CA-SR 養(yǎng)護(hù)劑的制備及其力學(xué)性能研究

王軍，龐二波

（1. 明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)股份公司，廣東 中山 528437；2. 中建商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430080）

0 前言

隨著現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣化和工程施工水平的提高，低成本、耐候性好且應(yīng)用面廣的高效多功能養(yǎng)護(hù)劑，逐漸成為許多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。目前工程上使用的養(yǎng)護(hù)劑主要以高分子乳液類為主[1-4]，它們主要是靠有機(jī)組分在自然條件下?lián)]發(fā)形成柔性薄膜實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)目的，其保水率較高，但膜層在耐水性、耐腐蝕性和耐磨性方面較差，大部分對(duì)施工時(shí)間要求較高，且養(yǎng)護(hù)劑氣味大，成本高、有毒組分較多；無(wú)機(jī)類養(yǎng)護(hù)劑具有較好的耐候性、耐腐蝕性和耐磨性，且不影響表面裝飾，但其保水率較低，膜層易溶解，應(yīng)用較少[5-6]，據(jù)資料報(bào)道，這類養(yǎng)護(hù)劑的保水率僅 20%～30%[7]。

本研究結(jié)合以上兩大類養(yǎng)護(hù)劑的特點(diǎn)，從提高產(chǎn)品有效保水率及養(yǎng)護(hù)效果出發(fā)，以無(wú)機(jī)物為基體，運(yùn)用有機(jī)物及其它助劑進(jìn)行改性復(fù)配，成功研制出一種成本低廉的 CA-SR 高效養(yǎng)護(hù)劑，具有較好的應(yīng)用前景。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)用原材料

自制 CA-SR 高效養(yǎng)護(hù)劑；華新 P·O42.5 水泥；Ⅰ級(jí)粉煤灰（武漢陽(yáng)邏電廠生產(chǎn)）；S95 礦粉（武漢武新）；TH 粉（中建商品混凝土有限公司研制的新型摻合料，D50＝2.87μm），碎石（5～31.5mm 石灰?guī)r碎石，級(jí)配一般，含泥量 1.1%，壓碎指標(biāo) 10%，針片狀含量 9%）；卵石（5～31.5mm，級(jí)配一般，含泥量1.6%），砂（細(xì)度模數(shù) 2.2～2.6，含泥量 2.7%）；減水劑（中建新型建材廠生產(chǎn)，固含量 10%、20%）；自來(lái)水。

1.2 CA-SR 養(yǎng)護(hù)劑的制備

本產(chǎn)品是在無(wú)機(jī)類養(yǎng)護(hù)劑基礎(chǔ)上進(jìn)行研制，運(yùn)用有機(jī)物及其它助劑進(jìn)行改性。將無(wú)機(jī)基體（A）、成膜劑（B）、增強(qiáng)劑（C）、滲透劑（D）、分散穩(wěn)定劑（E）五類組分按一定比例和一定加料順序復(fù)配，攪拌后獲得均一穩(wěn)定的透明狀混合液，固含量 44%，存儲(chǔ)6 個(gè)月不變質(zhì)，無(wú)刺激性氣味，無(wú)毒無(wú)有害成分，pH值 11，密度 1.1g/cm3。室溫條件下，混凝土成膜時(shí)間1.0～1.5h（初凝至終凝間噴灑）；35℃ 時(shí)，15～30min可成膜。3d 混凝土有效保水率達(dá)到 70%～80%。混凝土表面完全成膜后膜層浸水 2h 不溶，憎水性良好，經(jīng)65℃ 烘烤或烈日暴曬數(shù)天膜層無(wú)變化、不褪色。

養(yǎng)護(hù)劑中 A 組分參與水泥水化反應(yīng)，生成 CSH 等水化產(chǎn)物致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)，生成的致密物質(zhì)能填充表層結(jié)構(gòu)孔隙，并具有較高的耐磨性；加入的 E 組分與體系兼容，能有效分散 A 組分，使溶液均一穩(wěn)定，提高產(chǎn)品的反應(yīng)滲透力；D 組分能加速 A 組分的滲透和提高 A 組分與混凝土表層的粘接力；C 組分是在 A 組分的協(xié)同作用下提高水泥水化速度的表層助劑，在噴灑到混凝土表面后，能與 A 組分迅速滲透至混凝土表層及內(nèi)部孔隙，與溶解的鈣、鋁等離子反應(yīng)生產(chǎn)膠狀物質(zhì)，并在 D 組分的作用下加速反應(yīng)進(jìn)行，更好地封堵表層孔隙，阻止水份損失；B 組分能在堿環(huán)境下與混凝土表面的水化產(chǎn)物及硅氧鍵結(jié)合成致密的憎水層，保護(hù)有效組分充分滲透反應(yīng)，產(chǎn)物不被溶解，進(jìn)一步阻止水分流失，提高表層的耐候性。

1.3 養(yǎng)護(hù)劑的施工方法

試驗(yàn)采用噴壺進(jìn)行噴灑作業(yè)，噴灑時(shí)噴嘴距離混凝土表面 20～50cm，分二次均勻噴灑（混凝土表層面積小時(shí)可 1 次噴灑），待第 1 次作業(yè)初步成膜后垂直進(jìn)行第 2 次噴灑，完畢后及時(shí)清洗噴嘴以免堵塞，方便進(jìn)行下次操作。噴灑的時(shí)間宜控制在混凝土終凝以前，待混凝土表層收光后進(jìn)行。

1.4 試驗(yàn)方法

養(yǎng)護(hù)劑物理性能測(cè)試參考 JC 901—2002《水泥混凝土養(yǎng)護(hù)劑》進(jìn)行。由于本產(chǎn)品非薄膜養(yǎng)護(hù)劑，對(duì)成膜時(shí)間、膜層浸水溶解性和耐熱性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了改進(jìn)。即將養(yǎng)護(hù)劑噴灑在混凝土表面上，噴灑時(shí)間為水泥初凝至終凝時(shí)，觀察成膜時(shí)間，待成膜后，分別用水浸泡和放置 65℃ 烘箱中，觀察其浸水溶解性和耐熱性；養(yǎng)護(hù)劑力學(xué)性能測(cè)試參考 JC 901—2002 和 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。養(yǎng)護(hù)劑物理性能和力學(xué)性能測(cè)試噴灑量均為 250g/m2。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 養(yǎng)護(hù)劑對(duì)低強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的影響

選取某工程實(shí)際生產(chǎn)的 C40 混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，配合比為水泥∶粉煤灰∶礦粉∶卵石∶砂∶水∶減水劑＝1:0.348:0.348:4.65:3.43:0.63:0.03，分別就室內(nèi)和室外暴曬條件下各齡期的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)過(guò)程中試塊不被雨水淋濕，各養(yǎng)護(hù)方法見(jiàn)表1，其結(jié)果見(jiàn)表2 和圖1、圖2 所示。由于試驗(yàn)均在初夏季節(jié)進(jìn)行，室內(nèi)外平均氣溫較高，各齡期的抗壓強(qiáng)度整體高于標(biāo)養(yǎng)。為了更好地呈現(xiàn)本產(chǎn)品對(duì)強(qiáng)度的影響，將 JC 901—2002 中抗壓強(qiáng)度比指標(biāo)的基準(zhǔn)進(jìn)行了修正，以下抗壓強(qiáng)度比指標(biāo)的基準(zhǔn)均為相同養(yǎng)護(hù)條件下的空白自然敞露樣。

表1 混凝土養(yǎng)護(hù)方法

表2 不同養(yǎng)護(hù)條件下 C40 混凝土養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度測(cè)試與重復(fù)驗(yàn)證情況

圖1、圖2 中可看出，無(wú)論是室內(nèi)還是室外，噴灑 CA-SR 養(yǎng)護(hù)劑的各齡期抗壓強(qiáng)度均不同程度的高于相同條件下的自然敞露樣。對(duì)比 F 和 P1，兩者 28d抗壓強(qiáng)度比相當(dāng)且均達(dá)到 107%，而室外條件下 P2 的3d、28d 的抗壓強(qiáng)度比分別達(dá)到了 103%、112%，其中3d 抗壓強(qiáng)度比與 P1 相當(dāng)。對(duì)比 P1、K1 與 P2、K2 的28d 強(qiáng)度，噴灑本產(chǎn)品后強(qiáng)度分別提高 3～4MPa、6～7MPa，溫度似乎對(duì)本產(chǎn)品的養(yǎng)護(hù)效果更有利，這可能是溫度加速了組分的滲透并更好地加速或激發(fā)水化反應(yīng)，讓表層更致密，削弱了后期水分散發(fā)，在混凝土內(nèi)部形成類似蒸養(yǎng)環(huán)境的緣故，暴曬條件下，對(duì)強(qiáng)度的提高作用更明顯。

為排除試驗(yàn)系統(tǒng)誤差對(duì)結(jié)果的影響，進(jìn)行了重復(fù)性驗(yàn)證，提高各齡期強(qiáng)度測(cè)試試塊數(shù)量，養(yǎng)護(hù)方法一樣，溫、濕度情況類似，所得結(jié)果見(jiàn)圖3 和圖4 所示。從圖中可知，P1 的 3d、28d 的抗壓強(qiáng)度比分別達(dá)到了103% 和 107%，P2 的 3d、28d 的抗壓強(qiáng)度比分別達(dá)到了 104%、110%。所得的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律和各齡期的抗壓強(qiáng)度比情況與圖1 和圖2 中結(jié)果是一致的。

圖1 C40 混凝土各養(yǎng)護(hù)方法下的抗壓強(qiáng)度

圖2 C40 混凝土各養(yǎng)護(hù)方法下的抗壓強(qiáng)度比

圖3 C40 混凝土各養(yǎng)護(hù)方法下的抗壓強(qiáng)度驗(yàn)證

圖4 C40 混凝土各養(yǎng)護(hù)方法下的抗壓強(qiáng)度比驗(yàn)證

2.2 養(yǎng)護(hù)劑對(duì)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的影響

選用某橋梁工程 C60 配合比進(jìn)行試驗(yàn)，配合比為水泥∶粉煤灰∶TH 灰∶碎石∶砂∶水∶減水劑＝1:0.103:0.154:2.654:1.974:0.372:0.025。試驗(yàn)過(guò)程、養(yǎng)護(hù)方法及溫濕度情況與 2.1 小節(jié)一樣，其結(jié)果見(jiàn)表3 和圖5、圖6。

圖5 C60 混凝土各養(yǎng)護(hù)方法下的抗壓強(qiáng)度

圖6 C60 混凝土各養(yǎng)護(hù)方法下的抗壓強(qiáng)度比

表3 不同養(yǎng)護(hù)條件下 C60 混凝土強(qiáng)度情況

從圖中可知，本產(chǎn)品對(duì)高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律與低強(qiáng)度等級(jí)的略有不同。高強(qiáng)混凝土因膠凝材料較多，早期強(qiáng)度發(fā)展快，室外暴曬下 P2 的 3d 強(qiáng)度就與室內(nèi) F 的強(qiáng)度相當(dāng)。3d 齡期時(shí)，室內(nèi) P1 和室外 P2 的抗壓強(qiáng)度比分別達(dá)到 103%、109%；28d 時(shí)，P1、P2 抗壓強(qiáng)度比相當(dāng)，分別達(dá)到 107%、107%，均提高強(qiáng)度 4～5MPa，且等于或超過(guò)室內(nèi)覆膜的強(qiáng)度。說(shuō)明高溫下，本產(chǎn)品對(duì)高強(qiáng)混凝土的后期強(qiáng)度提高幅度較小，這可能是因?yàn)楦邚?qiáng)度混凝土的水泥石結(jié)構(gòu)更致密，滲透阻力大，參與混凝土表層后期水化的有效成分降低所致。

表4 和圖7、圖8 為重復(fù)性驗(yàn)證試驗(yàn)，選用某橋梁工程 C60 混凝土進(jìn)行，配合比為水泥∶粉煤灰∶礦粉∶碎石∶砂∶水∶減水劑＝1:0.273:0.152:3.273:2.273:0.455:0.028，試驗(yàn)同樣通過(guò)提高各齡期強(qiáng)度測(cè)試試塊數(shù)量來(lái)減小試驗(yàn)誤差。從圖中可看出，試驗(yàn)中由于室外溫度更高（平均氣溫 35 ℃ 以上），導(dǎo)致室外暴曬下的早期強(qiáng)度均明顯高于室內(nèi)覆蓋薄膜和標(biāo)養(yǎng)的，P1 的 3d、28d 的抗壓強(qiáng)度比分別達(dá)到了 104% 和 106%，P2 的3d、28d 的抗壓強(qiáng)度比分別達(dá)到了 104% 和 105%，與對(duì)比試驗(yàn)規(guī)律是一致的。

圖7 C60 混凝土各養(yǎng)護(hù)方法下的抗壓強(qiáng)度驗(yàn)證

圖8 C60 混凝土各養(yǎng)護(hù)方法下的抗壓強(qiáng)度比驗(yàn)證

表4 不同養(yǎng)護(hù)條件下 C60 混凝土強(qiáng)度驗(yàn)證情況

根據(jù)各原材料的市場(chǎng)價(jià)格，對(duì)該產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行了初步統(tǒng)計(jì)，按 250g/m2噴灑量計(jì)算，每平方米成本僅為 0.256 元，統(tǒng)計(jì)結(jié)果未考慮原材料成本。從本文中所反映的強(qiáng)度情況看，該產(chǎn)品具有較好的養(yǎng)護(hù)效果，在公路、機(jī)場(chǎng)道路、橋梁路面等水平結(jié)構(gòu)中具有較好的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

（1）以無(wú)機(jī)基體為載體，引入有機(jī)物及其它助劑進(jìn)行改性復(fù)配，成功研制出成本低廉的 CA-SR 高效養(yǎng)護(hù)劑，通過(guò)滲透反應(yīng)形成剛性憎水層封堵孔隙，具有較好滲透養(yǎng)護(hù)、保水自養(yǎng)作用。

（2）本產(chǎn)品能提高不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的抗壓強(qiáng)度，各齡期的抗壓強(qiáng)度比可達(dá)到 103%～112%，28d 能等于或超過(guò)同條件下覆蓋薄膜的強(qiáng)度。

（3）本產(chǎn)品有利于提高低強(qiáng)混凝土的后期強(qiáng)度，高溫下養(yǎng)護(hù)效果更好，28d 強(qiáng)度最大提高 6～7MPa；但對(duì)高強(qiáng)混凝土的后期強(qiáng)度提高幅度較小，28d 強(qiáng)度最大提高 4～5MPa。