石蠟基混凝土養生劑性能研究

張 影

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

水泥混凝土路面經攤鋪成型后，需要經過水化和硬化，以形成混凝土的細觀結構和強度[1]。水化和硬化的階段需要采取一定的措施，保證水泥水化所需的溫度和濕度條件，從而得到所需的混凝土物理力學性能，此階段稱為養生[1-2]。養生過程中，混凝土內部發生一系列物理、化學變化，對混凝土細觀結構、強度形成及獲得所需的路面結構性能、使用性能和耐久性有重要影響[3]。

常見的養生工藝包括潮濕養生和保水養生，潮濕養生指在混凝土表面覆蓋保濕膜、土工布、麻袋、草簾等，并及時補充水分保持覆蓋物濕度，以此保證水泥水化所需的水分；保水養生指在混凝土表面噴涂養生劑，以封閉混凝土表面孔隙，以混凝土自身水分來維持水泥水化所需的濕度環境[4]。潮濕養生效果較好，但在水源匱乏、混凝土形狀不規則及立面混凝土養生中應用難度較大，并且在水泥混凝土路面滑模施工中難于應用。而保水養生的養生劑養生方式雖然保水效果相對于潮濕養生有一定的不足，但由于施工簡單、無需補水等優點，越來越受到重視[4-6]。

目前國外主要使用的養生劑有乳化石蠟型、水玻璃型、聚合物單體樹脂乳液型、乳化瀝青型等[7]。經3種進口養生劑性能對比研究發現，石蠟基養生劑保水性能優于合成橡膠和鋰基養生劑，可以有效降低最大蒸發率、縮短蒸發時間，并且對混凝土早期裂縫的形成起到顯著的抑制作用[8-9]。京珠高速公路（湘潭-耒陽段、耒陽-宜章段）、湖南省一級公路（資興-郴州-桂陽）、清連公路升級改造項目等大量工程實踐也證明了石蠟基養生劑的優異性能[4]。國內養生劑研究起步較晚，當前國內養生劑產品市場較為混亂，很多產品連合格品保水率要求的75%都難以達到，并且由于價格競爭等因素造成產品品質參差不齊、性能穩定性差[10]。

本文通過保水率試驗驗證了自主研發的JKYS型石蠟基養生劑的保水性能，研究了該養生劑產品噴涂量對保水率和混凝土試件強度的影響，并且對比了JKYS型養生劑與WS的性能。

1 試驗

1.1 試驗原料

a）水泥 選用P·O 42.5水泥，其化學成分及物理性質見表1，滿足GB 175—1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》要求。

表1 水泥物理化學性能指標 （%，質量分數）

b）砂石集料 砂子選用陽曲縣河砂，細度模數為2.28，表觀密度為2672 kg/m3；石料選用繁峙縣玄武巖石子，5～25 mm連續級配。

c）水 選用太原地區的自來水。

d）養護劑 自主研發的JKYS石蠟基養護劑，性能指標如表2所示，性能測試依據為JC 901—2002《水泥混凝土養護劑》。

表2 JKYS養護劑性能指標

1.2 試驗方法

試件的制作、養護、保水率和蒸發率測試依據JC 901—2002《水泥混凝土養護劑》進行，混凝土強度測試依據GBJ81—1985《混凝土力學性能試驗方法》進行。

1.2.1 試件制備

按表3所述配方制備混凝土試件，試件尺寸150 mm×150 mm×150 mm，共制備6組試件，每組4個，將試件進行振搗、抹平后進行養護。

表3 混凝土配方 kg/m3

1.2.2 試件養護

選取一組試件，表面不噴涂養生劑，放入標準養護箱養護（溫度20℃±2℃，濕度大于等于95%），標記為G1。在4組試件表面噴涂養生劑，噴涂量分別為 0.15 kg/m2、0.20 kg/m2、0.25 kg/m2、0.30 kg/m2分別標記為 G2、G3、G4 、G5（G1為基準試件），噴涂后放入養護箱養護（溫度38℃±2℃，濕度32%±3%）。剩余一組試件標記為G6，噴涂0.25 g/m2養生劑后置于溫度為20℃±0.5℃，濕度為60%±1%的環境下。

養生劑噴涂方法：在試件和試模邊緣處，剔出深3 mm，寬3 mm的V槽，用蠟填注入V槽使之密封，在蠟封后的試件表面噴涂養生劑，其后放入養護箱養護。

1.2.3 保水率（蒸發率）測定方法

G1 試件放入養護箱之前稱重 m1，G2、G3、G4 試件放入養護箱之前稱重M1，放入養護箱72 h后再次稱重，分別標記為m2和M2，保水率按式（1）計算：

G6試件養護開始后，每隔15 min記錄試件（含模具）質量，直至連續1 h內，質量損失小于2 g，即認為質量不再損失，停止實驗。噴涂時間指試件放入養護箱開始至試件測試時所用時間。蒸發率按式（2）計算：

式中：mi為第i次記錄試件質量；A為蒸發面積；t為間隔時間。

1.2.4 抗壓強度、抗壓強度比

采用CMT4304型微機控制電子萬能試驗機測試試件強度，可自動記錄應力-應變曲線。

抗壓強度比指養生劑養護試件強度與標準養護試件強度之比。

2 結果與討論

2.1 噴涂量對成膜效果的影響

不同養生劑噴涂量對養生劑成膜效果影響如圖1所示，可見噴涂量為0.15 kg/m2和0.20 kg/m2時，養生劑成膜干燥后表面出現氣孔，隨著噴涂量增加氣孔數量減少；噴涂量為0.25 kg/m2時成膜較好；噴涂量為0.30 kg/m2時，成膜較厚，干燥后顏色偏白。

圖1 不同養生劑噴涂量試件表面狀態

2.2 養生劑對保水率的影響

由圖2可見，養生劑噴涂量分別為0.15 kg/m2、0.20 kg/m2、0.25 kg/m2和 0.30 kg/m2時，混凝土試件保水率為73.02%、85.34%、92.71%和93.84%。可見養生劑噴涂量的增加可以改善保水效果，噴涂量由0.25 kg/m2增加至0.30 kg/m2時，保水率增加不明顯，且養生劑噴涂量為0.25 kg/m2時，保水率大于等于90%，達到《公路水泥混凝土路面施工技術細則》（JTG/T F30－2014）一級品要求，因此建議JKYS養生劑噴涂量為0.25 kg/m2。

圖2 養生劑噴涂量對保水率的影響

本文對比了未噴涂養生劑（KB）混凝土[8]、JKYS養生劑養生混凝土和美國某石蠟基養生劑（WS）養生混凝土[8]的性能，JKYS和WS用量均為0.25 kg/m2，3種條件下蒸發率與時間關系如圖3所示。可見3種養生方式下，混凝土蒸發率變化趨勢基本一致，但未噴涂養生劑混凝土蒸發率顯著高于其他兩種養生方式；未噴涂養生劑混凝土蒸發率最大，成型后的約 400 min之內，質量變化最快，最大蒸發率為0.36 kg/m2/h，400～800 min內蒸發率較 400 min 之內顯著降低，約 2200 min之后，質量損失明顯下降，其后質量基本不再發生變化。WS養生混凝土在400 min內蒸發率相對于未噴涂養生劑混凝土大幅降低，最大蒸發率為0.21 kg/m2/h，400～800 min內蒸發率約為未噴涂養生劑混凝土的1/2，其后略有升高，1700 min后，蒸發率顯著下降，質量基本不再變化。JKYS養護混凝土400 min內蒸發率變化規律與美國石蠟基養生劑混凝土基本一致，最大蒸發率為0.22 kg/m2/h，400～800 min內蒸發率約為未噴涂養生劑混凝土的2/3，相對WS較高，但800～1200 min仍保持此蒸發率，此時蒸發率相對WS較低，同樣1700 min后，蒸發率顯著下降，質量基本不再變化。可見兩種養生劑均能降低混凝土蒸發率，并且能夠縮短水分散失時間，JKYS養生劑性能與WS接近。

圖3 養生劑蒸發率對比

2.3 養生劑對抗壓強度的影響

圖4 養生劑對混凝土強度影響

圖4為JKYS養生劑對混凝土抗壓強度的影響，可見隨著養生劑噴涂量的增加，抗壓強度增大，養 生 劑 噴 涂 量 分 別 為 0.15 kg/m2、0.20 kg/m2、0.25 kg/m2和 0.30 kg/m2時，抗壓強度比分別為0.76、0.87、0.94、0.98，養生劑噴涂量由 0.15 kg/m2增大至0.25 kg/m2時，混凝土抗壓強度增長較快，其后變慢，說明0.25 kg/m2的噴涂量可以保證混凝土水化硬化所需水分，保證混凝土強度。

3 結論

本文研究了養生劑噴涂量對養生劑成膜性能、混凝土保水率（蒸發率）和混凝土強度的影響，并對比了JKYS型養生劑與美國石蠟基養生劑的性能，得到以下結論：

JKYS型養生劑推薦噴涂量為0.25 kg/m2，此時養生劑在混凝土表面成膜性能較好；保水率可達到90%以上，達到一級品性能要求；混凝土抗壓強度比可達0.98。

JKYS型養生劑與美國石蠟基養生劑相比，兩者保水性能接近，且混凝土蒸發率均顯著低于未噴涂養生劑混凝土。