新型混凝土養(yǎng)護(hù)劑的配制及性能研究

熊 文 胡 洋 吳 鑫 段汶宏

（四川華西綠舍建材有限公司）

0 引言

混凝土是目前最大宗的土木工程材料，一般來(lái)說(shuō)，混凝土材料的性能優(yōu)劣不僅與原材料和配合比設(shè)計(jì)有關(guān)，還與澆筑后混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)效果緊密相關(guān)。養(yǎng)護(hù)不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的自由水分蒸發(fā)從而影響水泥顆粒的正常水化，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)表層裂縫、基體強(qiáng)度降低等問(wèn)題[1]。而良好的養(yǎng)護(hù)可以保證膠凝材料更好地水化以促進(jìn)混凝土獲得較好的強(qiáng)度性能以及耐久性能[2]。目前，混凝土的養(yǎng)護(hù)方式多種多樣，在工程中一般采用灑水養(yǎng)護(hù)、薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)以及覆蓋土工布養(yǎng)護(hù)等方法[3]。以上養(yǎng)護(hù)方式在一定程度上解決了混凝土表面裂縫的產(chǎn)生以及表層粉化等現(xiàn)象，但是同時(shí)也存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力、養(yǎng)護(hù)成本高、養(yǎng)護(hù)不徹底等缺點(diǎn)[4]。

無(wú)論采用何種養(yǎng)護(hù)方式，其根本的目的在于保證混凝土在一定的濕度條件下正常水化。因此，研究者提出了使用養(yǎng)護(hù)劑用于混凝土養(yǎng)護(hù)。目前，混凝土養(yǎng)護(hù)劑主要包括水玻璃類(lèi)、乳液類(lèi)、有機(jī)溶劑類(lèi)、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合類(lèi)四種[5]。由于養(yǎng)護(hù)效果不佳以及安全性低，水玻璃類(lèi)以及有機(jī)溶劑類(lèi)養(yǎng)護(hù)劑已經(jīng)逐漸被市場(chǎng)淘汰。近年來(lái)，由于操作方便、安全無(wú)毒，乳液型混凝土養(yǎng)護(hù)劑開(kāi)始被越來(lái)越多的工程接受和青睞。但是養(yǎng)護(hù)劑的乳液種類(lèi)繁多，養(yǎng)護(hù)效果也好壞不一，養(yǎng)護(hù)效果也很難被保證。本試驗(yàn)首先研究了不同種類(lèi)養(yǎng)護(hù)劑乳液對(duì)混凝土表面回彈值、表面碳化深度以及基體抗壓強(qiáng)度的影響，然后通過(guò)在養(yǎng)護(hù)劑中摻入表面活性劑以改善乳液的表面張力從而提升其養(yǎng)護(hù)效果，最終得到了具有良好養(yǎng)護(hù)效果的新型混凝土養(yǎng)護(hù)劑。

1 試驗(yàn)原材料及方法

1.1 原材料

本研究制備新型混凝土養(yǎng)護(hù)劑的原材料主要包括純丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、石蠟乳液、VAE 乳液以及十二烷基硫酸鈉（SDS）、FCF-1 型氟碳類(lèi)表面活性劑。

水泥：本實(shí)驗(yàn)采用峨勝P·O 42.5R 級(jí)水泥，其基本物化指標(biāo)如表1 所示。

表1 水泥基本物化指標(biāo)

礦物摻合料：試驗(yàn)采用S95 級(jí)礦粉、風(fēng)選Ⅰ級(jí)粉煤灰作為礦物摻合料。

細(xì)骨料：人工砂，細(xì)度模數(shù)為2.6。

粗骨料：5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石。

外加劑：復(fù)合型高效減水劑。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)主要通過(guò)測(cè)定養(yǎng)護(hù)劑乳液在疏水PVC 薄膜上的接觸角變化來(lái)表征其表面張力的變化。選擇研究的混凝土為目前工程中最常使用的C30 等級(jí)混凝土，其配合比如表2 所示。

表2 C30 混凝土配合比

首先，按照以上配合比拌制混凝土，用150mm×150mm×150mm 的塑料試模成型1d 后脫模，脫模后用高壓霧化器將實(shí)驗(yàn)配制的養(yǎng)護(hù)劑乳液噴灑在混凝土試件表面，噴灑時(shí)要注意噴灑均勻，養(yǎng)護(hù)劑用量控制在0.2kg/m2。然后，將經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)劑處理的試件置于自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)28d，用于后續(xù)表面回彈值、表面碳化深度以及混凝土抗壓強(qiáng)度的測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 表面活性劑對(duì)養(yǎng)護(hù)劑表面張力的影響

為研究表面活性劑對(duì)養(yǎng)護(hù)劑乳液表面張力的影響，主要選擇了十二烷基硫酸鈉和FCF-1 型氟碳類(lèi)表面活性劑兩種表面活性劑摻入純丙乳液中，摻量為0.5%。摻入兩種表面活性劑后，純丙乳液在疏水PVC 薄膜上的接觸角變化如圖1 所示。由圖1 可知，加入表面活性劑后，養(yǎng)護(hù)劑乳液的接觸角明顯變小。通過(guò)圖像分析表明，未加入表面活性劑時(shí)，乳液的接觸角為101°；當(dāng)摻入0.5%的十二烷基硫酸鈉后，乳液的接觸角減小為39°；當(dāng)摻入0.5%的FCF-1 型氟碳類(lèi)表面活性劑后，乳液的接觸角減小到20°。由此可見(jiàn)，表面活性劑可以顯著改善養(yǎng)護(hù)劑乳液的表面張力，尤其以氟碳類(lèi)的表面活性劑的效果最為明顯。

圖1 表面活性劑對(duì)養(yǎng)護(hù)劑乳液表面張力的影響

2.2 強(qiáng)度性能

2.2.1 養(yǎng)護(hù)劑乳液種類(lèi)對(duì)強(qiáng)度性能的影響

使用不同種類(lèi)養(yǎng)護(hù)劑乳液后，混凝土表面回彈值以及混凝土基體強(qiáng)度的變化分別如圖2 所示。由圖2（a）可知，不同種類(lèi)的養(yǎng)護(hù)劑乳液對(duì)混凝土的表面回彈值影響不一致。其中，使用純丙乳液可以提高混凝土的表面回彈值，而使用醋丙乳液對(duì)混凝土的表面回彈值會(huì)造成一定的負(fù)面作用。此外，使用硅丙乳液、石蠟乳液以及VAE 乳液幾乎不會(huì)影響混凝土的表面回彈值。值得注意的是，使用純丙乳液可以使表面回彈值增加1.0，使用醋丙乳液使表面回彈值降低0.5。由此可見(jiàn)，使用各類(lèi)養(yǎng)護(hù)劑乳液對(duì)混凝土的表面回彈值影響較小。

由圖2（b）可知，使用不同養(yǎng)護(hù)劑乳液后，混凝土基體抗壓強(qiáng)度變化較為明顯。各類(lèi)養(yǎng)護(hù)劑都可以不同程度地增加混凝土基體抗壓強(qiáng)度。其中，以VAE 乳液的養(yǎng)護(hù)效果最佳，未使用養(yǎng)護(hù)劑的空白組混凝土28d 強(qiáng)度為29.5MPa，而使用VAE 乳液后，28d 強(qiáng)度為32.6MPa，提升了3.1MPa；其次為純丙乳液，可以提升混凝土強(qiáng)度2.8MPa；再次為石蠟乳液和硅丙乳液，分別可以提升2.4MPa 和1.7MPa；此外，使用醋丙乳液后，混凝土28d強(qiáng)度幾乎不變，由此可見(jiàn)，醋丙乳液對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)效果較弱。使用以上乳液作為養(yǎng)護(hù)劑可以不同程度地提升自然養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土強(qiáng)度。其主要原因是將高分子乳液噴曬到剛拆模的混凝土表面后，養(yǎng)護(hù)劑會(huì)在混凝土表面形成一層均勻的乳液水膜，經(jīng)過(guò)自然蒸發(fā)后在混凝土表面形成一層連續(xù)均勻的高分子薄膜，在自然養(yǎng)護(hù)的條件下，該層薄膜可以在一定程度上阻止混凝土內(nèi)部孔隙中的自由水份揮發(fā)，更好地促進(jìn)混凝土內(nèi)部水化，從而使混凝土基體的抗壓得到增強(qiáng)。

圖2 不同種類(lèi)養(yǎng)護(hù)劑乳液對(duì)強(qiáng)度性能的影響

2.2.2 表面活性劑對(duì)強(qiáng)度性能的影響

在養(yǎng)護(hù)劑乳液中加入表面活性劑可以顯著改善乳液的表面張力特性。在VAE 乳液中摻入0.5%的表面活性劑后對(duì)混凝土表面回彈值以及基體抗壓強(qiáng)度的影響分別如圖3 所示。由圖3（a）可知，在VAE 乳液中摻入表面活性劑后用于混凝土養(yǎng)護(hù)，對(duì)混凝土表面回彈值的影響較小。由圖3（b）可知，在VAE 乳液中摻入表面活性劑后用于混凝土養(yǎng)護(hù)可以較為顯著地改善混凝土基體抗壓強(qiáng)度。VAE 乳液直接用于混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)，混凝土試件的抗壓強(qiáng)度為32.6MPa；當(dāng)VAE 乳液中摻入0.5%的十二烷基硫酸鈉后用于混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)，混凝土試件的基體抗壓強(qiáng)度為33.8MPa；當(dāng)VAE 乳液中摻入0.5%的FCF-1 后用于混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)，混凝土試件的基體抗壓強(qiáng)度達(dá)到了35.1MPa。由此可知，在養(yǎng)護(hù)劑乳液中摻入一定的表面活性劑可以提升養(yǎng)護(hù)劑的養(yǎng)護(hù)效果。

圖3 表面活性劑對(duì)強(qiáng)度性能的影響

結(jié)合上文可知，摻入表面活性劑后，養(yǎng)護(hù)劑乳液的表面張力明顯減小。由于表面張力減小，當(dāng)養(yǎng)護(hù)劑噴灑到混凝土表面后，更容易通過(guò)混凝土表面毛細(xì)孔的毛細(xì)作用進(jìn)入到混凝土表面孔隙內(nèi)，當(dāng)水分蒸發(fā)后，養(yǎng)護(hù)劑可以在混凝土表面毛細(xì)孔內(nèi)形成高分子薄膜，由此起到封閉表面毛細(xì)孔以及更好地阻止混凝土內(nèi)部孔隙中的自由水分揮發(fā)的作用。因此，表面活性劑的摻入可以更好地促進(jìn)養(yǎng)護(hù)劑乳液對(duì)混凝土的保水養(yǎng)護(hù)作用。

2.3 表面碳化性能

混凝土經(jīng)過(guò)不同養(yǎng)護(hù)劑乳液以及摻0.5%表面活性劑的VAE 乳液養(yǎng)護(hù)后，表面碳化深度變化如圖4 和圖5所示。由圖4 可知，使用純丙乳液以及VAE 乳液作為養(yǎng)護(hù)劑時(shí)，表面碳化深度分別降低了0.37mm 和0.33mm，使用硅丙乳液以及醋丙乳液作為養(yǎng)護(hù)劑時(shí)，表面碳化深度有所增加，分別增加了0.33mm 和0.28mm。此外，從圖中還可以看到，使用石蠟乳液作為養(yǎng)護(hù)劑對(duì)混凝土的表面碳化深度影響較小。由圖5 可知，在養(yǎng)護(hù)劑乳液中加入表面活性劑用于混凝土養(yǎng)護(hù)基本不會(huì)對(duì)混凝土的碳化深度造成影響。

圖4 不同種類(lèi)養(yǎng)護(hù)劑乳液對(duì)混凝土表面碳化深度的影響

圖5 表面活性劑對(duì)表面碳化深度的影響

3 結(jié)論

本試驗(yàn)主要探究了表面活性劑對(duì)養(yǎng)護(hù)劑乳液表面張力的影響以及各類(lèi)養(yǎng)護(hù)劑乳液和摻有表面活性劑的養(yǎng)護(hù)劑乳液對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)效果，最終得到了具有良好養(yǎng)護(hù)效果的新型混凝土養(yǎng)護(hù)劑。通過(guò)研究，主要可以得到以下結(jié)論：

⑴在養(yǎng)護(hù)劑乳液中摻入0.5%的十二烷基硫酸鈉或者FCF-1 型氟碳表面活性劑可以顯著減小乳液的表面張力，其中以FCF-1 型氟碳表面活性劑的效果最佳。同時(shí)，在乳液中加入FCF-1 后也可以很好地提升混凝土的抗壓強(qiáng)度。

⑵使用VAE 乳液可以較好地提升抗壓強(qiáng)度，但是對(duì)表面回彈值增加無(wú)有益效果。而使用純丙乳液不僅可以提升抗壓強(qiáng)度，還可以對(duì)表面回彈值的增加有一定效果。此外，使用純丙乳液作為養(yǎng)護(hù)劑還可以在一定程度上降低混凝土表面碳化深度。

⑶在純丙乳液中摻入0.5%的FCF-1 型氟碳表面活性劑作為混凝土養(yǎng)護(hù)劑可以達(dá)到較好的養(yǎng)護(hù)效果。