CA-SR 养护剂的制备及其力学性能研究

2021-07-05王军庞二波

商品混凝土 2021年5期

王军，庞二波

（1. 明阳智慧能源集团股份公司，广东中山 528437；2. 中建商品混凝土有限公司，湖北武汉 430080）

0 前言

随着现代建筑结构的复杂多样化和工程施工水平的提高，低成本、耐候性好且应用面广的高效多功能养护剂，逐渐成为许多学者研究的热点。目前工程上使用的养护剂主要以高分子乳液类为主[1-4]，它们主要是靠有机组分在自然条件下挥发形成柔性薄膜实现养护目的，其保水率较高，但膜层在耐水性、耐腐蚀性和耐磨性方面较差，大部分对施工时间要求较高，且养护剂气味大，成本高、有毒组分较多；无机类养护剂具有较好的耐候性、耐腐蚀性和耐磨性，且不影响表面装饰，但其保水率较低，膜层易溶解，应用较少[5-6]，据资料报道，这类养护剂的保水率仅 20%～30%[7]。

本研究结合以上两大类养护剂的特点，从提高产品有效保水率及养护效果出发，以无机物为基体，运用有机物及其它助剂进行改性复配，成功研制出一种成本低廉的 CA-SR 高效养护剂，具有较好的应用前景。

1 试验

1.1 试验用原材料

自制 CA-SR 高效养护剂；华新 P·O42.5 水泥；Ⅰ级粉煤灰（武汉阳逻电厂生产）；S95 矿粉（武汉武新）；TH 粉（中建商品混凝土有限公司研制的新型掺合料，D50＝2.87μm），碎石（5～31.5mm 石灰岩碎石，级配一般，含泥量 1.1%，压碎指标 10%，针片状含量 9%）；卵石（5～31.5mm，级配一般，含泥量1.6%），砂（细度模数 2.2～2.6，含泥量 2.7%）；减水剂（中建新型建材厂生产，固含量 10%、20%）；自来水。

1.2 CA-SR 养护剂的制备

本产品是在无机类养护剂基础上进行研制，运用有机物及其它助剂进行改性。将无机基体（A）、成膜剂（B）、增强剂（C）、渗透剂（D）、分散稳定剂（E）五类组分按一定比例和一定加料顺序复配，搅拌后获得均一稳定的透明状混合液，固含量 44%，存储6 个月不变质，无刺激性气味，无毒无有害成分，pH值 11，密度 1.1g/cm3。室温条件下，混凝土成膜时间1.0～1.5h（初凝至终凝间喷洒）；35℃ 时，15～30min可成膜。3d 混凝土有效保水率达到 70%～80%。混凝土表面完全成膜后膜层浸水 2h 不溶，憎水性良好，经65℃ 烘烤或烈日暴晒数天膜层无变化、不褪色。

养护剂中 A 组分参与水泥水化反应，生成 CSH 等水化产物致密网络结构，有利于混凝土早期强度增长，生成的致密物质能填充表层结构孔隙，并具有较高的耐磨性；加入的 E 组分与体系兼容，能有效分散 A 组分，使溶液均一稳定，提高产品的反应渗透力；D 组分能加速 A 组分的渗透和提高 A 组分与混凝土表层的粘接力；C 组分是在 A 组分的协同作用下提高水泥水化速度的表层助剂，在喷洒到混凝土表面后，能与 A 组分迅速渗透至混凝土表层及内部孔隙，与溶解的钙、铝等离子反应生产胶状物质，并在 D 组分的作用下加速反应进行，更好地封堵表层孔隙，阻止水份损失；B 组分能在碱环境下与混凝土表面的水化产物及硅氧键结合成致密的憎水层，保护有效组分充分渗透反应，产物不被溶解，进一步阻止水分流失，提高表层的耐候性。

1.3 养护剂的施工方法

试验采用喷壶进行喷洒作业，喷洒时喷嘴距离混凝土表面 20～50cm，分二次均匀喷洒（混凝土表层面积小时可 1 次喷洒），待第 1 次作业初步成膜后垂直进行第 2 次喷洒，完毕后及时清洗喷嘴以免堵塞，方便进行下次操作。喷洒的时间宜控制在混凝土终凝以前，待混凝土表层收光后进行。

1.4 试验方法

养护剂物理性能测试参考 JC 901—2002《水泥混凝土养护剂》进行。由于本产品非薄膜养护剂，对成膜时间、膜层浸水溶解性和耐热性评价方法进行了改进。即将养护剂喷洒在混凝土表面上，喷洒时间为水泥初凝至终凝时，观察成膜时间，待成膜后，分别用水浸泡和放置 65℃ 烘箱中，观察其浸水溶解性和耐热性；养护剂力学性能测试参考 JC 901—2002 和 GB/T 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。养护剂物理性能和力学性能测试喷洒量均为 250g/m2。

2 试验结果与讨论

2.1 养护剂对低强混凝土强度的影响

选取某工程实际生产的 C40 混凝土进行试验，配合比为水泥∶粉煤灰∶矿粉∶卵石∶砂∶水∶减水剂＝1:0.348:0.348:4.65:3.43:0.63:0.03，分别就室内和室外暴晒条件下各龄期的抗压强度进行对比。试验过程中试块不被雨水淋湿，各养护方法见表1，其结果见表2 和图1、图2 所示。由于试验均在初夏季节进行，室内外平均气温较高，各龄期的抗压强度整体高于标养。为了更好地呈现本产品对强度的影响，将 JC 901—2002 中抗压强度比指标的基准进行了修正，以下抗压强度比指标的基准均为相同养护条件下的空白自然敞露样。

表1 混凝土养护方法

表2 不同养护条件下 C40 混凝土养护强度测试与重复验证情况

图1、图2 中可看出，无论是室内还是室外，喷洒 CA-SR 养护剂的各龄期抗压强度均不同程度的高于相同条件下的自然敞露样。对比 F 和 P1，两者 28d抗压强度比相当且均达到 107%，而室外条件下 P2 的3d、28d 的抗压强度比分别达到了 103%、112%，其中3d 抗压强度比与 P1 相当。对比 P1、K1 与 P2、K2 的28d 强度，喷洒本产品后强度分别提高 3～4MPa、6～7MPa，温度似乎对本产品的养护效果更有利，这可能是温度加速了组分的渗透并更好地加速或激发水化反应，让表层更致密，削弱了后期水分散发，在混凝土内部形成类似蒸养环境的缘故，暴晒条件下，对强度的提高作用更明显。

为排除试验系统误差对结果的影响，进行了重复性验证，提高各龄期强度测试试块数量，养护方法一样，温、湿度情况类似，所得结果见图3 和图4 所示。从图中可知，P1 的 3d、28d 的抗压强度比分别达到了103% 和 107%，P2 的 3d、28d 的抗压强度比分别达到了 104%、110%。所得的抗压强度增长规律和各龄期的抗压强度比情况与图1 和图2 中结果是一致的。

图1 C40 混凝土各养护方法下的抗压强度

图2 C40 混凝土各养护方法下的抗压强度比

图3 C40 混凝土各养护方法下的抗压强度验证

图4 C40 混凝土各养护方法下的抗压强度比验证

2.2 养护剂对高强混凝土强度的影响

选用某桥梁工程 C60 配合比进行试验，配合比为水泥∶粉煤灰∶TH 灰∶碎石∶砂∶水∶减水剂＝1:0.103:0.154:2.654:1.974:0.372:0.025。试验过程、养护方法及温湿度情况与 2.1 小节一样，其结果见表3 和图5、图6。

图5 C60 混凝土各养护方法下的抗压强度

图6 C60 混凝土各养护方法下的抗压强度比

表3 不同养护条件下 C60 混凝土强度情况

从图中可知，本产品对高强混凝土的强度增长规律与低强度等级的略有不同。高强混凝土因胶凝材料较多，早期强度发展快，室外暴晒下 P2 的 3d 强度就与室内 F 的强度相当。3d 龄期时，室内 P1 和室外 P2 的抗压强度比分别达到 103%、109%；28d 时，P1、P2 抗压强度比相当，分别达到 107%、107%，均提高强度 4～5MPa，且等于或超过室内覆膜的强度。说明高温下，本产品对高强混凝土的后期强度提高幅度较小，这可能是因为高强度混凝土的水泥石结构更致密，渗透阻力大，参与混凝土表层后期水化的有效成分降低所致。

表4 和图7、图8 为重复性验证试验，选用某桥梁工程 C60 混凝土进行，配合比为水泥∶粉煤灰∶矿粉∶碎石∶砂∶水∶减水剂＝1:0.273:0.152:3.273:2.273:0.455:0.028，试验同样通过提高各龄期强度测试试块数量来减小试验误差。从图中可看出，试验中由于室外温度更高（平均气温 35 ℃ 以上），导致室外暴晒下的早期强度均明显高于室内覆盖薄膜和标养的，P1 的 3d、28d 的抗压强度比分别达到了 104% 和 106%，P2 的3d、28d 的抗压强度比分别达到了 104% 和 105%，与对比试验规律是一致的。