石蠟基混凝土養(yǎng)生劑性能研究

張 影

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

水泥混凝土路面經(jīng)攤鋪成型后，需要經(jīng)過水化和硬化，以形成混凝土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度[1]。水化和硬化的階段需要采取一定的措施，保證水泥水化所需的溫度和濕度條件，從而得到所需的混凝土物理力學(xué)性能，此階段稱為養(yǎng)生[1-2]。養(yǎng)生過程中，混凝土內(nèi)部發(fā)生一系列物理、化學(xué)變化，對(duì)混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度形成及獲得所需的路面結(jié)構(gòu)性能、使用性能和耐久性有重要影響[3]。

常見的養(yǎng)生工藝包括潮濕養(yǎng)生和保水養(yǎng)生，潮濕養(yǎng)生指在混凝土表面覆蓋保濕膜、土工布、麻袋、草簾等，并及時(shí)補(bǔ)充水分保持覆蓋物濕度，以此保證水泥水化所需的水分；保水養(yǎng)生指在混凝土表面噴涂養(yǎng)生劑，以封閉混凝土表面孔隙，以混凝土自身水分來維持水泥水化所需的濕度環(huán)境[4]。潮濕養(yǎng)生效果較好，但在水源匱乏、混凝土形狀不規(guī)則及立面混凝土養(yǎng)生中應(yīng)用難度較大，并且在水泥混凝土路面滑模施工中難于應(yīng)用。而保水養(yǎng)生的養(yǎng)生劑養(yǎng)生方式雖然保水效果相對(duì)于潮濕養(yǎng)生有一定的不足，但由于施工簡(jiǎn)單、無需補(bǔ)水等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到重視[4-6]。

目前國(guó)外主要使用的養(yǎng)生劑有乳化石蠟型、水玻璃型、聚合物單體樹脂乳液型、乳化瀝青型等[7]。經(jīng)3種進(jìn)口養(yǎng)生劑性能對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，石蠟基養(yǎng)生劑保水性能優(yōu)于合成橡膠和鋰基養(yǎng)生劑，可以有效降低最大蒸發(fā)率、縮短蒸發(fā)時(shí)間，并且對(duì)混凝土早期裂縫的形成起到顯著的抑制作用[8-9]。京珠高速公路（湘潭-耒陽段、耒陽-宜章段）、湖南省一級(jí)公路（資興-郴州-桂陽）、清連公路升級(jí)改造項(xiàng)目等大量工程實(shí)踐也證明了石蠟基養(yǎng)生劑的優(yōu)異性能[4]。國(guó)內(nèi)養(yǎng)生劑研究起步較晚，當(dāng)前國(guó)內(nèi)養(yǎng)生劑產(chǎn)品市場(chǎng)較為混亂，很多產(chǎn)品連合格品保水率要求的75%都難以達(dá)到，并且由于價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)等因素造成產(chǎn)品品質(zhì)參差不齊、性能穩(wěn)定性差[10]。

本文通過保水率試驗(yàn)驗(yàn)證了自主研發(fā)的JKYS型石蠟基養(yǎng)生劑的保水性能，研究了該養(yǎng)生劑產(chǎn)品噴涂量對(duì)保水率和混凝土試件強(qiáng)度的影響，并且對(duì)比了JKYS型養(yǎng)生劑與WS的性能。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

a）水泥 選用P·O 42.5水泥，其化學(xué)成分及物理性質(zhì)見表1，滿足GB 175—1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》要求。

表1 水泥物理化學(xué)性能指標(biāo) （%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

b）砂石集料 砂子選用陽曲縣河砂，細(xì)度模數(shù)為2.28，表觀密度為2672 kg/m3；石料選用繁峙縣玄武巖石子，5～25 mm連續(xù)級(jí)配。

c）水 選用太原地區(qū)的自來水。

d）養(yǎng)護(hù)劑 自主研發(fā)的JKYS石蠟基養(yǎng)護(hù)劑，性能指標(biāo)如表2所示，性能測(cè)試依據(jù)為JC 901—2002《水泥混凝土養(yǎng)護(hù)劑》。

表2 JKYS養(yǎng)護(hù)劑性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

試件的制作、養(yǎng)護(hù)、保水率和蒸發(fā)率測(cè)試依據(jù)JC 901—2002《水泥混凝土養(yǎng)護(hù)劑》進(jìn)行，混凝土強(qiáng)度測(cè)試依據(jù)GBJ81—1985《混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

1.2.1 試件制備

按表3所述配方制備混凝土試件，試件尺寸150 mm×150 mm×150 mm，共制備6組試件，每組4個(gè)，將試件進(jìn)行振搗、抹平后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

表3 混凝土配方 kg/m3

1.2.2 試件養(yǎng)護(hù)

選取一組試件，表面不噴涂養(yǎng)生劑，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)（溫度20℃±2℃，濕度大于等于95%），標(biāo)記為G1。在4組試件表面噴涂養(yǎng)生劑，噴涂量分別為 0.15 kg/m2、0.20 kg/m2、0.25 kg/m2、0.30 kg/m2分別標(biāo)記為 G2、G3、G4 、G5（G1為基準(zhǔn)試件），噴涂后放入養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)（溫度38℃±2℃，濕度32%±3%）。剩余一組試件標(biāo)記為G6，噴涂0.25 g/m2養(yǎng)生劑后置于溫度為20℃±0.5℃，濕度為60%±1%的環(huán)境下。

養(yǎng)生劑噴涂方法：在試件和試模邊緣處，剔出深3 mm，寬3 mm的V槽，用蠟填注入V槽使之密封，在蠟封后的試件表面噴涂養(yǎng)生劑，其后放入養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)。

1.2.3 保水率（蒸發(fā)率）測(cè)定方法

G1 試件放入養(yǎng)護(hù)箱之前稱重 m1，G2、G3、G4 試件放入養(yǎng)護(hù)箱之前稱重M1，放入養(yǎng)護(hù)箱72 h后再次稱重，分別標(biāo)記為m2和M2，保水率按式（1）計(jì)算：

G6試件養(yǎng)護(hù)開始后，每隔15 min記錄試件（含模具）質(zhì)量，直至連續(xù)1 h內(nèi)，質(zhì)量損失小于2 g，即認(rèn)為質(zhì)量不再損失，停止實(shí)驗(yàn)。噴涂時(shí)間指試件放入養(yǎng)護(hù)箱開始至試件測(cè)試時(shí)所用時(shí)間。蒸發(fā)率按式（2）計(jì)算：

式中：mi為第i次記錄試件質(zhì)量；A為蒸發(fā)面積；t為間隔時(shí)間。

1.2.4 抗壓強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度比

采用CMT4304型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試件強(qiáng)度，可自動(dòng)記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

抗壓強(qiáng)度比指養(yǎng)生劑養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度之比。

2 結(jié)果與討論

2.1 噴涂量對(duì)成膜效果的影響

不同養(yǎng)生劑噴涂量對(duì)養(yǎng)生劑成膜效果影響如圖1所示，可見噴涂量為0.15 kg/m2和0.20 kg/m2時(shí)，養(yǎng)生劑成膜干燥后表面出現(xiàn)氣孔，隨著噴涂量增加氣孔數(shù)量減少；噴涂量為0.25 kg/m2時(shí)成膜較好；噴涂量為0.30 kg/m2時(shí)，成膜較厚，干燥后顏色偏白。

圖1 不同養(yǎng)生劑噴涂量試件表面狀態(tài)

2.2 養(yǎng)生劑對(duì)保水率的影響

由圖2可見，養(yǎng)生劑噴涂量分別為0.15 kg/m2、0.20 kg/m2、0.25 kg/m2和 0.30 kg/m2時(shí)，混凝土試件保水率為73.02%、85.34%、92.71%和93.84%?？梢婐B(yǎng)生劑噴涂量的增加可以改善保水效果，噴涂量由0.25 kg/m2增加至0.30 kg/m2時(shí)，保水率增加不明顯，且養(yǎng)生劑噴涂量為0.25 kg/m2時(shí)，保水率大于等于90%，達(dá)到《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F30－2014）一級(jí)品要求，因此建議JKYS養(yǎng)生劑噴涂量為0.25 kg/m2。

圖2 養(yǎng)生劑噴涂量對(duì)保水率的影響

本文對(duì)比了未噴涂養(yǎng)生劑（KB）混凝土[8]、JKYS養(yǎng)生劑養(yǎng)生混凝土和美國(guó)某石蠟基養(yǎng)生劑（WS）養(yǎng)生混凝土[8]的性能，JKYS和WS用量均為0.25 kg/m2，3種條件下蒸發(fā)率與時(shí)間關(guān)系如圖3所示?？梢?種養(yǎng)生方式下，混凝土蒸發(fā)率變化趨勢(shì)基本一致，但未噴涂養(yǎng)生劑混凝土蒸發(fā)率顯著高于其他兩種養(yǎng)生方式；未噴涂養(yǎng)生劑混凝土蒸發(fā)率最大，成型后的約 400 min之內(nèi)，質(zhì)量變化最快，最大蒸發(fā)率為0.36 kg/m2/h，400～800 min內(nèi)蒸發(fā)率較 400 min 之內(nèi)顯著降低，約 2200 min之后，質(zhì)量損失明顯下降，其后質(zhì)量基本不再發(fā)生變化。WS養(yǎng)生混凝土在400 min內(nèi)蒸發(fā)率相對(duì)于未噴涂養(yǎng)生劑混凝土大幅降低，最大蒸發(fā)率為0.21 kg/m2/h，400～800 min內(nèi)蒸發(fā)率約為未噴涂養(yǎng)生劑混凝土的1/2，其后略有升高，1700 min后，蒸發(fā)率顯著下降，質(zhì)量基本不再變化。JKYS養(yǎng)護(hù)混凝土400 min內(nèi)蒸發(fā)率變化規(guī)律與美國(guó)石蠟基養(yǎng)生劑混凝土基本一致，最大蒸發(fā)率為0.22 kg/m2/h，400～800 min內(nèi)蒸發(fā)率約為未噴涂養(yǎng)生劑混凝土的2/3，相對(duì)WS較高，但800～1200 min仍保持此蒸發(fā)率，此時(shí)蒸發(fā)率相對(duì)WS較低，同樣1700 min后，蒸發(fā)率顯著下降，質(zhì)量基本不再變化。可見兩種養(yǎng)生劑均能降低混凝土蒸發(fā)率，并且能夠縮短水分散失時(shí)間，JKYS養(yǎng)生劑性能與WS接近。

圖3 養(yǎng)生劑蒸發(fā)率對(duì)比

2.3 養(yǎng)生劑對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

圖4 養(yǎng)生劑對(duì)混凝土強(qiáng)度影響

圖4為JKYS養(yǎng)生劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，可見隨著養(yǎng)生劑噴涂量的增加，抗壓強(qiáng)度增大，養(yǎng) 生 劑 噴 涂 量 分 別 為 0.15 kg/m2、0.20 kg/m2、0.25 kg/m2和 0.30 kg/m2時(shí)，抗壓強(qiáng)度比分別為0.76、0.87、0.94、0.98，養(yǎng)生劑噴涂量由 0.15 kg/m2增大至0.25 kg/m2時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，其后變慢，說明0.25 kg/m2的噴涂量可以保證混凝土水化硬化所需水分，保證混凝土強(qiáng)度。

3 結(jié)論

本文研究了養(yǎng)生劑噴涂量對(duì)養(yǎng)生劑成膜性能、混凝土保水率（蒸發(fā)率）和混凝土強(qiáng)度的影響，并對(duì)比了JKYS型養(yǎng)生劑與美國(guó)石蠟基養(yǎng)生劑的性能，得到以下結(jié)論：

JKYS型養(yǎng)生劑推薦噴涂量為0.25 kg/m2，此時(shí)養(yǎng)生劑在混凝土表面成膜性能較好；保水率可達(dá)到90%以上，達(dá)到一級(jí)品性能要求；混凝土抗壓強(qiáng)度比可達(dá)0.98。

JKYS型養(yǎng)生劑與美國(guó)石蠟基養(yǎng)生劑相比，兩者保水性能接近，且混凝土蒸發(fā)率均顯著低于未噴涂養(yǎng)生劑混凝土。