CA-SR 養護劑的制備及其力學性能研究

王軍，龐二波

（1. 明陽智慧能源集團股份公司，廣東 中山 528437；2. 中建商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430080）

0 前言

隨著現代建筑結構的復雜多樣化和工程施工水平的提高，低成本、耐候性好且應用面廣的高效多功能養護劑，逐漸成為許多學者研究的熱點。目前工程上使用的養護劑主要以高分子乳液類為主[1-4]，它們主要是靠有機組分在自然條件下揮發形成柔性薄膜實現養護目的，其保水率較高，但膜層在耐水性、耐腐蝕性和耐磨性方面較差，大部分對施工時間要求較高，且養護劑氣味大，成本高、有毒組分較多；無機類養護劑具有較好的耐候性、耐腐蝕性和耐磨性，且不影響表面裝飾，但其保水率較低，膜層易溶解，應用較少[5-6]，據資料報道，這類養護劑的保水率僅 20%～30%[7]。

本研究結合以上兩大類養護劑的特點，從提高產品有效保水率及養護效果出發，以無機物為基體，運用有機物及其它助劑進行改性復配，成功研制出一種成本低廉的 CA-SR 高效養護劑，具有較好的應用前景。

1 試驗

1.1 試驗用原材料

自制 CA-SR 高效養護劑；華新 P·O42.5 水泥；Ⅰ級粉煤灰（武漢陽邏電廠生產）；S95 礦粉（武漢武新）；TH 粉（中建商品混凝土有限公司研制的新型摻合料，D50＝2.87μm），碎石（5～31.5mm 石灰巖碎石，級配一般，含泥量 1.1%，壓碎指標 10%，針片狀含量 9%）；卵石（5～31.5mm，級配一般，含泥量1.6%），砂（細度模數 2.2～2.6，含泥量 2.7%）；減水劑（中建新型建材廠生產，固含量 10%、20%）；自來水。

1.2 CA-SR 養護劑的制備

本產品是在無機類養護劑基礎上進行研制，運用有機物及其它助劑進行改性。將無機基體（A）、成膜劑（B）、增強劑（C）、滲透劑（D）、分散穩定劑（E）五類組分按一定比例和一定加料順序復配，攪拌后獲得均一穩定的透明狀混合液，固含量 44%，存儲6 個月不變質，無刺激性氣味，無毒無有害成分，pH值 11，密度 1.1g/cm3。室溫條件下，混凝土成膜時間1.0～1.5h（初凝至終凝間噴灑）；35℃ 時，15～30min可成膜。3d 混凝土有效保水率達到 70%～80%。混凝土表面完全成膜后膜層浸水 2h 不溶，憎水性良好，經65℃ 烘烤或烈日暴曬數天膜層無變化、不褪色。

養護劑中 A 組分參與水泥水化反應，生成 CSH 等水化產物致密網絡結構，有利于混凝土早期強度增長，生成的致密物質能填充表層結構孔隙，并具有較高的耐磨性；加入的 E 組分與體系兼容，能有效分散 A 組分，使溶液均一穩定，提高產品的反應滲透力；D 組分能加速 A 組分的滲透和提高 A 組分與混凝土表層的粘接力；C 組分是在 A 組分的協同作用下提高水泥水化速度的表層助劑，在噴灑到混凝土表面后，能與 A 組分迅速滲透至混凝土表層及內部孔隙，與溶解的鈣、鋁等離子反應生產膠狀物質，并在 D 組分的作用下加速反應進行，更好地封堵表層孔隙，阻止水份損失；B 組分能在堿環境下與混凝土表面的水化產物及硅氧鍵結合成致密的憎水層，保護有效組分充分滲透反應，產物不被溶解，進一步阻止水分流失，提高表層的耐候性。

1.3 養護劑的施工方法

試驗采用噴壺進行噴灑作業，噴灑時噴嘴距離混凝土表面 20～50cm，分二次均勻噴灑（混凝土表層面積小時可 1 次噴灑），待第 1 次作業初步成膜后垂直進行第 2 次噴灑，完畢后及時清洗噴嘴以免堵塞，方便進行下次操作。噴灑的時間宜控制在混凝土終凝以前，待混凝土表層收光后進行。

1.4 試驗方法

養護劑物理性能測試參考 JC 901—2002《水泥混凝土養護劑》進行。由于本產品非薄膜養護劑，對成膜時間、膜層浸水溶解性和耐熱性評價方法進行了改進。即將養護劑噴灑在混凝土表面上，噴灑時間為水泥初凝至終凝時，觀察成膜時間，待成膜后，分別用水浸泡和放置 65℃ 烘箱中，觀察其浸水溶解性和耐熱性；養護劑力學性能測試參考 JC 901—2002 和 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行。養護劑物理性能和力學性能測試噴灑量均為 250g/m2。

2 試驗結果與討論

2.1 養護劑對低強混凝土強度的影響

選取某工程實際生產的 C40 混凝土進行試驗，配合比為水泥∶粉煤灰∶礦粉∶卵石∶砂∶水∶減水劑＝1:0.348:0.348:4.65:3.43:0.63:0.03，分別就室內和室外暴曬條件下各齡期的抗壓強度進行對比。試驗過程中試塊不被雨水淋濕，各養護方法見表1，其結果見表2 和圖1、圖2 所示。由于試驗均在初夏季節進行，室內外平均氣溫較高，各齡期的抗壓強度整體高于標養。為了更好地呈現本產品對強度的影響，將 JC 901—2002 中抗壓強度比指標的基準進行了修正，以下抗壓強度比指標的基準均為相同養護條件下的空白自然敞露樣。

表1 混凝土養護方法

表2 不同養護條件下 C40 混凝土養護強度測試與重復驗證情況

圖1、圖2 中可看出，無論是室內還是室外，噴灑 CA-SR 養護劑的各齡期抗壓強度均不同程度的高于相同條件下的自然敞露樣。對比 F 和 P1，兩者 28d抗壓強度比相當且均達到 107%，而室外條件下 P2 的3d、28d 的抗壓強度比分別達到了 103%、112%，其中3d 抗壓強度比與 P1 相當。對比 P1、K1 與 P2、K2 的28d 強度，噴灑本產品后強度分別提高 3～4MPa、6～7MPa，溫度似乎對本產品的養護效果更有利，這可能是溫度加速了組分的滲透并更好地加速或激發水化反應，讓表層更致密，削弱了后期水分散發，在混凝土內部形成類似蒸養環境的緣故，暴曬條件下，對強度的提高作用更明顯。

為排除試驗系統誤差對結果的影響，進行了重復性驗證，提高各齡期強度測試試塊數量，養護方法一樣，溫、濕度情況類似，所得結果見圖3 和圖4 所示。從圖中可知，P1 的 3d、28d 的抗壓強度比分別達到了103% 和 107%，P2 的 3d、28d 的抗壓強度比分別達到了 104%、110%。所得的抗壓強度增長規律和各齡期的抗壓強度比情況與圖1 和圖2 中結果是一致的。

圖1 C40 混凝土各養護方法下的抗壓強度

圖2 C40 混凝土各養護方法下的抗壓強度比

圖3 C40 混凝土各養護方法下的抗壓強度驗證

圖4 C40 混凝土各養護方法下的抗壓強度比驗證

2.2 養護劑對高強混凝土強度的影響

選用某橋梁工程 C60 配合比進行試驗，配合比為水泥∶粉煤灰∶TH 灰∶碎石∶砂∶水∶減水劑＝1:0.103:0.154:2.654:1.974:0.372:0.025。試驗過程、養護方法及溫濕度情況與 2.1 小節一樣，其結果見表3 和圖5、圖6。

圖5 C60 混凝土各養護方法下的抗壓強度

圖6 C60 混凝土各養護方法下的抗壓強度比

表3 不同養護條件下 C60 混凝土強度情況

從圖中可知，本產品對高強混凝土的強度增長規律與低強度等級的略有不同。高強混凝土因膠凝材料較多，早期強度發展快，室外暴曬下 P2 的 3d 強度就與室內 F 的強度相當。3d 齡期時，室內 P1 和室外 P2 的抗壓強度比分別達到 103%、109%；28d 時，P1、P2 抗壓強度比相當，分別達到 107%、107%，均提高強度 4～5MPa，且等于或超過室內覆膜的強度。說明高溫下，本產品對高強混凝土的后期強度提高幅度較小，這可能是因為高強度混凝土的水泥石結構更致密，滲透阻力大，參與混凝土表層后期水化的有效成分降低所致。

表4 和圖7、圖8 為重復性驗證試驗，選用某橋梁工程 C60 混凝土進行，配合比為水泥∶粉煤灰∶礦粉∶碎石∶砂∶水∶減水劑＝1:0.273:0.152:3.273:2.273:0.455:0.028，試驗同樣通過提高各齡期強度測試試塊數量來減小試驗誤差。從圖中可看出，試驗中由于室外溫度更高（平均氣溫 35 ℃ 以上），導致室外暴曬下的早期強度均明顯高于室內覆蓋薄膜和標養的，P1 的 3d、28d 的抗壓強度比分別達到了 104% 和 106%，P2 的3d、28d 的抗壓強度比分別達到了 104% 和 105%，與對比試驗規律是一致的。

圖7 C60 混凝土各養護方法下的抗壓強度驗證

圖8 C60 混凝土各養護方法下的抗壓強度比驗證

表4 不同養護條件下 C60 混凝土強度驗證情況

根據各原材料的市場價格，對該產品的經濟成本進行了初步統計，按 250g/m2噴灑量計算，每平方米成本僅為 0.256 元，統計結果未考慮原材料成本。從本文中所反映的強度情況看，該產品具有較好的養護效果，在公路、機場道路、橋梁路面等水平結構中具有較好的應用前景。

3 結論

（1）以無機基體為載體，引入有機物及其它助劑進行改性復配，成功研制出成本低廉的 CA-SR 高效養護劑，通過滲透反應形成剛性憎水層封堵孔隙，具有較好滲透養護、保水自養作用。

（2）本產品能提高不同強度等級混凝土的抗壓強度，各齡期的抗壓強度比可達到 103%～112%，28d 能等于或超過同條件下覆蓋薄膜的強度。

（3）本產品有利于提高低強混凝土的后期強度，高溫下養護效果更好，28d 強度最大提高 6～7MPa；但對高強混凝土的后期強度提高幅度較小，28d 強度最大提高 4～5MPa。