CA-SR混凝土养护剂对混凝土早期开裂与收缩性能的影响研究

2021-07-29王军庞二波

商品混凝土 2021年7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

养护是获得高质量混凝土的重要环节，如果养护不到位，新浇混凝土表面易受到外界诸多因素的影响产生应力变形而造成结构开裂。它不仅影响混凝土强度的发展，而且影响着混凝土的耐久性，特别是影响着表面层混凝土的性能[1]。市面上质量较好养护剂，虽然养护机理存在差异，但最终都是在混凝土表层或表面形成致密膜层，封堵孔隙，通过减小水分损失实现养护目的[2]，因而从理论上来说是具有一定的防开裂和减缩功能的，但具备这些性能的产品较少[3-5]。当混凝土受到来自混凝土自身、应力约束和收缩作用产生的拉应力超过极限抗拉强度时，就会导致裂缝的产生。高效养护剂除了要有较高的保水率、抗压强度比外，还应具备一定的防开裂和减缩性能，才能更好地满足实际工程需要。本文运用有机物及其它助剂对无机基体进行改性，研制出 CASR 养护剂，为进一步研究其养护效果，对喷洒后混凝土的早期开裂和收缩性能进行了探讨，为推广应用奠定基础。

1 试验

1.1 试验用原材料

自制 CA-SR 高效养护剂：非薄膜类养护剂，通过渗透反应形成刚性膜层，渗入的组分进入混凝土表层参与水泥水化反应生成增强物质，致密表层结构，并与水泥水化产物很好地交联起来，形成与混凝土亲和性好的刚性致密隔水层，封堵表面孔隙阻止水分散发。其物理性能见表 1。

表1 CA-SR 高效养护剂物理性能

华新 P·O42.5 水泥；武汉阳逻电厂 Ⅰ级粉煤灰；武汉武新 S95 矿粉；中建商品混凝土有限公司研制的新型掺合料 TH 粉，D50＝2.82μm，碎石：5～31.5mm、5～26.5mm 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%；聚羧酸减水剂：缓凝型，中建新型建材厂生产，固含量 10%、20%；自来水。

1.2 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，待一次作业初步成膜后，与第一次的喷洒方向垂直进行第二次喷洒，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。

1.3 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—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，收缩和抗裂性能参考 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》和 CCES 01—2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》进行。养护剂试验喷洒量均为 250g/m2。

2 试验结果与讨论

2.1 CA-SR 养护剂对高强混凝土抗裂性的影响

参考日本笠井方夫教授提出的测试方法，采用相同混凝土配合比制成平板约束试件，对比相同养护条件下混凝土测试试样收缩过程中出现开裂的时间、裂缝长度、宽度、数量等随时间的变化，用来评价本产品对该养护条件下混凝土的抗裂性能。

试验分别在室内（温度 28～33℃，湿度 40%～ 60%）和室外暴晒（温度 30～37℃，湿度 40%～70%）条件下进行，混凝土坍落度均控制在 (180±20)mm，配合比选用某大型桥梁工程生产配合比，见表 2。试验时按同一配合比进行拌制并同时浇筑入模，平板钢模试件尺寸 600mm×600mm×63mm，每种养护环境下各成型 2 块，一块不喷洒养护剂，做空白基准，另一块喷洒 CA-SR。空白样和测试试样均同时在二次收光后进行试验，二次收光时间控制在混凝土初凝前，从养护剂喷洒后开始计时。2d 后的试验结果见表 3，养护剂成膜与养护效果对比见图 1～3。

表2 混凝土配合比

表3 高强混凝土 2d 平板开裂试验结果

从表 3 中可知，由于开裂试验环境均高于 CCES 01—2004 要求，室内和室外暴晒下的空白样均出现了明显的裂缝，暴晒下的裂缝更多更长且开裂时间更早；而喷洒 CA-SR 养护剂后，两种养护环境下，2d 均无裂缝产生，具有很好的防裂效果，膜层致密坚硬。图 1 为完全成膜后的外观状况，白色物质为养护剂中的成膜组分与水泥水化产物及表层硅氧键结合后的交联产物，待膜层完全干燥后开始形成，1d 后颜色不再发生变化。该膜层与表层亲合力强，致密度高，憎水性好。图 2 为在膜层上洒水进行的防水测试，表层上水珠不浸润，防水性较好。即使经大雨冲刷，膜层仍然完好，待膜层上水分蒸发后，洒水测试结果仍为不浸润，膜层具有优异的耐浸水溶解性。

图1 室外暴晒 C60 CA-SR 喷洒后 2 天开裂情况

图2 CA-SR 喷洒后表层防水情况

2.2 CA-SR 养护剂对低强混凝土抗裂性的影响

为进一步验证该产品的防裂效果，我们在室外暴晒条件下选用 C35 全卵石混凝土再次进行平板开裂试验，并与某公司生产的高分子乳白色养护剂（BT-201，固含量 78.56%）进行对比，混凝土取自实际生产，坍落度 (200±20)mm，配合比为：水泥∶粉煤灰∶矿粉∶卵石∶砂∶水∶减水剂＝1:0.579:0.316:5.684:4.21:0.842:0.038。BT-201 的喷洒时间及喷洒量与 CA-SR 一致，所有试样均同时在二次收光后进行试验，其它试验过程同 3.1。2d 后的试验结果见表 4。

从表 4 中可知，由于低强混凝土的用水量高，干燥收缩较大，在应力约束下，因塑性收缩导致开裂的机率较高强混凝土大。加上卵石颗粒表面光滑，与水泥石结构粘接力低于碎石，采用全卵石配制的 C35 混凝土在暴晒条件下更易开裂。试验中空白样在二次收光后40min 就出现明显裂缝，并呈网状向四周不断扩展，裂缝普遍较长；喷洒 BT-201 养护剂的 1h 出现明显裂缝，并呈直线扩展，裂缝长短不一；喷洒 CA-SR 养护剂的 2d 内均无裂缝产生，显示了很好的抗裂效果。

图3 室外暴晒 C60 空白样开裂情况

表4 C35 混凝土暴晒条件下 2d 平板开裂试验结果

2.3 喷洒时间对养护效果影响

喷洒时间是影响养护剂在实际施工及不同结构上应用的重要性能。高分子乳液类养护剂的喷洒时间若控制不当易造成表层强度损害或膜层龟裂等不利现象，影响组分养护效果的发挥[7]，因此 JC 901—2002 中的建议喷洒时间为用手轻触表面无水份的时刻。本产品的养护机理与薄膜类的养护剂不同，我们在室外暴晒条件下选取了三个时间点进行试验，即成型不久后（表面泌水，T1）、初凝至终凝间（用手轻触无水分，T2）、终凝后（T3），探讨不同喷洒时间对成膜性能、强度的影响。同时选取了某公司生产的乳液型 201 养护剂进行对比（BT2，喷洒时间同 T2）。为减小试验误差，每龄期试块均成型 2 组，混凝土为实际生产的 C40 混凝土。其成膜性能见表 5。

从表 5 中可知，随着喷洒时间的延长，成膜时间也越长，终凝前喷洒对膜层外观影响不大。成膜时间与喷洒前混凝土表层的致密程度密切相关，表层越致密，相应的渗透阻力也越大，进而影响组分的反应成膜速度；BT2 的成膜速度也较快，膜层致密，但遇水后易溶胀变色，降低膜层耐磨性。

表5 自制养护剂各喷洒时间与养护剂的成膜性能

表6 和图 4 和图 5 为各龄期的抗压强度和抗压强度比情况，图中 K、W 分别为同养和标养下的不喷洒养护剂的试块，所测试的试块均为同条件带模养护直至进行强度检测（标养的对比试件除外）。可以看出，受温度的影响，各测试试块的早期强度提高很快，后期强度增长幅度较小，各龄期喷洒的强度均高于同养、且不低于标养。7d 时，T1、T2、T3 和 BT2 的强度相当，其抗压强度比均达到 106%；28d 时，T1、T2 的强度均高于标养的，抗压强度比分别达到 113%、116%，而 T3 和 BT2 的强度与标养的相当，抗压强度比分别达到 106%、108%。

表6 养护剂喷洒时间对混凝土力学性能的影响

图4 7d 抗压强度与抗压强度比

图5 28d 抗压强度与抗压强度比

由此可知，本产品各时间点喷洒的养护效果较好，可施工性较灵活，终凝前喷洒养护效果要好于 BT2。终凝后喷洒虽出现少量细小的裂纹，但强度情况较好，说明本产品具有较好的渗透反应和水分抑制能力，能一定程度阻止或自愈合微裂缝的发展。不足之处是成膜时间偏长，不利实际施工。因此本产品的喷洒时间控制在终凝之前最佳。

2.4 CA-SR 养护剂对高强混凝土收缩性能的影响

养护剂是一种特殊的表面涂层材料，其对混凝土的收缩控制作用本质上来源于对水分抑制作用。为进一步研究本产品在表层渗透反应和快速成膜机理下的水分抑制能力，我们运用非接触法测试了三种不同养护方式下表 2 中 C60 配合比的收缩情况，以此来对其进行侧面评价。养护方式为：表面敞露、覆盖薄膜、喷洒 CASR 养护剂。测试结果见图 6。

从图 6 中可看出，喷洒 CA-SR 养护剂后，整个测试龄期内混凝土的收缩显著降低。由于该配比使用的是缓凝型减水剂，15h 前为混凝土凝结硬化过程，48h 前产品组分快速渗透参与水化的反应，形成的刚性致密表层有效地阻止了内部水化散发，甚至早期形成的水化产物起到了一定的微膨作用，即使在水化反应最剧烈的 48h 至 72h 期间，仍表现出很好的锁水作用，达到了与覆膜养护相当的优异效果。由于混凝土内部水分在水化早期阶段得到有效抑制，3d、7d 收缩率仅为 25×10-6、75×10-6，分别为同条件自然敞露下的 1/12、1/16，7 天前的整体收缩率略优于覆膜的，7 天后差于覆膜，但仍表现出较低的收缩率，约为自然敞露下的 1/2。