新型混凝土养护剂的配制及性能研究

熊 文 胡 洋 吴 鑫 段汶宏

（四川华西绿舍建材有限公司）

0 引言

混凝土是目前最大宗的土木工程材料，一般来说，混凝土材料的性能优劣不仅与原材料和配合比设计有关，还与浇筑后混凝土结构的养护效果紧密相关。养护不及时会导致混凝土内部的自由水分蒸发从而影响水泥颗粒的正常水化，进而导致混凝土出现表层裂缝、基体强度降低等问题[1]。而良好的养护可以保证胶凝材料更好地水化以促进混凝土获得较好的强度性能以及耐久性能[2]。目前，混凝土的养护方式多种多样，在工程中一般采用洒水养护、薄膜覆盖养护以及覆盖土工布养护等方法[3]。以上养护方式在一定程度上解决了混凝土表面裂缝的产生以及表层粉化等现象，但是同时也存在费时费力、养护成本高、养护不彻底等缺点[4]。

无论采用何种养护方式，其根本的目的在于保证混凝土在一定的湿度条件下正常水化。因此，研究者提出了使用养护剂用于混凝土养护。目前，混凝土养护剂主要包括水玻璃类、乳液类、有机溶剂类、有机无机复合类四种[5]。由于养护效果不佳以及安全性低，水玻璃类以及有机溶剂类养护剂已经逐渐被市场淘汰。近年来，由于操作方便、安全无毒，乳液型混凝土养护剂开始被越来越多的工程接受和青睐。但是养护剂的乳液种类繁多，养护效果也好坏不一，养护效果也很难被保证。本试验首先研究了不同种类养护剂乳液对混凝土表面回弹值、表面碳化深度以及基体抗压强度的影响，然后通过在养护剂中掺入表面活性剂以改善乳液的表面张力从而提升其养护效果，最终得到了具有良好养护效果的新型混凝土养护剂。

1 试验原材料及方法

1.1 原材料

本研究制备新型混凝土养护剂的原材料主要包括纯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、石蜡乳液、VAE 乳液以及十二烷基硫酸钠（SDS）、FCF-1 型氟碳类表面活性剂。

水泥：本实验采用峨胜P·O 42.5R 级水泥，其基本物化指标如表1 所示。

表1 水泥基本物化指标

矿物掺合料：试验采用S95 级矿粉、风选Ⅰ级粉煤灰作为矿物掺合料。

细骨料：人工砂，细度模数为2.6。

粗骨料：5～25mm 连续级配碎石。

外加剂：复合型高效减水剂。

1.2 试验方法

本试验主要通过测定养护剂乳液在疏水PVC 薄膜上的接触角变化来表征其表面张力的变化。选择研究的混凝土为目前工程中最常使用的C30 等级混凝土，其配合比如表2 所示。

表2 C30 混凝土配合比

首先，按照以上配合比拌制混凝土，用150mm×150mm×150mm 的塑料试模成型1d 后脱模，脱模后用高压雾化器将实验配制的养护剂乳液喷洒在混凝土试件表面，喷洒时要注意喷洒均匀，养护剂用量控制在0.2kg/m2。然后，将经过养护剂处理的试件置于自然环境中养护28d，用于后续表面回弹值、表面碳化深度以及混凝土抗压强度的测试。

2 试验结果及分析

2.1 表面活性剂对养护剂表面张力的影响

为研究表面活性剂对养护剂乳液表面张力的影响，主要选择了十二烷基硫酸钠和FCF-1 型氟碳类表面活性剂两种表面活性剂掺入纯丙乳液中，掺量为0.5%。掺入两种表面活性剂后，纯丙乳液在疏水PVC 薄膜上的接触角变化如图1 所示。由图1 可知，加入表面活性剂后，养护剂乳液的接触角明显变小。通过图像分析表明，未加入表面活性剂时，乳液的接触角为101°；当掺入0.5%的十二烷基硫酸钠后，乳液的接触角减小为39°；当掺入0.5%的FCF-1 型氟碳类表面活性剂后，乳液的接触角减小到20°。由此可见，表面活性剂可以显著改善养护剂乳液的表面张力，尤其以氟碳类的表面活性剂的效果最为明显。

图1 表面活性剂对养护剂乳液表面张力的影响

2.2 强度性能

2.2.1 养护剂乳液种类对强度性能的影响

使用不同种类养护剂乳液后，混凝土表面回弹值以及混凝土基体强度的变化分别如图2 所示。由图2（a）可知，不同种类的养护剂乳液对混凝土的表面回弹值影响不一致。其中，使用纯丙乳液可以提高混凝土的表面回弹值，而使用醋丙乳液对混凝土的表面回弹值会造成一定的负面作用。此外，使用硅丙乳液、石蜡乳液以及VAE 乳液几乎不会影响混凝土的表面回弹值。值得注意的是，使用纯丙乳液可以使表面回弹值增加1.0，使用醋丙乳液使表面回弹值降低0.5。由此可见，使用各类养护剂乳液对混凝土的表面回弹值影响较小。

由图2（b）可知，使用不同养护剂乳液后，混凝土基体抗压强度变化较为明显。各类养护剂都可以不同程度地增加混凝土基体抗压强度。其中，以VAE 乳液的养护效果最佳，未使用养护剂的空白组混凝土28d 强度为29.5MPa，而使用VAE 乳液后，28d 强度为32.6MPa，提升了3.1MPa；其次为纯丙乳液，可以提升混凝土强度2.8MPa；再次为石蜡乳液和硅丙乳液，分别可以提升2.4MPa 和1.7MPa；此外，使用醋丙乳液后，混凝土28d强度几乎不变，由此可见，醋丙乳液对混凝土的养护效果较弱。使用以上乳液作为养护剂可以不同程度地提升自然养护条件下的混凝土强度。其主要原因是将高分子乳液喷晒到刚拆模的混凝土表面后，养护剂会在混凝土表面形成一层均匀的乳液水膜，经过自然蒸发后在混凝土表面形成一层连续均匀的高分子薄膜，在自然养护的条件下，该层薄膜可以在一定程度上阻止混凝土内部孔隙中的自由水份挥发，更好地促进混凝土内部水化，从而使混凝土基体的抗压得到增强。

图2 不同种类养护剂乳液对强度性能的影响

2.2.2 表面活性剂对强度性能的影响

在养护剂乳液中加入表面活性剂可以显著改善乳液的表面张力特性。在VAE 乳液中掺入0.5%的表面活性剂后对混凝土表面回弹值以及基体抗压强度的影响分别如图3 所示。由图3（a）可知，在VAE 乳液中掺入表面活性剂后用于混凝土养护，对混凝土表面回弹值的影响较小。由图3（b）可知，在VAE 乳液中掺入表面活性剂后用于混凝土养护可以较为显著地改善混凝土基体抗压强度。VAE 乳液直接用于混凝土养护时，混凝土试件的抗压强度为32.6MPa；当VAE 乳液中掺入0.5%的十二烷基硫酸钠后用于混凝土养护时，混凝土试件的基体抗压强度为33.8MPa；当VAE 乳液中掺入0.5%的FCF-1 后用于混凝土养护时，混凝土试件的基体抗压强度达到了35.1MPa。由此可知，在养护剂乳液中掺入一定的表面活性剂可以提升养护剂的养护效果。

图3 表面活性剂对强度性能的影响

结合上文可知，掺入表面活性剂后，养护剂乳液的表面张力明显减小。由于表面张力减小，当养护剂喷洒到混凝土表面后，更容易通过混凝土表面毛细孔的毛细作用进入到混凝土表面孔隙内，当水分蒸发后，养护剂可以在混凝土表面毛细孔内形成高分子薄膜，由此起到封闭表面毛细孔以及更好地阻止混凝土内部孔隙中的自由水分挥发的作用。因此，表面活性剂的掺入可以更好地促进养护剂乳液对混凝土的保水养护作用。

2.3 表面碳化性能

混凝土经过不同养护剂乳液以及掺0.5%表面活性剂的VAE 乳液养护后，表面碳化深度变化如图4 和图5所示。由图4 可知，使用纯丙乳液以及VAE 乳液作为养护剂时，表面碳化深度分别降低了0.37mm 和0.33mm，使用硅丙乳液以及醋丙乳液作为养护剂时，表面碳化深度有所增加，分别增加了0.33mm 和0.28mm。此外，从图中还可以看到，使用石蜡乳液作为养护剂对混凝土的表面碳化深度影响较小。由图5 可知，在养护剂乳液中加入表面活性剂用于混凝土养护基本不会对混凝土的碳化深度造成影响。

图4 不同种类养护剂乳液对混凝土表面碳化深度的影响

图5 表面活性剂对表面碳化深度的影响

3 结论

本试验主要探究了表面活性剂对养护剂乳液表面张力的影响以及各类养护剂乳液和掺有表面活性剂的养护剂乳液对混凝土的养护效果，最终得到了具有良好养护效果的新型混凝土养护剂。通过研究，主要可以得到以下结论：

⑴在养护剂乳液中掺入0.5%的十二烷基硫酸钠或者FCF-1 型氟碳表面活性剂可以显著减小乳液的表面张力，其中以FCF-1 型氟碳表面活性剂的效果最佳。同时，在乳液中加入FCF-1 后也可以很好地提升混凝土的抗压强度。

⑵使用VAE 乳液可以较好地提升抗压强度，但是对表面回弹值增加无有益效果。而使用纯丙乳液不仅可以提升抗压强度，还可以对表面回弹值的增加有一定效果。此外，使用纯丙乳液作为养护剂还可以在一定程度上降低混凝土表面碳化深度。

⑶在纯丙乳液中掺入0.5%的FCF-1 型氟碳表面活性剂作为混凝土养护剂可以达到较好的养护效果。