减缩剂与减水剂的相容性研究

摘　要: 研究了两种减缩剂与四种减水剂复合后对溶液表面张力、混凝土坍落度、混凝土强度、混凝土自由收缩和砂浆收缩的相容性问题。试验结果表明，两种自身表面张力相近的减缩剂对蒸馏水和减水剂溶液表面张力的作用差异较大，但对砂浆和混凝土的减缩率几乎相同，收缩规律的影响相似，说明表面张力并不是减缩率的惟一决定因素。就减缩率而言，减缩剂与减水剂的相容性是较好的，而对强度的相容性相对较差，其作用机理与减水剂分子的支链数及负离子基团数有关。

关键词: 减缩剂；收缩；减水剂；混凝土强度；相容性

     混凝土是当代建筑工程用量最大的建筑材料，这也是发达国家近年来着重研究的领域之一。泵送施工、高强混凝土和外加剂的应用，为建设施工我国目前使用的绝大部分外加剂，包括近年来机械化和技术进步作出了卓越的贡献，但也带来了研制的胺基磺酸盐、聚羧酸盐和聚苯乙烯磺酸盐、脂严重的负面影响，即非荷载裂缝越来越多，加剧了混肪族系等高性能减水剂，在减水率、保塑性和适应性凝土结构物的劣化，质量纠纷的增多长期困扰着建方面均有长足进步，但均增大了混凝土的收缩，以致设工程界。虽然对非荷载裂缝的成因已有较一致的于国家规范《混凝土外加剂》( GB8076 —1997) 中也认识，并提出了许多见解和方法[1～3] ，但至今没有规定了，即使一等品也允许收缩率比达135 %。因得到有效控制，且日趋严重。单凭设计或施工方法， 此，减缩剂的研制和应用，特别是减缩型外加剂的研要从根本上消除非荷载裂缝尚有困难。如何减小混制和应用，以及如何使掺外加剂的混凝土收缩率比凝土的自身收缩已成为控制裂缝和提高耐久性的关减小到100 % 以下，甚至更低，实现外加剂技术的全面提升，减少混凝土非荷载裂缝，提高耐久性，是急待研究和解决的课题。

     美国、日本等发达国家，自20 世纪80 年代以来，主要通过研制和应用减缩剂(shrinkage2reducing agent ， SRA) 来降低混凝土的自身收缩，获得了多项专利[4～7] ，并被公认为是裂缝控制的最有效措施之一。我国自20 世纪90 年代开始相关研究[8～11] ，由于许多关键技术和使用成本等问题尚未解决，至今未能推广应用。

     本文主要就减缩剂与不同品种减水剂复合后， 对溶液表面张力、混凝土流动性和强度、混凝土和砂浆减缩率的影响进行了试验研究，并从分子结构层面上对相容性问题进行了分析探讨。

1 　原材料、配合比和试验方法

1。1 　原材料

1) 减缩剂：采用国产甲醚基聚合物、乙二醇系聚合物和改性剂复合研制的聚氧乙烯类减缩剂。ZDD —A 型降低表面张力的效果较好，ZDD —B 型降低表面张力的效果较差，蒸馏水溶液中掺量与表面张力的关系见表1。

2) 减水剂： 浙江湖州大东吴建设新材料有限公司产TA —201 脂肪族高效减水剂；杭州市建筑构件有限公司产SP403 密胺树脂系(三聚氰胺) 高效减水剂和PA 胺基磺酸盐系高效减水剂；杭州市建虹外加剂厂产JHN —1 型萘系高效减水剂；浙江省天和建筑构件有限公司产JB —201 萘系高效减水剂；浙江华威建材有限公司产DXH —B 萘系高效减水剂。

3) 水泥： 基准水泥和浙江钱潮水泥集团产42.5 级普硅水泥。

4) 河砂：细度模数2.5。

5) 碎石：最大粒径31.5 mm。

1。2 　试验方法

     砂浆收缩试验参照《混凝土膨胀剂》(JC4762 2001) 和《建筑砂浆基本性能试验方法》(J GJ70) 进行， 试件尺寸为40 mm ×40 mm ×160 mm。砂浆配合比为m (灰) ∶m (砂) =1∶3， m (水) ∶m (灰) =0130。混凝土收缩试验参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ86) 进行，试件尺寸为100 mm ×100 mm × 515 mm。试件成型后带模养护24 h， 拆模后，砂浆试件在(20 ±1) ℃的水中养护6d 后测试基长；混凝土试件在(20 ±1) ℃的水中养护2d 后测试基长，然后将试件置于温度(20 ±1) ℃，相对湿度RH= (60 ± 5) %的恒温恒湿养护室中连续测试长度变化。混凝土强度试验按照《普通混凝土力学性能试验方法》(GBJ81) 进行。表面张力采用JZHY1 —180 界面张力仪测定。

1。3 　配合比

     为便于对比分析，混凝土配合比采用固定水泥、砂、石子和水用量，每1 m3 各材料用量分别为水泥430 kg 、细集料700 kg 、粗集料1 060 kg 、水175 kg， 含砂率40 %。不掺减水剂的对比混凝土用水量为225 kg/ m3。减水剂和减缩剂的掺率均分别为水泥重的1。8 % 和1。6 %。减水剂、减缩剂品种及试样编号见表2。

2 试验结果与分析讨论性

2。1 　减缩剂与减水剂复合溶液的表面张力

     表3 和表4 是在水与减水剂的质量分数分别为98.4 %和1.6 %的溶液中，再掺入一定量的减缩剂后测得的复合溶液表面张力。试验结果表明，减缩剂ZDD —A 对降低溶液表面张力的效果非常显著，总体上与水溶液表面张力的结果相似，表现出较好的相容性.不同减水剂之间存在一定差异，脂肪族减水剂TA —201 的表面张力降低最少，萘系减水剂DXH—B的降幅最大。如当减缩剂掺量为2 %时， DXH —B 和TA —201 溶液的表面张力分别下降51 %和41 %，降幅相差10 %左右。减缩率和强度试验结果表明，虽然TA —201 溶液的表面张力下降最少，似乎相容性相对较差，但并不影响减缩率，而且强度最高.

     减缩剂ZDD —B 对减水剂溶液表面张力的影响与水溶液相似，总体上表面张力下降较少。胺基磺酸盐减水剂溶液的表面张力下降最大，达30 %，萘系减水剂JB —201 的下降幅度最小，只有14.4 %，而脂肪族减水剂溶液表面张力的降幅介于两者之间，达21 %。不同减缩剂对减水剂溶液表面张力的作用效果不尽相同，而且规律也不完全一致。但就同一减缩剂与不同减水剂之间对表面张力的影响而言，虽然存在一定差异，但总的相容性还是比较好的。

2。2 　减缩剂与减水剂复合对混凝土强度的影响

     表5 是不同减水剂和减缩剂复掺的混凝土坍落度和强度试验结果。减缩剂的掺入能适当增大混凝土的坍落度，ZDD—B 型略优。从减水剂品种看，密胺树脂系和胺基磺酸盐系坍落度增加最大，萘系和脂肪族减水剂相对较小，但同样是萘系减水剂并不完全一致，当减缩剂与J HN —1 型萘系减水剂复掺时，混凝土坍落度反而略有下降。

     从强度试验结果看，当3d 和7d 龄期时，除了脂肪族减水剂掺用A 型减缩剂，强度略有提高外， 两种减缩剂与其余减水剂匹配时，强度均下降； 当28 d 龄期时，除胺基磺酸盐减水剂的混凝土强度仍然低于基准外，其余强度均与不掺减缩剂时接近。单掺胺基磺酸盐减水剂的混凝土在28 d 时强度相对较高，而当掺入B 型减缩剂时，强度从72。9 MPa 下降到63.2 MPa， 降幅最大达13。3 %， 相容性较差， 但与脂肪族减水剂的相容性则相对较好。

2。3 　减缩剂与不同减水剂复合对收缩的影响

     表6 列出了各龄期的收缩率。图1 是三种减水剂与减缩剂复合对混凝土收缩率的影响。掺密胺树脂系和萘系减水剂混凝土的收缩比脂肪族减水剂略大，差值为10 % 左右，表明该减缩剂与脂肪族减水剂的适应性较好。不同减水剂对减缩率有一定影响， 但总体来说，减缩剂与减水剂对减缩率的相容性还是比较好的。

      砂浆收缩率试验结果与混凝土规律基本相同， 见图2 和表7。密胺树脂和萘系减水剂的减缩率小于其他品种，早期影响率较大，后期较小，因此，相容性问题主要表现在早期，从后期来看，这一减缩剂与减水剂的相容性还是比较好的。

　　从表面张力下降与减缩率的关系看，B 型减缩剂的表面张力下降值明显小于A 型，但对混凝土的减缩率来说几乎相同。对砂浆来说，在28 d 以内，B 型减缩剂的减缩率甚至大于A 型，而在28 d 以后，两者相同。这一试验结果表明，表面张力对减缩率有影响，但并不存在比例关系，这一点也可以从大量能降低溶液表面张力的物质并不一定降低混凝土收缩得到反证。

    四种减水剂的分子结构见图3。由图可知胺基磺酸盐减水剂的强度下降较大，是否与分子结构中带有“ -NH₂ ”基团有关，值得进一步研究。

    对混凝土减缩率的影响，与减水剂分子的支链数、负离子基团数、分子体型等有关。一方面，密胺树脂和萘系减水剂的分支及负离子基团数明显少于脂肪族和胺基磺酸盐，极性较弱，因而与聚氧乙烯系聚合物为主体的减缩剂相容性相对较差；另一方面，密胺树脂系、萘系、胺基磺酸盐和脂肪族减水剂的分子体型依次减小，而聚氧乙烯类减缩剂的分子体型与脂肪族减水剂相似。是所有能降低溶液表面张力的物质都能减小收缩， 而部分对表面张力影响很小的物质却能有效降低收缩。亦即表面张力并不能解释所有减缩剂的作用.

3         结　论

(1) 自身表面张力相近的不同减缩剂，对水溶机理。不同减缩剂可能存在“表面张力”为主导液和减水剂溶液表面张力的降低作用存在显著差异，但并不影响混凝土和砂浆的减缩率。因此，并不或“吸附-解析”为主导等不同减缩机理。

(2) 就减缩率而言，减缩剂与减水剂之间的相容性较好。早期对减缩率有一定影响，而后期的影响率较小。同一减缩剂对不同减水剂溶液表面张力的影响率最大在10 % 左右。对强度的影响相对较大， 当两者匹配不良时，C60 的混凝土强度下降可达10 MPa 左右。因此，减缩剂与减水剂之间虽然也存在一定的相容性问题，但与减水剂对水泥的适应性相比， 影响较小，总的相容性较好。

参考文献( References)：

[1] DAVIS H E。Autogenous volume change of concrete [A].Proceeding of 43th Annual American Society for Testing Materials [C].AtlanicCity:ASTM，1940:1103 -1113。

[2]BENTZDP，GEIKER，HANSENKK.Shrinkage2reducing admixtures and early2age desiccation in cement pastes and mortars [J ].Cement and Concrete Research ， 2001 ， 31 (7) : 1075 -1085.

[3 ] MAK S L ， TORIIi K.Strength development of high strength of ultra high2strength concrete subjected to high hydration temperature [J ].Cement and Concrete Research ， 1995 ， 25 (8) : 1791-1802.

[4] UMAKI， YASUHIDE， TOMITA， etal .Cement Composition [P].USP:5181961，19931

[5] ABDELRAZIG，ISMAIL，SCHEINER， etal.Low shrinkage cement composition [ P].USP5389143 ，19951

[6] SHAWL ， EDWARD T， KESLINGJ ， etal .Cement com2 position [P].USP:5938835，19991

[7] KERKAR， AWDHOOT V， DALLAIRE， etal .Drying shrinkagecementadmixture[P]。USP:5679150，19971

[8] BIAN Rong2bin。Composion and test of reducing shrinkage agent[J ].Chemical Building Materials ，2002 ，(5) : 43 -46.

[9 ] CHEN Jian zhon。Research and Application of Concrete Shrinkage[J ].Chemical Building Materials ，1991 ， (5) : 24 -27

[10 ] HAN Jian2guo ， YANG Fu2min。Action mechanism and application effect of reducing shrinkage agent of concrete [J ].Concrete ，2001 ， (4) : 25 -29

[11] HU Yuchu， LU Liyun， XU Hanfeng。Research and Application of NA2SP Series Reducing Shrinkage Agent of Concrete (Mortar) [J ]。Industry Architecture ，1998 ，28 (6) : 51 -53