內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的初步試驗(yàn)研究

鄭琨鵬，何琳，孫振平，劉連軍，何元杰

(1. 同濟(jì)大學(xué)先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200092；2.中天建設(shè)集團(tuán)有限公司第七建設(shè)公司，廣州 500091；3. 廣東惠州紅墻新材料股份有限公司，惠州 516127)

內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的初步試驗(yàn)研究

鄭琨鵬1，何琳2，孫振平1，劉連軍3，何元杰3

(1. 同濟(jì)大學(xué)先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200092；2.中天建設(shè)集團(tuán)有限公司第七建設(shè)公司，廣州 500091；3. 廣東惠州紅墻新材料股份有限公司，惠州 516127)

本文研制了一種混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑，就內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑對(duì)混凝土相關(guān)性能的影響進(jìn)行了初步試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，保持相同流動(dòng)性情況下，單摻內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑會(huì)增加混凝土用水量，一定程度上降低了混凝土的絕對(duì)強(qiáng)度，但將內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑與減水劑復(fù)配使用，則可在保持流動(dòng)性相同的情況下，降低用水量，提高強(qiáng)度，并取得更好的保水和養(yǎng)護(hù)效果。

內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑；流動(dòng)度；保水性；強(qiáng)度

混凝土澆筑完成后的養(yǎng)護(hù)需要淡水，但在淡水資源嚴(yán)重缺乏的地區(qū)，如廣東、福建等，往往難以保證對(duì)混凝土進(jìn)行充分的水養(yǎng)護(hù)，致使其強(qiáng)度增長(zhǎng)不夠，產(chǎn)生裂縫，以致耐久性嚴(yán)重下降。雖然可通過(guò)在混凝土表面涂刷（噴涂）養(yǎng)護(hù)劑的方式提高混凝土澆筑后的保水性能，使混凝土內(nèi)部膠凝材料較充分水化而達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，但由于當(dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)正處于飛速發(fā)展時(shí)期，施工現(xiàn)場(chǎng)的施工制度不完善，部分施工人員操作技能不達(dá)標(biāo)且缺乏責(zé)任心，涂刷（噴涂）養(yǎng)護(hù)劑造成成本大幅上漲及某些混凝土部位表面并不適合使用養(yǎng)護(hù)劑等因素，導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)劑的實(shí)際應(yīng)用面不廣，應(yīng)用效果不盡人意。市場(chǎng)需要一種既能最大限度地降低施工難度和施工成本，簡(jiǎn)化施工工序，同時(shí)又能提高混凝土養(yǎng)護(hù)期間保水性能和強(qiáng)度增長(zhǎng)效率的養(yǎng)護(hù)劑。

混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑是一種新型的養(yǎng)護(hù)劑，在混凝土拌制時(shí)直接摻入混凝土中使用，方法簡(jiǎn)單，摻加量較小，可明顯地提高混凝土保水性，大大降低了施工成本，是傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)劑必要的補(bǔ)充產(chǎn)品。

本文就所開(kāi)發(fā)研制的內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行混凝土性能試驗(yàn)。研究了內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑單摻及與減水劑復(fù)摻情況下對(duì)混凝土流動(dòng)性、強(qiáng)度的影響，并對(duì)比在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件及干燥養(yǎng)護(hù)條件下，單獨(dú)使用內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑、內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑與減水劑復(fù)摻對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展的影響。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥采用海螺水泥集團(tuán)安徽銅陵產(chǎn)P·O 42.5R水泥。細(xì)集料采用細(xì)度模數(shù)2.7的中砂。粗集料采用5～20mm連續(xù)級(jí)配碎石，水洗后含泥量為0。拌合水為自來(lái)水，符合JGJ63-2006 《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》。內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑采用課題組研制的產(chǎn)品(ICA)，主要成分為改性淀粉醚，減水劑為萘系減水劑(NSF)，通過(guò)ICA與NSF復(fù)配，得到兩種復(fù)合型內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑(RW-A和RW-B)，其中RW-A中減水劑含量較少，而RW-B中減水劑含量較多。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)參照GB8076-2008 《混凝土外加劑》，JC901-2002《混凝土養(yǎng)護(hù)劑》及GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。混凝土水泥用量330kg/m3，砂率38%，基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土坍落度均控制為(80±10)mm。在制備混凝土拌合物時(shí)，將內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑與混凝土其它原材料一起攪拌，直到達(dá)到所要求的坍落度即可。混凝土試件尺寸為100mm×100mm×100mm，24h拆模后，分別移入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室或所設(shè)定干燥養(yǎng)護(hù)環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

表1 內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑對(duì)混凝土用水量的影響

2 結(jié)果與討論

2.1 內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑對(duì)混凝土用水量和強(qiáng)度的影響

表1為保持相同坍落度情況下，NSF以及 ICA，RW-A和RW-B三種內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑對(duì)混凝土用水量的影響情況。

從表1可見(jiàn)，單摻內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑ICA，在坍落度保持相同情況下，混凝土用水量增加4.3%；ICA與少量減水劑復(fù)摻，可使混凝土用水量不變情況下，流動(dòng)性比單摻ICA時(shí)有所改善；而當(dāng)ICA與較多NSF復(fù)摻時(shí)，混凝土用水量可有一定程度的降低。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，不摻內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的混凝土有一定泌水現(xiàn)象，泌水率為4.0%，而摻加內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的三組混凝土，均無(wú)任何泌水現(xiàn)象發(fā)生，拌合物粘聚性良好。

表2是對(duì)表1中五種混凝土拌合物成型試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后的強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。

表2 混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下7d和28d抗壓強(qiáng)度

從表2可以看出，在固定坍落度情況下，由于摻加ICA和RW-A型內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑(帶入混凝土中的NSF只有水泥重量的0.1%)，均使得混凝土拌合物用水量增加，W/C增大，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下A、B兩組混凝土試件7d和28d抗壓強(qiáng)度低于基準(zhǔn)混凝土。而摻加RW-B型內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑(帶入混凝土中的NSF為水泥重量的0.5%)的混凝土拌合物可以在保持坍落度相同條件下，減少混凝土用水量、降低W/C，使標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的D組混凝土試件7d和28d抗壓強(qiáng)度均比基準(zhǔn)混凝土高(7d提高26.9%，28d提高12.6%)。但從表2看出，若單純摻加0.5%的NSF，混凝土的減水率為13.8%，C組混凝土較基準(zhǔn)混凝土而言，7d和28d抗壓強(qiáng)度分別提高40.0%和23.1%。因此可見(jiàn)，即使改性淀粉醚ICA與NSF復(fù)合摻加，其減水效果和增強(qiáng)效果也比單摻NSF時(shí)差。

內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的主要組分為高吸水性的改性淀粉醚，它從一開(kāi)始就發(fā)揮作用吸收拌合物中自由水，故單純摻加內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑ICA和摻加由少量減水組分和改性淀粉醚復(fù)合而成的RW-A型內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑，均會(huì)引起混凝土用水量增多，對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展不利。但RW-B型內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑由于其中減水組分比例較大，可以消除因高吸水性物質(zhì)造成的不利影響，可在保持相同坍落度情況下，一定程度上降低用水量，減小W/C，從而提高混凝土強(qiáng)度。

2.2 內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑對(duì)干燥養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度的影響

眾所周知，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，對(duì)比摻內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑混凝土與不摻者的強(qiáng)度發(fā)展，是無(wú)法檢驗(yàn)內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的使用效果的。前已述及，摻內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的主要目的在于減少混凝土澆筑后拆模和暴露于干空氣中的失水，保證混凝土內(nèi)部膠凝材料有良好的水化濕環(huán)境，防止開(kāi)裂，利于強(qiáng)度發(fā)展。

試驗(yàn)按照J(rèn)C901-2002《混凝土養(yǎng)護(hù)劑》標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定了表1中所列五組混凝土拌合物成型的試件置于干燥環(huán)境(溫度(20+2)℃，相對(duì)濕度50%+5%)中養(yǎng)護(hù)后的強(qiáng)度，并與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果如表3和表4。

表3 混凝土試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和干燥養(yǎng)護(hù)條件下的抗壓強(qiáng)度

表4 干燥養(yǎng)護(hù)條件與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度比(干燥-標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度比*)

從表3可見(jiàn)，干燥養(yǎng)護(hù)的確會(huì)造成基準(zhǔn)混凝土試件強(qiáng)度的降低，基準(zhǔn)混凝土7d和28d的干燥-標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度比值分別為0.86和0.80；摻加三種內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的A,B和D三組混凝土試件，盡管在干燥養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比有所下降，但下降的幅度較低，三組混凝土28d時(shí)的干燥-標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度比高達(dá)0.92，0.92和 0.98。

而單摻萘系減水劑NSF的C組混凝土，若在干燥條件下養(yǎng)護(hù)，28d抗壓強(qiáng)度甚至與7d抗壓強(qiáng)度相比有所下降，這可能是試件長(zhǎng)時(shí)間干燥，引起了微裂紋所致。摻減水劑的混凝土本來(lái)水灰比就低，加之毛細(xì)孔直徑較小，水分蒸發(fā)引起的收縮率大，28d強(qiáng)度更難保證，這可能也是當(dāng)前許多工程由于不注重潮濕養(yǎng)護(hù)而出現(xiàn)強(qiáng)度不增長(zhǎng)，甚至出現(xiàn)倒縮的原因所在。

從絕對(duì)抗壓強(qiáng)度來(lái)看，雖然摻加內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑ICA和RW-A會(huì)因增加混凝土用水量而影響強(qiáng)度，但摻加這兩種內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的混凝土在干燥養(yǎng)護(hù)條件下的28d抗壓強(qiáng)度仍稍高于干燥養(yǎng)護(hù)條件下的基準(zhǔn)混凝土。對(duì)于摻加RW-B的混凝土來(lái)說(shuō)，即使干燥養(yǎng)護(hù)，其28d抗壓強(qiáng)度也比基準(zhǔn)混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)提高9.2%，表現(xiàn)出良好的增強(qiáng)和內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用。干燥養(yǎng)護(hù)條件下，與單摻NSF的混凝土相比，摻加RW-B的混凝土也表現(xiàn)出良好的性能，其7d抗壓強(qiáng)度接近于前者，但28d抗壓強(qiáng)度卻比前者提高7.4%。

混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的主要成分為高吸水性物質(zhì)。高吸水性物質(zhì)如改性淀粉等將混凝土拌合物中的自由水吸附于自身分子內(nèi)部，從而減小自由水通過(guò)混凝土毛細(xì)孔的蒸發(fā)量，減少自由水分的流失。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥顆粒周圍的自由水不斷被消耗，高吸水性物質(zhì)將釋放出其吸附的自由水供水泥顆粒進(jìn)行繼續(xù)水化，保證養(yǎng)護(hù)期間水分的充足，避免混凝土在養(yǎng)護(hù)期間因水分不足引起后期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度減小，甚至出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象而導(dǎo)致耐久性嚴(yán)重降低。將適量減水劑與高吸水性物質(zhì)復(fù)配制備內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑是為了補(bǔ)償由于添加高吸水性物質(zhì)引起的混凝土用水量增加的問(wèn)題，改善混凝土的和易性，提高混凝土強(qiáng)度的同時(shí)使得混凝土更易于拌合澆筑。

混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑作用機(jī)理獨(dú)特，使用方法簡(jiǎn)單，只需在混凝土拌合時(shí)按設(shè)計(jì)摻量摻入即可。在摻內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的混凝土澆筑抹面后，不需再對(duì)其表面進(jìn)行特別的灑水或涂刷(噴涂)傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)劑等，簡(jiǎn)化了施工工序，使得施工成本與施工難度有所降低。更重要的是，摻加內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑有助于避免因工程后期養(yǎng)護(hù)不周而產(chǎn)生的各種工程事故和質(zhì)量糾紛。因此，內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑具有一定的發(fā)展前景。

3 結(jié)論

1）混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑使用簡(jiǎn)單，只需在混凝土制備過(guò)程中摻入并與其它原材料攪拌均勻即可，混凝土澆筑后具有良好的保水作用，即使不采取濕養(yǎng)護(hù)，仍能有較好的強(qiáng)度增長(zhǎng)。

2)根據(jù)本文試驗(yàn)，不摻任何外加劑的基準(zhǔn)混凝土試件的干燥-標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度比只有0.86(7d)和0.80(28d)，單摻萘系減水劑NSF的混凝土試件的干燥-標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度比只有0.89(7d)和0.83(28d)，而摻ICA，RW-A和RW-B三種內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的混凝土，其干燥-標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度比高達(dá)0.91～1.06(7d)和0.92～0.98(28d)，表現(xiàn)出良好的內(nèi)養(yǎng)護(hù)效果。

3)內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑的主要成分為高吸水性物質(zhì)，它將混凝土拌合物中的自由水吸附于自身分子內(nèi)部，減小自由水通過(guò)混凝土毛細(xì)孔的蒸發(fā)量，供內(nèi)部水泥顆粒水化，并可預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干燥裂縫，保證混凝土耐久性。

[單位地址]上海市四平路1239號(hào)（200092）

Preliminary experimental research of internal curing agent

Zheng Kunpeng1, He Lin2, Sun Zhenping1, Liu Lianjun3, He Yuanjie3
(1. Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials, Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092;2. The 7th Branch Company, Zhongtian Construction Group Co., Ltd.Guang zhou 500091;3. Guangdong Redwall New Materials Co., Ltd., Huizhou 516127)

This paper researched and produced a kind of internal curing agent (ICA), and made preliminary experimental research on the effects of ICA on some relative performances of concrete. The results showed that, adding ICA into concrete will increase the water requirement and reduce the absolute strength of concrete with same fl uidity. However, when ICA used with superplasticizer will decrease water requirement with the same fl uidity, improve concrete fl uidity, and have better water-retention performance.

internal curing agent; fl uidity; water-retention performance; strength

鄭琨鵬（1986-），男，同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生，先進(jìn)土木工程材料方向。