減縮劑與減水劑的相容性研究

摘　要: 研究了兩種減縮劑與四種減水劑復(fù)合后對(duì)溶液表面張力、混凝土坍落度、混凝土強(qiáng)度、混凝土自由收縮和砂漿收縮的相容性問題。試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種自身表面張力相近的減縮劑對(duì)蒸餾水和減水劑溶液表面張力的作用差異較大，但對(duì)砂漿和混凝土的減縮率幾乎相同，收縮規(guī)律的影響相似，說明表面張力并不是減縮率的惟一決定因素。就減縮率而言，減縮劑與減水劑的相容性是較好的，而對(duì)強(qiáng)度的相容性相對(duì)較差，其作用機(jī)理與減水劑分子的支鏈數(shù)及負(fù)離子基團(tuán)數(shù)有關(guān)。

關(guān)鍵詞: 減縮劑；收縮；減水劑；混凝土強(qiáng)度；相容性

     混凝土是當(dāng)代建筑工程用量最大的建筑材料，這也是發(fā)達(dá)國家近年來著重研究的領(lǐng)域之一。泵送施工、高強(qiáng)混凝土和外加劑的應(yīng)用，為建設(shè)施工我國目前使用的絕大部分外加劑，包括近年來機(jī)械化和技術(shù)進(jìn)步作出了卓越的貢獻(xiàn)，但也帶來了研制的胺基磺酸鹽、聚羧酸鹽和聚苯乙烯磺酸鹽、脂嚴(yán)重的負(fù)面影響，即非荷載裂縫越來越多，加劇了混肪族系等高性能減水劑，在減水率、保塑性和適應(yīng)性凝土結(jié)構(gòu)物的劣化，質(zhì)量糾紛的增多長期困擾著建方面均有長足進(jìn)步，但均增大了混凝土的收縮，以致設(shè)工程界。雖然對(duì)非荷載裂縫的成因已有較一致的于國家規(guī)范《混凝土外加劑》( GB8076 —1997) 中也認(rèn)識(shí)，并提出了許多見解和方法[1～3] ，但至今沒有規(guī)定了，即使一等品也允許收縮率比達(dá)135 %。因得到有效控制，且日趨嚴(yán)重。單憑設(shè)計(jì)或施工方法， 此，減縮劑的研制和應(yīng)用，特別是減縮型外加劑的研要從根本上消除非荷載裂縫尚有困難。如何減小混制和應(yīng)用，以及如何使摻外加劑的混凝土收縮率比凝土的自身收縮已成為控制裂縫和提高耐久性的關(guān)減小到100 % 以下，甚至更低，實(shí)現(xiàn)外加劑技術(shù)的全面提升，減少混凝土非荷載裂縫，提高耐久性，是急待研究和解決的課題。

     美國、日本等發(fā)達(dá)國家，自20 世紀(jì)80 年代以來，主要通過研制和應(yīng)用減縮劑(shrinkage2reducing agent ， SRA) 來降低混凝土的自身收縮，獲得了多項(xiàng)專利[4～7] ，并被公認(rèn)為是裂縫控制的最有效措施之一。我國自20 世紀(jì)90 年代開始相關(guān)研究[8～11] ，由于許多關(guān)鍵技術(shù)和使用成本等問題尚未解決，至今未能推廣應(yīng)用。

     本文主要就減縮劑與不同品種減水劑復(fù)合后， 對(duì)溶液表面張力、混凝土流動(dòng)性和強(qiáng)度、混凝土和砂漿減縮率的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并從分子結(jié)構(gòu)層面上對(duì)相容性問題進(jìn)行了分析探討。

1 　原材料、配合比和試驗(yàn)方法

1。1 　原材料

1) 減縮劑：采用國產(chǎn)甲醚基聚合物、乙二醇系聚合物和改性劑復(fù)合研制的聚氧乙烯類減縮劑。ZDD —A 型降低表面張力的效果較好，ZDD —B 型降低表面張力的效果較差，蒸餾水溶液中摻量與表面張力的關(guān)系見表1。

2) 減水劑： 浙江湖州大東吳建設(shè)新材料有限公司產(chǎn)TA —201 脂肪族高效減水劑；杭州市建筑構(gòu)件有限公司產(chǎn)SP403 密胺樹脂系(三聚氰胺) 高效減水劑和PA 胺基磺酸鹽系高效減水劑；杭州市建虹外加劑廠產(chǎn)JHN —1 型萘系高效減水劑；浙江省天和建筑構(gòu)件有限公司產(chǎn)JB —201 萘系高效減水劑；浙江華威建材有限公司產(chǎn)DXH —B 萘系高效減水劑。

3) 水泥： 基準(zhǔn)水泥和浙江錢潮水泥集團(tuán)產(chǎn)42.5 級(jí)普硅水泥。

4) 河砂：細(xì)度模數(shù)2.5。

5) 碎石：最大粒徑31.5 mm。

1。2 　試驗(yàn)方法

     砂漿收縮試驗(yàn)參照《混凝土膨脹劑》(JC4762 2001) 和《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》(J GJ70) 進(jìn)行， 試件尺寸為40 mm ×40 mm ×160 mm。砂漿配合比為m (灰) ∶m (砂) =1∶3， m (水) ∶m (灰) =0130。混凝土收縮試驗(yàn)參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》(GBJ86) 進(jìn)行，試件尺寸為100 mm ×100 mm × 515 mm。試件成型后帶模養(yǎng)護(hù)24 h， 拆模后，砂漿試件在(20 ±1) ℃的水中養(yǎng)護(hù)6d 后測試基長；混凝土試件在(20 ±1) ℃的水中養(yǎng)護(hù)2d 后測試基長，然后將試件置于溫度(20 ±1) ℃，相對(duì)濕度RH= (60 ± 5) %的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)室中連續(xù)測試長度變化。混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GBJ81) 進(jìn)行。表面張力采用JZHY1 —180 界面張力儀測定。

1。3 　配合比

     為便于對(duì)比分析，混凝土配合比采用固定水泥、砂、石子和水用量，每1 m3 各材料用量分別為水泥430 kg 、細(xì)集料700 kg 、粗集料1 060 kg 、水175 kg， 含砂率40 %。不摻減水劑的對(duì)比混凝土用水量為225 kg/ m3。減水劑和減縮劑的摻率均分別為水泥重的1。8 % 和1。6 %。減水劑、減縮劑品種及試樣編號(hào)見表2。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析討論性

2。1 　減縮劑與減水劑復(fù)合溶液的表面張力

     表3 和表4 是在水與減水劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為98.4 %和1.6 %的溶液中，再摻入一定量的減縮劑后測得的復(fù)合溶液表面張力。試驗(yàn)結(jié)果表明，減縮劑ZDD —A 對(duì)降低溶液表面張力的效果非常顯著，總體上與水溶液表面張力的結(jié)果相似，表現(xiàn)出較好的相容性.不同減水劑之間存在一定差異，脂肪族減水劑TA —201 的表面張力降低最少，萘系減水劑DXH—B的降幅最大。如當(dāng)減縮劑摻量為2 %時(shí)， DXH —B 和TA —201 溶液的表面張力分別下降51 %和41 %，降幅相差10 %左右。減縮率和強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明，雖然TA —201 溶液的表面張力下降最少，似乎相容性相對(duì)較差，但并不影響減縮率，而且強(qiáng)度最高.

     減縮劑ZDD —B 對(duì)減水劑溶液表面張力的影響與水溶液相似，總體上表面張力下降較少。胺基磺酸鹽減水劑溶液的表面張力下降最大，達(dá)30 %，萘系減水劑JB —201 的下降幅度最小，只有14.4 %，而脂肪族減水劑溶液表面張力的降幅介于兩者之間，達(dá)21 %。不同減縮劑對(duì)減水劑溶液表面張力的作用效果不盡相同，而且規(guī)律也不完全一致。但就同一減縮劑與不同減水劑之間對(duì)表面張力的影響而言，雖然存在一定差異，但總的相容性還是比較好的。

2。2 　減縮劑與減水劑復(fù)合對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

     表5 是不同減水劑和減縮劑復(fù)摻的混凝土坍落度和強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。減縮劑的摻入能適當(dāng)增大混凝土的坍落度，ZDD—B 型略優(yōu)。從減水劑品種看，密胺樹脂系和胺基磺酸鹽系坍落度增加最大，萘系和脂肪族減水劑相對(duì)較小，但同樣是萘系減水劑并不完全一致，當(dāng)減縮劑與J HN —1 型萘系減水劑復(fù)摻時(shí)，混凝土坍落度反而略有下降。

     從強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果看，當(dāng)3d 和7d 齡期時(shí)，除了脂肪族減水劑摻用A 型減縮劑，強(qiáng)度略有提高外， 兩種減縮劑與其余減水劑匹配時(shí)，強(qiáng)度均下降； 當(dāng)28 d 齡期時(shí)，除胺基磺酸鹽減水劑的混凝土強(qiáng)度仍然低于基準(zhǔn)外，其余強(qiáng)度均與不摻減縮劑時(shí)接近。單摻胺基磺酸鹽減水劑的混凝土在28 d 時(shí)強(qiáng)度相對(duì)較高，而當(dāng)摻入B 型減縮劑時(shí)，強(qiáng)度從72。9 MPa 下降到63.2 MPa， 降幅最大達(dá)13。3 %， 相容性較差， 但與脂肪族減水劑的相容性則相對(duì)較好。

2。3 　減縮劑與不同減水劑復(fù)合對(duì)收縮的影響

     表6 列出了各齡期的收縮率。圖1 是三種減水劑與減縮劑復(fù)合對(duì)混凝土收縮率的影響。摻密胺樹脂系和萘系減水劑混凝土的收縮比脂肪族減水劑略大，差值為10 % 左右，表明該減縮劑與脂肪族減水劑的適應(yīng)性較好。不同減水劑對(duì)減縮率有一定影響， 但總體來說，減縮劑與減水劑對(duì)減縮率的相容性還是比較好的。

      砂漿收縮率試驗(yàn)結(jié)果與混凝土規(guī)律基本相同， 見圖2 和表7。密胺樹脂和萘系減水劑的減縮率小于其他品種，早期影響率較大，后期較小，因此，相容性問題主要表現(xiàn)在早期，從后期來看，這一減縮劑與減水劑的相容性還是比較好的。

　　從表面張力下降與減縮率的關(guān)系看，B 型減縮劑的表面張力下降值明顯小于A 型，但對(duì)混凝土的減縮率來說幾乎相同。對(duì)砂漿來說，在28 d 以內(nèi)，B 型減縮劑的減縮率甚至大于A 型，而在28 d 以后，兩者相同。這一試驗(yàn)結(jié)果表明，表面張力對(duì)減縮率有影響，但并不存在比例關(guān)系，這一點(diǎn)也可以從大量能降低溶液表面張力的物質(zhì)并不一定降低混凝土收縮得到反證。

    四種減水劑的分子結(jié)構(gòu)見圖3。由圖可知胺基磺酸鹽減水劑的強(qiáng)度下降較大，是否與分子結(jié)構(gòu)中帶有“ -NH₂ ”基團(tuán)有關(guān)，值得進(jìn)一步研究。

    對(duì)混凝土減縮率的影響，與減水劑分子的支鏈數(shù)、負(fù)離子基團(tuán)數(shù)、分子體型等有關(guān)。一方面，密胺樹脂和萘系減水劑的分支及負(fù)離子基團(tuán)數(shù)明顯少于脂肪族和胺基磺酸鹽，極性較弱，因而與聚氧乙烯系聚合物為主體的減縮劑相容性相對(duì)較差；另一方面，密胺樹脂系、萘系、胺基磺酸鹽和脂肪族減水劑的分子體型依次減小，而聚氧乙烯類減縮劑的分子體型與脂肪族減水劑相似。是所有能降低溶液表面張力的物質(zhì)都能減小收縮， 而部分對(duì)表面張力影響很小的物質(zhì)卻能有效降低收縮。亦即表面張力并不能解釋所有減縮劑的作用.

3         結(jié)　論

(1) 自身表面張力相近的不同減縮劑，對(duì)水溶機(jī)理。不同減縮劑可能存在“表面張力”為主導(dǎo)液和減水劑溶液表面張力的降低作用存在顯著差異，但并不影響混凝土和砂漿的減縮率。因此，并不或“吸附-解析”為主導(dǎo)等不同減縮機(jī)理。

(2) 就減縮率而言，減縮劑與減水劑之間的相容性較好。早期對(duì)減縮率有一定影響，而后期的影響率較小。同一減縮劑對(duì)不同減水劑溶液表面張力的影響率最大在10 % 左右。對(duì)強(qiáng)度的影響相對(duì)較大， 當(dāng)兩者匹配不良時(shí)，C60 的混凝土強(qiáng)度下降可達(dá)10 MPa 左右。因此，減縮劑與減水劑之間雖然也存在一定的相容性問題，但與減水劑對(duì)水泥的適應(yīng)性相比， 影響較小，總的相容性較好。

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