新型膨胀剂在混凝土早期收缩抑制中的应用研究.pdf

新型膨胀剂在混凝土早期收缩抑制中的应用研究金一鸣(广州增城区东进供水有限公司 广东 广州)摘 要:混凝土早期收缩是混凝土施工过程中常见的问题 它会导致混凝土结构的龟裂和变形 严重影响混凝土的使用寿命和安全性 随着科学技术的发展 新型膨胀剂在混凝土早期收缩抑制方面逐渐得到应用和研究 通过介绍了混凝土早期收缩的原因和危害、传统混凝土早期收缩抑制方法、膨胀剂的分类及作用机理 重点关注了新型膨胀剂的研究进展进一步探讨新型膨胀剂的优缺点及发展前景 认为新型膨胀剂具有应用广泛、效果显著、环境友好等优点 并指出未来新型膨胀剂在混凝土早期收缩抑制中的研究方向关键词:混凝土早期收缩 膨胀剂 发展前景 作用机理中图分类号:文献标识码:文章编号:()混凝土早期收缩是混凝土施工中常见的问题其原因复杂多样 包括混凝土自身性质、环境条件和施工过程等因素的影响 早期收缩会导致混凝土结构出现龟裂和变形 降低其承载能力和使用寿命对工程安全带来潜在风险 传统的混凝土早期收缩抑制方法存在一定的局限性 随着建筑工程质量要求的提高和环境保护意识的增强 对混凝土早期收缩抑制技术的研究也日益受到关注 新型膨胀剂作为一种具有很好应用前景的混凝土早期收缩抑制剂在近年来的研究中得到了广泛关注 本文将从混凝土早期收缩的原因和危害、膨胀剂的分类及作用机理和新型膨胀剂的研究进展等方面综述新型膨胀剂在混凝土早期收缩抑制中的应用研究 混凝土早期收缩的原因和危害 混凝土早期收缩的原因混凝土早期收缩是混凝土在硬化初期的一种固有性质 其主要原因是混凝土内部的水分在水泥水化反应过程中消耗 导致混凝土体积缩小 具体来说 混凝土的早期收缩是由于水泥水化反应引起的水泥胶体凝聚体内部结构的改变和物质密度的增加 从而引起了微观孔隙的塌陷和微观裂缝的产生进而导致了混凝土整体体积的收缩 此外 混凝土的早期收缩还可能与混凝土中的骨料和添加剂的类型、含量以及混凝土的配合比等因素有关 这些因素对混凝土的性能和早期收缩有着重要的影响 因此 准确地掌握混凝土早期收缩的原因 对于制定合理的混凝土配合比、选择合适的骨料和添加剂、以及开发新型的混凝土早期收缩抑制剂具有重要的指导意义 混凝土早期收缩和危害混凝土早期收缩会导致混凝土内部产生微观裂缝和微观孔隙的增加 从而降低混凝土的力学性能和耐久性能 甚至可能导致混凝土的结构破坏 这些微观裂缝和孔隙不仅会影响混凝土的强度和稳定性 还会使混凝土更容易吸收外部的水分和气体从而进一步加速混凝土的老化和腐蚀 此外 混凝土早期收缩还可能导致混凝土表面的龟裂和翘曲严重影响混凝土的美观性和使用寿命 因此 混凝土早期收缩的危害性不容忽视 需要采取有效措施来抑制混凝土的早期收缩 传统混凝土早期收缩抑制方法传统的混凝土早期收缩抑制方法主要包括两种类型:防止水分过快蒸发和控制混凝土内部温度变化 对于防止水分过快蒸发 一般采用覆盖保温的方式 可以使用各种保温材料来覆盖混凝土表面例如聚乙烯薄膜、沥青纸等 这样可以减少混凝土表面的水分蒸发 保持混凝土表面的湿度 从而防止混凝土早期收缩 同时 也可以采用喷淋水雾等方式来保湿 从而延缓混凝土的早期干燥过程对于控制混凝土内部温度变化 主要采用控制混凝土的浇筑时间、浇筑方式、混凝土配合比、混凝土摆放方式等方式来减缓混凝土的水泥水化反应速率从而降低混凝土的内部温度变化和收缩率 此外也可以采用添加混凝土收缩剂、添加纤维材料等方式来抑制混凝土的早期收缩 虽然这些传统的混凝土早期收缩抑制方法在一定程度上可以起到一定的效果 但是这些方法仍然存在一些问题 例如 传统的覆盖保温方式存在成本高、操作繁琐等问题控制混凝土内部温度变化的方法存在施工难度大、施工周期长、对混凝土强度的影响等问题 添加混凝土收缩剂、纤维材料等方式则存在成本高、效果难以保证等问题 因此 寻求一种新型的混凝土早期收缩抑制方法变得尤为重要 年 月第 卷第 期 建材发展导向 膨胀剂的分类及作用机理 膨胀剂的分类膨胀剂是指能够通过吸水或吸湿膨胀 进而抵消混凝土在硬化过程中因水分蒸发而产生的收缩应变的材料 根据其来源和化学成分的不同 膨胀剂可以分为多种类型 具体分类信息如表 所示表 膨胀剂的分类和作用方式分类化学成分作用方式有机膨胀剂甲醛、甲醇、脲等化学反应产生气体无机膨胀剂硫铁矿、铝粉、生石灰等热反应或化学反应产生气体 或者通过溶液和晶体膨胀等机理高分子膨胀剂聚磺酸盐、聚丙烯酸、聚醚等高分子材料吸水膨胀微生物膨胀剂微生物发酵产生的有机物质等微生物反应产生气体 有机膨胀剂主要通过在混凝土中进行化学反应产生气体而发挥膨胀作用 其优点是反应速度快但同时也存在着不稳定性和膨胀量难以控制的缺点无机膨胀剂则主要通过热反应或化学反应产生气体来发挥膨胀作用 其稳定性和控制性较好 但同时也存在着反应速度慢的缺点 高分子膨胀剂则主要通过吸水膨胀来发挥作用 其优点是可以在长时间内持续释放膨胀效果 但同时也存在着吸水速度慢和膨胀量受限的缺点 微生物膨胀剂则主要通过产生气体来发挥作用 其优点是环保、低成本 但同时也存在着反应速度慢和膨胀量难以控制的缺点 膨胀剂的作用机理膨胀剂作用机理是通过在混凝土内部形成微观孔隙或产生气泡来引起混凝土膨胀 进而对混凝土的早期收缩进行抑制 根据不同类型的膨胀剂 其作用机理也有所不同 对于气泡型膨胀剂 其主要作用机理是通过添加一定的物质使混凝土中形成气泡 从而抵消混凝土内部自身收缩的趋势 达到抑制混凝土早期收缩的目的 对于晶体膨胀剂 其作用机理则是通过在混凝土内部形成晶体 晶体在混凝土中的生长过程中产生膨胀力 进而抑制混凝土的收缩 而对于微生物发酵产生的膨胀剂 则是通过微生物在混凝土内的代谢过程中产生气体和有机物质等物质 从而引起混凝土膨胀 达到抑制混凝土早期收缩的目的 不同类型的膨胀剂具有不同的作用机理 但都能够通过引起混凝土的膨胀来达到抑制混凝土早期收缩的目的 在实际应用过程中需要根据不同的混凝土工程设计需求选择适当的膨胀剂类型和添加量 并在施工过程中控制好混凝土的配合比、搅拌时间和浇注温度等因素 以充分发挥膨胀剂的作用 新型膨胀剂的研究进展 微生物发酵产生的膨胀剂微生物发酵产生的膨胀剂是一类新型膨胀剂其制备方法是通过将微生物培养于一定条件下 使其产生具有膨胀性能的有机物质 然后通过提取、精制等工艺制得膨胀剂 这种膨胀剂以天然原料为基础 制备工艺简单 生产成本低 同时还具有环保、可再生等特点目前 常用的微生物发酵产生的膨胀剂包括生物发酵土、糠醛树脂等 其中 生物发酵土是以微生物和其代谢物为主要原料 经过一系列加工处理后制得的一种膨胀材料 生物发酵土的主要原料是苹果渣、芦荟渣、绿豆渣等天然废弃物 经过发酵后 可产生膨胀剂 并与砂、水泥等材料混合使用生物发酵土具有优异的膨胀性能和强度 且具有良好的耐久性和防水性能 因此在建筑工程中得到了广泛的应用 微生物发酵产生的膨胀剂的作用机理是通过微生物代谢过程中产生的有机酸和气体等物质 使混凝土内部产生一定的膨胀作用 从而缓解混凝土早期收缩引起的应力 这种膨胀剂的作用机理相对复杂 涉及微生物生长、代谢等多个方面但由于其具有天然、环保等优点 因此在混凝土早期收缩抑制领域中备受瞩目 矿物质膨胀剂矿物质膨胀剂是指由天然矿物质或人工制备的矿物质经过特殊处理后形成的膨胀剂 如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、硅酸铝钙矿等 这些矿物质膨胀剂的主要成分是含水层状硅酸盐矿物 在高温下 矿物质内部的水分蒸发产生高压气体 从而引起矿物体积的膨胀 矿物质膨胀剂的优点是具有天然的来源、无毒无害、绿色环保、稳定性好等特点 是一种很有前途的混凝土早期收缩抑制剂 矿物质膨胀剂还包括矿渣粉和粉煤灰等工业废弃物 它们可以作为混凝土中的替代材料 不仅减少了废弃物的排放 而且能够提高混凝土的性能 在矿渣粉和粉煤灰中 和 等活性物质能够与水化产物反应 生成膨胀物质 从而产生膨胀效应 矿渣粉和粉煤灰还具有细粉、孔隙率高、具有较好的硅铝酸 建材发展导向 年 月第 卷第 期盐反应等特点 这些特点也对其膨胀性能产生了影响 同时 矿物质膨胀剂也受到多种因素的影响如水灰比、掺合剂类型和掺量、环境温度和湿度等这些因素的变化都可能影响矿物质膨胀剂的膨胀性能近年来 矿物质膨胀剂的研究热点主要集中在以下几个方面:)开发新型的矿物质膨胀剂)提高矿物质膨胀剂的膨胀性能)改善矿物质膨胀剂的加工工艺和使用效果)探究矿物质膨胀剂与混凝土其他掺合料的协同作用 在这些研究中 微观结构与性能的关系得到了广泛关注 采用多种表征手段对矿物质膨胀剂的结构进行研究 为矿物质膨胀剂的优化提供了理论依据 此外 还有部分学者对矿物质膨胀剂与混凝土的界面反应、矿物质膨胀剂的加入时间、掺杂方式等问题展开了深入的研究 高分子膨胀剂与传统的矿物质膨胀剂和微生物膨胀剂相比高分子膨胀剂具有加工方便、来源广泛、成本低廉等优点 因此在近年来得到了广泛的关注和研究高分子膨胀剂主要包括两种类型:一种是亲水性的高分子膨胀剂 另一种是疏水性的高分子膨胀剂亲水性高分子膨胀剂主要是由水溶性高分子聚合物制成 这些高分子聚合物可以与混凝土中的水分子结合 从而引起膨胀 而疏水性高分子膨胀剂则是由不溶于水的高分子聚合物制成 这些高分子聚合物在混凝土中水化反应产生膨胀 在实际应用中亲水性高分子膨胀剂的使用更为广泛高分子膨胀剂的作用机理主要是通过水化反应引起混凝土体积的增大 从而实现膨胀 在混凝土中 高分子膨胀剂可以与水泥胶体或水化硅酸钙等水化产物发生化学反应 形成一定的化学键 这些化学键可以将高分子膨胀剂和水化产物紧密结合在一起 从而防止其在混凝土中的流失和析出 与传统的矿物质膨胀剂相比 高分子膨胀剂的优点在于其性能的可控性更强 高分子膨胀剂可以通过调整其分子量、结构、化学成分等因素来控制其膨胀性能 从而实现对混凝土早期收缩的有效控制 此外高分子膨胀剂还可以与其他类型的膨胀剂相结合使用 以实现更加优异的膨胀效果 新型膨胀剂的优缺点及发展前景 新型膨胀剂的优缺点随着科学技术的不断发展和深入研究 新型膨胀剂逐渐成为研究的热点 与传统膨胀剂相比 新型膨胀剂具有一系列优点 如原材料来源广泛、膨胀性能好、加工成本低等 例如有机膨胀剂因其可再生性、环保性、稳定性等特点而备受关注 无机 有机复合膨胀剂由于具有无机膨胀剂高强度、有机膨胀剂柔性等特点而具有广泛应用前景 当然新型膨胀剂也存在一些缺点 如稳定性差、加工工艺要求高等问题 但随着技术的不断进步和研究的深入 这些问题将得到有效的解决 新型膨胀剂的发展前景随着人们对混凝土早期收缩控制技术要求的不断提高 新型膨胀剂作为一种发展趋势已经引起了越来越多的关注 新型膨胀剂具有更加广泛的来源和更好的膨胀性能 而且不受季节变化等外部环境因素的影响 能够更好地适应工程建设的需要 尽管新型膨胀剂在生产和加工成本等方面仍存在一定的限制 但其应用前景依然非常广阔 未来的发展方向主要包括提高膨胀性能和降低生产成本 开发更加环保和可持续的膨胀剂 研究新型膨胀剂的应用技术和工艺 以及建立更加完善的标准和规范等相信在不断的研究和创新之下 新型膨胀剂将会成为混凝土早期收缩控制技术中的重要组成部分 为工程建设的高质量和可持续发展提供重要支持 结语混凝土早期收缩是一种普遍存在的问题 其危害严重影响着混凝土结构的安全性和耐久性 传统的收缩抑制方法包括控制混凝土配合比、加入外加剂等 但仍存在一些不足之处 新型膨胀剂由于具有优异的膨胀性能和环境友好性 已经成为混凝土早期收缩抑制的重要方法之一 当前 新型膨胀剂的研究方向主要集中在发掘新的资源、探索新的应用途径和提高膨胀性能等方面 其发展前景十分广阔 因此 开发和应用新型膨胀剂是未来混凝土早期收缩抑制技术的重要方向之一参考文献:桂海清 混凝土早期收缩与抗裂性能试验研究.浙江浙江大学吴金海 海洋环境下混凝土结构耐久性研究.浙江浙江大学姜英杰 桥梁可靠度评估与剩余使用寿命预测.辽宁辽宁工程技术大学何小军董胜欢宋锦威 混凝土收缩的影响及控制措施.石家庄铁路职业技术学院学报():李林香谭盐宾谢永江等 增稠剂对混凝土收缩性能的影响.新型建筑材料 ():收稿日期:作者简介:金一鸣()男广东广州人博士研究生中级工程师研究方向:市政工程结构工程(责任编辑:雷 思)年 月第 卷第 期 建材发展导向