混凝土減縮劑的研究進展

竇妍 夏磊

【摘要】混凝土減縮劑（SRA）是一類能夠有效減少混凝土收縮的混凝土外加劑。本文簡要概述了混凝土減縮劑的組成、分類以及減縮機理。同時對近年來國內外在混凝土減縮劑化學組分、具體應用效果及減縮機理等方面的研究成果及研究進展進行了介紹。

【關鍵詞】混凝土；收縮；減縮劑

一、混凝土減縮劑的簡介

混凝土硬化后會產生收縮的現象。混凝土的收縮對混凝土構件會產生十分有害的影響。過大的收縮所產生的應力會使混凝土構件開裂，從而降低結構強度，影響構件的正常使用。

為了解決該問題上個世紀八十年代初日本日產水泥公司和三洋化學工業公司研發出了混凝土減縮劑（SRA）。減縮劑的是一類含聚醚或聚醇結構的有機物。按組成可分成單組分減縮劑和多組分減縮劑兩類。研究表明減縮劑的減縮機理：混凝土減縮劑可以有效降低混凝土內部毛細孔水的表面張力，從而顯著減少混凝土的干燥收縮，改善混凝土收縮開裂。

二、混凝土減縮劑的研究進展

（一）減縮劑組分的研究

為了得到減縮效果好、缺點少的減縮劑，國內外專家十分關注對減縮劑組分的研究。如US8353983B2公開了一種混凝土減縮劑，其主要成分是具有不飽和鍵的（聚）烷撐化合物。其化學通式為R2O-R1-O-（A1O）n-R3，其中R1為碳原子2-10的具有不飽和鍵的烴基，R3為氫或碳原子為1-8的烷烴，A1O為一種或多種碳原子為2-4的氧烷撐基團，n為A1O的平均分子加合數，取1-20。R2為氫或者通式為-（A2O）m-R4的基團（A2O為一種或多種碳原子為2-4的氧烷撐基團，m為A2O的平均分子加合數，取1-20，R4為氫或碳原子為1-8的烷烴）。同時專利中還指出，公開的減縮劑還可以含有成分為聚羧酸共聚物的水泥分散劑。該減縮劑具有良好的減縮效果以及抗凍融性而不會夾帶過量的空氣，并且該減縮劑還表現出優良的溶液穩定性。

US9139474B2公布了一種通用性高的水硬材料減縮劑。其化學通式為 R1-[O-（A1O）m-R2]n，其中R1表示來自R1-（OH）n多元醇的基團，A1O表示碳原子為2-18的氧化烯基，R2表示氫原子或者碳原子數為1-30的烴基，m表示平均分子加合數；n為3或4，當n=3時m為30-150，n=4時m為5-150。另外該物質還可以與聚氧化烯系聚合物相配伍，組成復合組分減縮劑使用。該減縮劑價格低廉，可以有效抑制混凝土的收縮和強度的降低，與減水劑等助劑也有良好的相容性。

在中國，壽崇琦、溫達等通過CN103803840B公開了一種用作混凝土減縮劑的超支化型聚合物。他們首先利用丁二酸酐和二乙醇等原料合成一種端羥基超支化聚合物，并采用丁二酸酐與聚乙二醇醚或聚氧乙烯烷基醚合成端羧基的親水聚合物，之后將端羧基親水聚合物引入到超支化聚合物的末端，從而合成該減縮劑。該混凝土減縮劑有著良好的減縮效果，28天減縮率基本在50%以上，而且對混凝土強度影響小、摻量較少、工藝簡單、易工業化、成本也不高，是一種優良的混凝土減縮劑。

CN106084147A公開了一種減縮劑制備方法。首先將一縮二丙二醇單甲醚與馬來酸酐發生酯化反應，之后加入具有不飽和雙鍵的聚氧乙烯醚單體，而后在氧化還原體系下，滴加由不飽和羧酸和水組成的A料以及由鏈轉移劑、還原劑和水組成的B料，并分批次加入甲基丙烯酸三氟乙酯，在水溶液中進行共聚而制得減縮劑成品。該發明可以有效降低混凝土的收縮率，提高混凝土的抗凍融性，使混凝土具有優異的流動性和良好的早期強度。

（二）減縮劑應用的研究

減縮劑的實際應用效果及與其他助劑的配合使用也是研究的重點。方慶偉等通過試驗，研究了減縮劑對蒸餾水和模擬孔溶液（KOH溶液）中表面張力的影響及減縮劑的添加量對水泥砂漿早期收縮、質量損失、抗折抗壓強度的影響。結果表明：無論是在蒸餾水還是模擬孔溶液（KOH溶液）中減縮劑達到臨界膠束濃度均在4.10%左右。隨著減縮劑加入量的增加，水泥砂漿的減縮效果明顯增加。研究同時指出：減縮劑主要是對砂漿早期的收縮影響明顯。另外，隨減縮劑加入量的提高體系的質量損失增大，而減縮劑的加入對于砂漿的強度有不利影響，加入量越大強度下降越多。

龔建清，肖黽等研究認為：減縮劑（SRA）對于改善水泥砂漿的干燥收縮效果明顯，而用于內養護的高吸水樹脂（SAP）在改善水泥砂漿自收縮方面有著優于減縮劑的功效，而將兩者復配使用，不僅表現出了較好的相容性，而且產生了良好的“疊加”效果。

黨玉棟，錢覺時等研究了減縮劑、飽和輕骨料內養護以及兩者混和使用對水泥砂漿收縮的影響。研究表明：密封條件下，減縮劑及內養護混合使用對砂漿自收縮有更好的抑制作用；干燥條件下，減縮劑及內養護混合使用的減縮效果不及單獨使用減縮劑的效果好；但減縮劑對水泥水化和砂漿抗壓強度的不利影響可以通過兩者混合使用而顯著降低。

然而減縮劑也存在著一些問題。Seung Hun Park等研究表明，減縮劑的加入對纖維增強混凝土中的纖維尤其是長而光滑的鋼纖維的抗拔力有較大的負面影響。

（三）減縮劑機理的研究

近年來，國內外學者對混凝土減縮劑的減縮機理也進行了進一步研究。越來越多的研究表明減縮劑對于混凝土的減縮作用不僅僅在于降低了孔溶液的表面張力，而是多方面的共同作用過程。如Bentz團隊通過研究發現：混凝土減縮劑的引入在有效減低毛細孔溶液的表面張力的同時，還增加了孔溶液的粘度，由于溶液粘度變大，會使得凹液面與毛細孔壁的接觸角隨之增大，從而凹液面所產生的收縮應力。因此減縮劑是通過降低液體表面張力和增加水凹液面與毛細孔壁的接觸角兩個方面來降低凹液面所產生的收縮張力，達到減縮效果的。

高楠簫團隊認為高堿性的水泥更容易發生收縮。他們通過進一步研究發現聚醚類減縮劑的引入不光可以降低液體的表面張力還能有效降低溶液中堿離子的含量從而起到減縮的作用。而姚燕等研究則表明孔溶液的堿度有利于增加減縮劑降低溶液表面張力的功效。

另外，王智等研究發現減縮劑的加入不僅大大降低了孔溶液的表面張力，還減少了孔溶液的蒸發速率，從而減少了混凝土材料的收縮現象。而錢春香等的研究結論則與之相反。他們的研究表明減縮劑在降低溶液表面張力的同時引入了氣泡，氣泡的引入增大了孔溶液失水的通道，從而加速了混凝土溶液的蒸發。由此可見，不同學者由于試驗條件等的不同對于減縮劑機理的研究結論也有著較大的差異。

三、結語

減縮劑（SRA）是一類聚醇或聚醚的有機化合物。減縮劑通過降低混凝土內部毛細孔溶液的表面張力以減少溶液水分蒸發而產生的收縮應力，從而顯著降低混凝土的收縮，改善混凝土開裂的問題。由于其優異的減縮性能，減縮劑越來越受到研究的關注。近年來多組分的復合型減縮劑及減縮劑與其他混凝土添加劑配伍應用越來越成受到重視。多組分的復合配制應用有利于彌補單一組分、單一試劑所帶來的缺陷，有利于減縮劑發揮更大的作用，因而也必將成為今后減縮劑領域研究的重點。另外減縮劑的作用機理尚未有一個全面同一的結論，該部分內容也會是今后研究的一個重要方面。

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