减缩剂和养护剂复合用于混凝土养护的试验研究

中国混凝土南方地区第八次技术交流会论文集 2011/5/6 16:59:15 0


 

减缩剂和养护剂复合用于混凝土养护的试验研究[1]

 

党玉栋,钱觉时,张琳,乔墩,曲艳召

重庆大学材料科学与工程学院,重庆400045

 

摘要:早期养护对混凝土力学和耐久性有重要影响,而传统非补水的养护方式不能满足提高混凝土耐久性的要求。针对减缩剂在实际使用中的优缺点,提出将减缩剂和养护剂按先后顺序复合使用作为一种混凝土养护措施,通过与另外几种养护方式比较,研究了砂浆收缩、水分损失、抗压强度以及混凝土氯离子渗透性和表面吸水速率。结果表明这种养护措施能有效降低混凝土收缩和水分损失。尽管与其他非补水的养护方式一样对混凝土力学性能贡献有限,但这种养护措施可明显提高混凝土抗氯离子渗透性和表面吸水速率,对提高混凝土耐久性较为有利。

关键词:养护,减缩剂,养护剂,耐久性,收缩

 

1           前言

混凝土浇筑成型后的养护是保证其在预定龄期达到设计的力学性能和耐久性能的重要施工工序。从水泥基材料特性出发便容易知道,养护除了是保证混凝土在恶劣气候条件下正常水化硬化的必要条件外,还是防止混凝土硬化早期由于干燥失水而造成收缩开裂,并使水泥尤其是为掺入较多矿物掺和料的混凝土提供额外水分使其充分水化,以使其在特定龄期达到设计强度和耐久性指标的必要措施。

而目前实际工程中,由于各方对混凝土早期养护重视不足,加上国内外尚无评价混凝土养护效果的标准依据,所以现有工程所采取的养护措施,如洒水养护,覆盖薄膜(或草袋等)养护以及喷洒养护剂等,往往达不到使混凝土耐久性最大程度提高的目的。

减缩剂是一种目前公认的减低混凝土收缩的化学外加剂,其作用原理是通过降低孔溶液表面张力而达到降低混凝土收缩的目的[1]。但减缩剂的掺入,对水泥水化和早期强度有不利影响,而且混凝土成本将会大幅提高,针对这个缺点,有研究报道将一定浓度的减缩剂溶液涂刷于混凝土表面后发现,混凝土早期收缩亦可得到明显降低,而且可以一定程度上提高混凝土强度[2-4]。但仅仅将减缩剂外涂在混凝土表面作为一种养护方式也可能存在一些问题,比如减缩剂易挥发或被雨水稀释等,除非有另外一种材料或措施可以保护混凝土表面的减缩剂最大程度发挥其减缩功效。鉴于此,本文通过对比几种养护方式,研究了将减缩剂和养护剂按先后顺序分别涂刷在混凝土表面作为一种养护方式时对砂浆和混凝土的影响。

 

2           原材料及试验方法

水泥选用拉法基42.5级早强型普通硅酸盐水泥;减缩剂选用Grace Eclipse Floor型减缩剂,其密度为960kg/m3,试验中先将减缩剂与一种溶剂配成50%浓度的减缩剂溶液备用;试验所用的养护剂为一种苯丙乳液基的养护剂;试验所用的砂为中砂,细度模数为3.10。配制混凝土用的粗集料为520mm连续级配的石灰石碎石,砂浆和混凝土试验均参照JGJ70-2009GB/T50080-2002标准进行。

试验在考察不同养护方式对砂浆或混凝土性能影响时,均采用相同材料和配比。其中砂浆配比为:水泥:中砂:=1:3:0.5;混凝土配比为:水泥:中砂:粗集料:=400kg/m3:750 kg/m3:1080kg/m3:180kg/m3

试验对拆模后的砂浆或混凝土采取的养护方式有以下几种:标准养护[Standard curing]20±1,RH>95%);干燥养护[Dry curing]20±1,RH 60±3%);标准养护5d后干燥养护[Standard curing for 5d];仅外涂减缩剂后干燥养护[SRA];仅外涂养护剂后干燥养护[CCP];涂完减缩剂再涂养护剂[SRA-CCP]

用于测定几种养护方式对水泥基材料力学性能、干燥收缩与水分损失试验根据JTG E30-2005标准分别采用40mm×40mm×160mm25mm×25mm×280mm的砂浆试件;氯离子渗透试验(参照ASTM 1202-97)和初始表面吸水速率试验(参照ASTM C1585-04)先成型150mm×150mm×150mm的立方体试件,在预先确定的几种养护条件下养护28d,通过钻芯、切割制成直径为100mm高度为50mm的圆柱体试件进行测试。为避免养护剂的存在对试验结果的影响,本实验中用于最终试验测试的试块均为抛弃芯样表面和底面15mm后所得。

 

3           试验结果与讨论

3.1  养护方式对砂浆干燥收缩和失水的影响

如前言中所述,养护的直接目的是防止混凝土由于干燥失水而收缩甚至产生开裂,因此评价养护方式的效果首先需要用失水和干燥收缩来表征,如图1所示,图中实线表示干燥收缩,虚线表示水分损失。

 

由图1曲线可知,与不进行任何养护措施(Dry curing)相比,单独使用减缩剂或养护剂均能降低砂浆收缩,在本实验条件下单独外涂减缩剂(SRA)的砂浆收缩低于单独使用养护剂(CCP),而将减缩剂和养护剂复合使用时减缩效果最佳,较干燥养护13728d收缩分别降低了95%65%55%30%,甚至成型早期砂浆表现出一定的膨胀效果,这对早期混凝土防裂无疑是十分有利的。结合失水曲线分析SRA-CCP减缩效果最佳的原因是当减缩剂喷涂到砂浆表面后,部分减缩剂可通过连通孔渗入砂浆内部,这时砂浆表层孔溶液的表面张力降低,失水造成的干燥收缩应力也随之降低。另外有文献指出,不论是内掺还是外涂减缩剂都可使水泥基材料失水速率降低[3-6],本试验也发现仅外涂减缩剂的砂浆失水速率甚至优于养护剂,加上养护剂在砂浆表面起到保持水分的作用,使在这种养护方式下的砂浆失水速率大大降低,因此宏观上表现出的较佳的减缩效果。

3.2 养护方式对砂浆抗压强度的影响

2为几种养护方式下砂浆3728d抗压强度数据散点图。

 

2 养护方式对砂浆抗压强度的影响

由图可知除持续标准养护外,在SRA,CCPSRA-CCP几种养护方式下砂浆强度与干燥养护条件相对接近,说明早期保湿养护是获得最佳力学性能的必备条件。从理论上分析可知,不论是本实验中SRACCPSRA-CCP,还是实际工程中较为普遍的薄膜覆盖养护,均为在养护过程中不对混凝土从外界补充水分,所以与标准养护相比,在没有养护水的条件下水化并不充分,那么这些养护方式也不可能对强度有明显的贡献。

而相比Dry curing,单独使用SRA时,砂浆各个龄期强度均比干燥养护高,这与以往的研究结论一致[2-4],减缩剂和养护剂复合使用的条件下,砂浆强度与单独使用减缩剂时比较接近,但二者均比单独使用养护剂效果稍好。另外本实验条件下外涂养护剂CCP后砂浆各个龄期强度均低于干燥养护,这是由于本实验中外涂养护剂是待砂浆24h脱模后进行的,而一般养护剂均是混凝土初凝后不久使用的,而乳液基养护剂延迟使用可能影响材料早期力学性能。

3.3 养护方式对混凝土抗氯离子渗透性的影响

以往研究表明,混凝土耐久性受养护的影响要远远大于力学性能受养护的影响程度。而混凝土耐久性往往通过渗透性来评价,有研究表明混凝土表层35cm范围内,也就是混凝土保护层范围受养护的影响十分剧烈[7]。为了评价SRA-CCP对渗透性的影响,本文对不同养护条件下混凝土抗氯离子渗透性进行了研究,结果如图3所示。

 

3 养护方式对混凝土氯离子渗透性的影响

尽管本实验数据绝对值较大,但由于采用相同材料、配比以及试验方法,因此可以判断造成各养护方式下电通量数据差异的主要原因是养护条件的不同。从图3数据散点图可看出SRA-CCP的电通量与标养5d的试件数据较为接近,而且远小于干燥养护条件下试块电通量,说明采用这种养护方式后,混凝土渗透性得到较大幅度提高。另外仅使用减缩剂的试块尽管数据离散型较大,但平均电通量也小于干燥养护。分析其原因很可能是减缩剂的使用最大程度地降低了混凝土表层干燥收缩,因此也避免了微裂缝的出现[8],加上养护剂的保水作用,使得混凝土表层水化程度相对较高,结构致密,因此试件抗氯离子渗透性较好。

3.4 养护方式对混凝土初始表面吸水速率的影响

除抗氯离子渗透性试验外,混凝土初始表面吸水速率也是反映混凝土结构致密程度和评价养护效果的一个有效参数[9,10]。图4为不同养护方式下混凝土初始表面吸水速率比较。

 

4 养护方式对混凝土初始表面吸水速率的影响

由图4数据可知,Standard curingStandard curing for 5d以及SRA-CCP这三种养护方式下混凝土初始表面吸水速率十分接近,说明SRA-CCP这种养护方式对降低表层孔隙连通性,提高混凝土表层致密程度十分有利。与干燥养护相比,用SRA-CCP养护的混凝土试块10min30min1h3h各个时间段吸水速率均降低了30%以上。另外从图中数据可看出,单独使用减缩剂或养护剂时,二者对降低混凝土吸水速率贡献十分有限。

 

4           结论

1)将减缩剂和养护剂按先后顺序复合使用的养护方式能够有效降低砂浆收缩和水分散失,但这种养护方式与其他不进行补水养护的方式类似,对砂浆力学性能贡献有限。

2)将减缩剂和养护剂复合使用的养护方式能够有效提高混凝土抗氯离子渗透性,降低混凝土表面吸水速率,有利于混凝土耐久性。

3)尽管将减缩剂和养护剂复合使用的养护方法并不能取代传统保湿养护,但可作为不具备补水养护条件时优先选择的养护方法。

 

参考文献

[1]Nmai, C.K., Tomita, R., Hondo, F. and Bulfenbarger, J. Shrinkage reducing admixtures[J].Concrete International,1998,20(4):31-37.

[2]钱觉时,乔墩,石亮,党玉栋,王智,李有光.减缩剂外涂对混凝土性能的影响及作用机理[J]. 硅酸盐学报, 2009, 3712:140-146.

[3]Wang, Z., Qiao, D., Qian, J., Shi, L. and Shi, C., Properties Of Cement-Based Materials Coated With Shrinkage Reducing Agents,The SECOND International Symposium on Design, Performance and Use of Self-Consolidating Concrete(SCC2009), RILM Publication S.A.R.L,2009:596-605.

[4]石亮.减缩剂外涂对水泥基材料性能影响的研究[D].重庆:重庆大学,2009:3-10.

[5]Bentz, D.P. Curing With Shrinkage-Reducing Admixtures Beyond Drying Shrinkage Reduction[J].Concrete International,2005,27(10):55-60.

[6]Bentz, D.P., Geiker, M.R. and Hansen, K.K., Shrinkage-reducing admixtures and early-age desiccation in cement pastes and mortars[J].Cement and Concrete Research, 2001,31(7):10751085.

[7]Gowripalan, N., Cabrera, J.G., Cusens, A.R. and Wainwright, P.J. Effect of curing on durability[J].Concrete International, 1990,12(2):47-54.

[8]Palacios, M. y Puertas, F. Effect of shrinkage-reducing admixtures on the properties of alkali-activated slag mortars and pastes[J]. Cement and Concrete Research2007,37:691-702.

[9]Ryan, H., Javier, C., Bentz, D.P., Nantung, T., and Weiss, W.J. Water absorption in internally cured mortar made with water-filled lightweight aggregate[J]. Cement and Concrete Research,2009,39(10):883892.

[10]Gowripalan, N., Cabrera, J.G., Cusens, A.R. and Wainwright, P.J. Effect of curing on durability[J].Concrete International,1990,12(2):47-54.

 

作者简介:

党玉栋(1983-),,甘肃武威人,在读博士研究生,Tel:023-65126109, E-mail:yddang@163.com

钱觉时(1962-),,安徽桐城人,教授,博士生导师。Tel023-65126109E-mailqianjueshi@126.com

 



[1] 重庆市公路交通科技项目和重庆市科委项目资助

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