摘要:本文介紹了混凝土抗收縮劑的作用機(jī)理，其主要機(jī)理為毛細(xì)管張力理論?；炷量故湛s劑的主要化學(xué)成分為小分子多元脂肪醇、烷基醚聚氧化乙烯或聚氧化丙烯一元醇和聚氧化乙烯或聚氧化丙烯聚羧酸接枝共聚物。簡(jiǎn)要介紹了國(guó)外混凝土抗收縮劑研究概況。
關(guān)鍵詞:混凝土；抗收縮劑；毛細(xì)管；化學(xué)成分；干燥收縮；表面張力
1 前言
混凝土是最為廣泛使用的建筑材料之一，在其使用過(guò)程中，其外觀、耐久性和滲透性越來(lái)越受到人們的關(guān)注。降低裂縫的產(chǎn)生是廣大混凝土工程技術(shù)人員面臨的一大技術(shù)難題，人們先后使用伸縮縫，鋼筋結(jié)構(gòu)加強(qiáng)及混凝土膨脹劑、塑料纖維、鋼纖維、碳纖維等復(fù)合材料技術(shù)來(lái)解決混凝土裂縫問題。80 年代末90 年代初，日、美等國(guó)先后開發(fā)了有機(jī)抗收縮劑(Shrinkage Reducing Agent) 。研究結(jié)果表明，使用了有機(jī)抗收縮劑，混凝土長(zhǎng)期自由干縮可降低50 % 以上，混凝土的限制干燥收縮有明顯的改善。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為混凝土自由干縮的降低可以理解為它同樣也可以降低混凝土限制干縮和大大延緩混凝土的裂縫產(chǎn)生的時(shí)間以及裂縫的發(fā)展寬度。
2 混凝土抗收縮劑的作用機(jī)理
混凝土的收縮有塑性收縮、化學(xué)收縮、干燥收縮、自收縮和碳化收縮等。混凝土抗收縮劑主要解決混凝土的干燥收縮。混凝土在其水化過(guò)程中，失水是造成干燥收縮的主要原因。干燥收縮理論中以毛細(xì)管張力理論較有說(shuō)服力。該理論認(rèn)為，混凝土水化干燥時(shí)毛細(xì)管首先蒸發(fā)，隨著毛細(xì)管內(nèi)部水分的蒸發(fā)，水面下降，彎月面的曲率變大，在水的表面張力作用下對(duì)混凝土毛細(xì)孔壁產(chǎn)生毛細(xì)管收縮力， 當(dāng)該收縮力大于混凝土本身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，進(jìn)而產(chǎn)生混凝土干燥裂縫，造成混凝土的力學(xué)變形干縮。
根據(jù)Laplas 公式：
P =2σ/R
σ是水的表面張力， R 是彎月面的曲率半徑， P 是毛細(xì)管壓力。在σ不變的情況下，毛細(xì)管越細(xì)， 彎月面的曲率半徑越小，產(chǎn)生的毛細(xì)管壓力越大。一定半徑的毛細(xì)管，在R 不變時(shí)P 與水的表面張力
σ成正比，在20 ℃時(shí)純水的表面張力為72. 75 ×10 -3 N/ m ， 添加抗收縮劑的水溶液表面張力可降低為40 ×10 -3 ～50 ×10 -3N/m 。因此，降低毛細(xì)管中水的表面張力，能使毛細(xì)管壓力減少，混凝土的干縮將相應(yīng)降低。混凝土抗收縮劑的濃度與其水溶液的表面張力的關(guān)系如圖1 所示。
3 混凝土抗收縮劑的化學(xué)組成
根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道，混凝土抗收縮劑的化學(xué)組成可分為三大類，它們分別是小分子脂肪多元醇、烷基醚聚氧化乙烯或聚氧化丙烯一元醇和聚氧化乙烯或聚氧化丙烯聚羧酸接枝共聚物。
(1) 小分子脂肪多元醇，如22甲基22 ，42戊二醇， 2 ，22二甲基21 ，32丙二醇，1 ，62己二醇等，摻量為1% ～3%，該類產(chǎn)品降低混凝土28 天強(qiáng)度達(dá)10 %～ 15 %。
(2) 烷基醚聚氧化乙烯或聚氧化丙烯一元醇RO(CH2CH2O) nH 和RO (CH2CH2CH2O)nH，RO (EO) n (PO) mH ，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，該類產(chǎn)品摻量大(2 %～3%) ， 影響混凝土抗凍融性能。
(3) 聚氧化乙烯或聚氧化丙烯聚羧酸接枝共聚物，該類產(chǎn)品是現(xiàn)有聚羧酸類高效減水劑或保坍劑的聚氧化乙烯或聚氧化丙烯的接枝產(chǎn)物。它的摻量為水泥用量的0.2 %～0.3 %，它同時(shí)具有高減水性能、高保坍性能，凝結(jié)時(shí)間和混凝土強(qiáng)度發(fā)展與摻聚羧酸減水劑混凝土相同。聚羧酸共聚物有:烯丙基醚2馬來(lái)酸酐共聚物，苯乙烯磺酸鈉2馬來(lái)酸酐共聚物，(甲基) 丙烯酸2(甲基) 丙烯酸酯共聚物和甲基丙烯酸2烯丙基磺酸鈉共聚物等。
4 混凝土抗收縮劑的研究報(bào)道
目前，混凝土抗收縮劑在美國(guó)、日本已經(jīng)開始使用。該產(chǎn)品有兩種用法，一是直接摻入新拌混凝土中，二是在混凝土成型后將混凝土抗收縮劑噴灑或用刷子刷在混凝土表面—滲透法。前者用量較大，后者用量少較經(jīng)濟(jì)。據(jù)報(bào)道兩種方法都可以顯著降低混凝土的干燥收縮，當(dāng)混凝土抗收縮劑與混凝土膨脹劑復(fù)合使用時(shí)，效果更加顯著。
4. 1 混凝土抗收縮劑與膨脹劑復(fù)合使用
當(dāng)混凝土膨脹劑和混凝土抗收縮劑復(fù)合使用時(shí)，兩者具有較好的協(xié)同效應(yīng)，混凝土膨脹劑初期賦予混凝土微膨脹功能，混凝土抗收縮劑較好地解決了混凝土后期干燥收縮。圖2 中曲線從上到下分別為：膨脹劑與減縮劑復(fù)合使用，膨脹劑，減縮劑和空白混凝土。兩者復(fù)合使用可降低混凝土無(wú)限制干縮達(dá)80 %以上。
4. 2 混凝土抗收縮劑在高強(qiáng)混凝土中的運(yùn)用
將混凝土抗收縮劑用于C60～C80 高強(qiáng)混凝土中，添加1.5 %混凝土抗收縮劑可以顯著降低高強(qiáng)混凝土的干縮。加硅粉高強(qiáng)混凝土的28 天干縮可降低52 % ，120 天可降低混凝土干縮43 %；對(duì)未加礦物添加劑的高強(qiáng)混凝土28 天干縮降低35 % ，120 天降低干縮29 %。與此同時(shí)添加混凝土抗收縮劑會(huì)降低混凝土早期強(qiáng)度，其28 天抗壓強(qiáng)度會(huì)降低8% 左右。
4. 3 影響混凝土抗收縮劑抗收縮效果的因素
美國(guó)格雷斯公司和美國(guó)西北大學(xué)高級(jí)水泥基材料研究中心實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，主要有三個(gè)因素影響抗收縮劑的使用效果：
(1) 混凝土的水膠比
水膠比越低，使用抗收縮劑取得的抗收縮效果越明顯。當(dāng)抗收縮劑使用量為水泥的1. 5 %，水膠比為0. 6 時(shí)，28 天降低收縮為80 %，56 天為70 %；而水膠比為0. 68 時(shí)，28 天和56 天降低收縮量分別為37 %和36 %。
(2) 水泥的種類
水泥影響抗收縮劑使用效果，不同的水泥具有不同的抗收縮效果。使用水泥砂漿檢測(cè)抗收縮性能，無(wú)養(yǎng)護(hù)措施，摻粉煤灰水泥和摻高爐礦渣水泥， 混凝土90 天收縮降低量分別為25 %和38 %。因此對(duì)不同的水泥和水泥摻合料組合應(yīng)先通過(guò)試驗(yàn)確定收縮降低量。
(3) 養(yǎng)護(hù)程度
長(zhǎng)期濕養(yǎng)護(hù)可顯著提高混凝土抗收縮劑使用效果。養(yǎng)護(hù)混凝土與未養(yǎng)護(hù)混凝土相比，前者28 天、56 天和90 天收縮降低量顯著，特別是混凝土水化初期1～14 天內(nèi)顯得特別重要。研究顯示，如果初期無(wú)濕養(yǎng)護(hù)，摻混凝土抗收縮劑的混凝土收縮量仍然比同等養(yǎng)護(hù)條件未摻混凝土抗收縮劑的混凝土收縮小得多。
4. 4 混凝土抗收縮劑的副作用
使用混凝土抗收縮劑的混凝土28 天抗壓強(qiáng)度有所下降，水灰比越低降低幅度越小。解決措施是提高減水劑的摻量，它在新拌混凝土中會(huì)降低混凝土的含氣量，因此可以通過(guò)提高引氣劑摻量來(lái)解決。
(本文是作者在加拿大建筑研究院的研修報(bào)告之一)
