、水泥用量的影响、混凝土掺合料对碳化的影响、混凝土抗压强度的影响、施工质量及养护对碳化的影响等。
外部因素主要有：CO2浓度的影响、环境温度的影响、环境相对湿度的影响等。
试验时把试验箱内二氧化碳浓度控制在（20±3）%，箱内相对湿度控制在（70±5）%，温度控制在（20±2）℃的范围内。碳化到 3d、7d、14d、28d 时，分别取出棱柱体试件劈裂破型后，清理干净表面粉末，将试液从两侧边滴入断裂面，然后测量碳化深度，计算好每次切除的厚度，每个试件要能够均匀劈裂4次。试验完成后用石蜡和松香将破型后试件的切断面重新密封好，放入碳化箱内继续碳化，直到下一个试验周期试验取出。
混凝土的碳化就是混凝土中可碳化物质，主要是水泥石中的氢氧化钙在大气中二氧化碳及水分的共同作用下变成碳酸钙，混凝土由原来的碱性环境逐渐变为中性环境的过程。混凝土的碳化致使混凝土结构出现裂缝、混凝土保护层剥落、钢筋产生锈蚀，最终将导致钢筋混凝土结构的整体破坏。研究混凝土的碳化原因，对混凝土结构及钢筋混凝土结构耐久性具有重要的实际意义。
试验配合比见表3，分析在减少水泥用量10%，掺入胶凝材料质量0.6%的HX增强剂后，与基准配比相比较，混凝土抗碳化性能的情况。实验结果如表7所示。
由表7 可以看出，随碳化龄期的增长，混凝土碳化深度有所增加。低强度混凝土碳化深度显巨大于高强度等级混凝土碳化深度，混凝土的抗碳化能力与其强度等级有着密切的关系，混凝土的抗压强度愈高，其抗碳化能力逾强。
低强度混凝土碳化深度随龄期变化较大，C30砼28d对比值较基准值碳化深度大1.7mm；高强度混凝土碳化深度随龄期变化较小，C50砼28d对比值较基准值仅大0.5mm，基本没影响。
五、结论
1、 通过试验证明，掺入HX增强剂后，混凝土抗渗性能有所改善，从试件轴线劈开的内部结构分析，平均渗水高度小于基准值10mm左右，渗透稳定，内部结构密实，孔隙分布良好，混凝土构件密实度更好。从而提高了混凝土的抗渗性能。
2、从试验对比数据显示，掺入 HX 增强剂后，混凝土抗冻能力有所提高。
3、与基准配合比相比较，混凝土收缩变化趋势基本相同，收缩率变化不大，对混凝土收缩没有影响。
4、掺入 HX 增强剂后，C30、C50对比混凝土较基准混凝土的抗碳化能力减弱，碳化深度稍有增加，但也无太大影响。
5、总结以上数据分析，掺入HX混凝土增强剂降低10%水泥情况下不会影响混凝土耐久性能。
参考文献
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