whdf混凝土抗裂减渗剂在工程中的应用

武汉工程大学
武汉天衣化工有限责任公司
喻幼卿

    摘  要： 武汉工程大学为完成国家“九五”重点攻关的计划“水工高面板堆石坝面板混凝土抗裂、抗渗及耐久性研究”而研制的一种新型高性能混凝土外加剂——whdf混凝土抗裂减渗剂，它能有效改善新拌混凝土工作性能以及硬化后混凝土的力学性能和变形性能，具有抗裂、减渗及提高耐久性能之功能。该外加剂先后应用水工、铁路、交通、市政及民用建筑等近百个大小工程，所用之处，混凝土表面平整有光泽，因水分蒸发引起的干缩性裂缝明显减少，绝大部分工程是基本无收缩性裂缝产生。
关键词：混凝土；whdf抗裂减渗剂；工作性能；力学性能；变形性能；耐久性
　　1.前言
　　whdf混凝土抗裂减渗剂，（又名whdf混凝土增强密实(抗裂)剂，简称whdf），是武汉工程大学为完成国家“九五”重点攻关的计划“水工高面板堆石坝面板混凝土抗裂、抗渗及耐久性研究”（项目编号：96-221-02-01）而研制的一种新型高性能混凝土外加剂，它能有效改善新拌混凝土工作性能以及硬化后混凝土的力学性能和变形性能，具有抗裂、减渗及提高耐久性能之功能。
　　2. whdf技术性能
　　whdf抗裂减渗剂，是一种具有抗裂功能的减渗剂。美国混凝土外加剂学会在化学外加剂报告中介绍的12种外加剂就含有减渗剂。whdf属结晶型材料，液态或固态whdf中的晶化激发剂与水和水泥熟料中的硅酸钙发生反应，形成改性硅酸钙水化物（m-c-s-h）和堵孔沉积物，它的机制和硅酸钙水化物的形成基本相似，与水化水泥浆体构成一整体，该反应过程可以用以下公式表达：

　　3cao-sio2 + mxrx + h2o → caxsixoxr-(h2o)x + mxcarx-(h2o)x   
　　(calcium silicate + crystalline promoter + water →modified calcium silicate hydrate + pore-blocking precipitate)
　　相似的反应可能存在于包括铝酸钙的化学反应中，但上述过程因丰富的硅酸钙存在而占主导地位。
　　另一方面，液态或固态whdf中的活性激发剂激发了体系内粉煤灰中的活性混合材料（游离的钙，sio2和al2o3等）的活性，使它们与ca(oh)2进行二次水化，生成水化硅酸钙（c-s-h）和水化石榴石矿物（c3as2hn）,该反应过程可用以下公式表达：

    
　　综上所述，whdf掺入混凝土后，有如下收益：
　　1、上述两个反应过程生成的改性水化硅酸钙和水化硅酸钙，使体系中的凝胶（c-s-h）增多，密度增大，孔隙率下降，因而胶孔比增大，t.c.powers对混凝土的力学性能与胶孔比内在影响规律进行了诸多研究，并得到了如下关系式：
    r=axn        r——水泥石的力学强度；
         a——水泥凝胶的理想强度，在200～ 300mpa之间；
         x——胶孔比：凝胶总量/总孔量
         n——水泥特征常数，在2.5～3.0之间
　　由此可见，胶孔比增大，混凝土的力学性能将得到大幅度的改善。同时,凝胶增多，密度增大，凝胶在水泥石及其骨料界面处的粘结力也增强，因此，混凝土的变形性能将得到相应的改善。
　　2、上述两个反应过程生成的堵孔沉积物和水化石榴石矿物有较强的渗透能力，它们可堵塞已有的微裂缝和毛细孔，特别是在骨料界面处，有效改善了过渡层松散结构和微裂缝，提高了界面效应，参见电镜扫描试验的图1(a)和图1(b)。

　　同时，已堵塞的微裂缝和毛细孔中的水被挤出来时，水又会激活whdf与水和硅酸钙继续上述反应，因此堵孔沉积物在混凝土纵深部始终在生长，当混凝土结构运行期出现发丝裂纹时，这一作用将不断封闭所出现的间隙，有效改善混凝土的抗裂减渗性能。
　　3、凝胶增多，混凝土拌合物的塑性粘度相应提高，对浆体与骨料颗粒间的界面粘结性能提高；拌合物泌水适中，不离析，流动性好，且坍落度的经时损失较小，有效改善了混凝土的工作性能。值得一提的是：在自密实混凝土中掺入whdf后，随着拌合物坍落度的增大，屈服应力相应减小，但塑性粘度仍然可保持在较为理想的水平，保证其流动和填充能力，因此，whdf在自密实混凝土中，起了粘度改性剂的作用。参见掺与不掺whdf混凝土拌合物泌水试验曲线图（图2）以及掺与不掺whdf 水泥净浆扩展度的对比图（图3和图4）。(详见高铁ⅲ型板自密实砼掺whdf拌合物泌水试验)