混凝土減縮劑的研究進(jìn)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(jiǎn)要概述了混凝土減縮劑的組成、分類以及減縮機(jī)理。同時(shí)對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在混凝土減縮劑化學(xué)組分、具體應(yīng)用效果及減縮機(jī)理等方面的研究成果及研究進(jìn)展進(jìn)行了介紹。

【關(guān)鍵詞】混凝土；收縮；減縮劑

一、混凝土減縮劑的簡(jiǎn)介

混凝土硬化后會(huì)產(chǎn)生收縮的現(xiàn)象。混凝土的收縮對(duì)混凝土構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生十分有害的影響。過(guò)大的收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)使混凝土構(gòu)件開裂，從而降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響構(gòu)件的正常使用。

為了解決該問(wèn)題上個(gè)世紀(jì)八十年代初日本日產(chǎn)水泥公司和三洋化學(xué)工業(yè)公司研發(fā)出了混凝土減縮劑（SRA）。減縮劑的是一類含聚醚或聚醇結(jié)構(gòu)的有機(jī)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(jī)理：混凝土減縮劑可以有效降低混凝土內(nèi)部毛細(xì)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(jìn)展

（一）減縮劑組分的研究

為了得到減縮效果好、缺點(diǎn)少的減縮劑，國(guó)內(nèi)外專家十分關(guān)注對(duì)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(xué)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(tuán)，n為A1O的平均分子加合數(shù)，取1-20。R2為氫或者通式為-（A2O）m-R4的基團(tuán)（A2O為一種或多種碳原子為2-4的氧烷撐基團(tuán)，m為A2O的平均分子加合數(shù)，取1-20，R4為氫或碳原子為1-8的烷烴）。同時(shí)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(huì)夾帶過(guò)量的空氣，并且該減縮劑還表現(xiàn)出優(yōu)良的溶液穩(wěn)定性。

US9139474B2公布了一種通用性高的水硬材料減縮劑。其化學(xué)通式為 R1-[O-（A1O）m-R2]n，其中R1表示來(lái)自R1-（OH）n多元醇的基團(tuán)，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(shù)為1-30的烴基，m表示平均分子加合數(shù)；n為3或4，當(dāng)n=3時(shí)m為30-150，n=4時(shí)m為5-150。另外該物質(zhì)還可以與聚氧化烯系聚合物相配伍，組成復(fù)合組分減縮劑使用。該減縮劑價(jià)格低廉，可以有效抑制混凝土的收縮和強(qiáng)度的降低，與減水劑等助劑也有良好的相容性。

在中國(guó)，壽崇琦、溫達(dá)等通過(guò)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(duì)混凝土強(qiáng)度影響小、摻量較少、工藝簡(jiǎn)單、易工業(yè)化、成本也不高，是一種優(yōu)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(lái)酸酐發(fā)生酯化反應(yīng)，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(zhuǎn)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(jìn)行共聚而制得減縮劑成品。該發(fā)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(yōu)異的流動(dòng)性和良好的早期強(qiáng)度。

（二）減縮劑應(yīng)用的研究

減縮劑的實(shí)際應(yīng)用效果及與其他助劑的配合使用也是研究的重點(diǎn)。方慶偉等通過(guò)試驗(yàn)，研究了減縮劑對(duì)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(duì)水泥砂漿早期收縮、質(zhì)量損失、抗折抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：無(wú)論是在蒸餾水還是模擬孔溶液（KOH溶液）中減縮劑達(dá)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(shí)指出：減縮劑主要是對(duì)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(zhì)量損失增大，而減縮劑的加入對(duì)于砂漿的強(qiáng)度有不利影響，加入量越大強(qiáng)度下降越多。

龔建清，肖黽等研究認(rèn)為：減縮劑（SRA）對(duì)于改善水泥砂漿的干燥收縮效果明顯，而用于內(nèi)養(yǎng)護(hù)的高吸水樹脂（SAP）在改善水泥砂漿自收縮方面有著優(yōu)于減縮劑的功效，而將兩者復(fù)配使用，不僅表現(xiàn)出了較好的相容性，而且產(chǎn)生了良好的“疊加”效果。

黨玉棟，錢覺(jué)時(shí)等研究了減縮劑、飽和輕骨料內(nèi)養(yǎng)護(hù)以及兩者混和使用對(duì)水泥砂漿收縮的影響。研究表明：密封條件下，減縮劑及內(nèi)養(yǎng)護(hù)混合使用對(duì)砂漿自收縮有更好的抑制作用；干燥條件下，減縮劑及內(nèi)養(yǎng)護(hù)混合使用的減縮效果不及單獨(dú)使用減縮劑的效果好；但減縮劑對(duì)水泥水化和砂漿抗壓強(qiáng)度的不利影響可以通過(guò)兩者混合使用而顯著降低。

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

（三）減縮劑機(jī)理的研究

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)混凝土減縮劑的減縮機(jī)理也進(jìn)行了進(jìn)一步研究。越來(lái)越多的研究表明減縮劑對(duì)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(guò)程。如Bentz團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：混凝土減縮劑的引入在有效減低毛細(xì)孔溶液的表面張力的同時(shí)，還增加了孔溶液的粘度，由于溶液粘度變大，會(huì)使得凹液面與毛細(xì)孔壁的接觸角隨之增大，從而凹液面所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。因此減縮劑是通過(guò)降低液體表面張力和增加水凹液面與毛細(xì)孔壁的接觸角兩個(gè)方面來(lái)降低凹液面所產(chǎn)生的收縮張力，達(dá)到減縮效果的。

高楠簫團(tuán)隊(duì)認(rèn)為高堿性的水泥更容易發(fā)生收縮。他們通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)速率，從而減少了混凝土材料的收縮現(xiàn)象。而錢春香等的研究結(jié)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(shí)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(fā)。由此可見，不同學(xué)者由于試驗(yàn)條件等的不同對(duì)于減縮劑機(jī)理的研究結(jié)論也有著較大的差異。

三、結(jié)語(yǔ)

減縮劑（SRA）是一類聚醇或聚醚的有機(jī)化合物。減縮劑通過(guò)降低混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔溶液的表面張力以減少溶液水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，從而顯著降低混凝土的收縮，改善混凝土開裂的問(wèn)題。由于其優(yōu)異的減縮性能，減縮劑越來(lái)越受到研究的關(guān)注。近年來(lái)多組分的復(fù)合型減縮劑及減縮劑與其他混凝土添加劑配伍應(yīng)用越來(lái)越成受到重視。多組分的復(fù)合配制應(yīng)用有利于彌補(bǔ)單一組分、單一試劑所帶來(lái)的缺陷，有利于減縮劑發(fā)揮更大的作用，因而也必將成為今后減縮劑領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。另外減縮劑的作用機(jī)理尚未有一個(gè)全面同一的結(jié)論，該部分內(nèi)容也會(huì)是今后研究的一個(gè)重要方面。

參考文獻(xiàn)

[1]洪長(zhǎng)青.混凝土減縮劑的作用機(jī)理及應(yīng)用[J].福建建材，2005（03）：17～19.

[2]邵正明，張超，仲曉林.國(guó)外減縮劑技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].混凝土，2000（10）：60～63.

[3]張夏虹，王迎飛，李超.混凝土減縮劑的研究與發(fā)展[J].廣東化工，2009，36（09）：90～93.

[4]程正茂.混凝土減縮劑的作用機(jī)理與作用條件[D].重慶：重慶大學(xué)，2015.

[5]張志賓，徐玲玲，劉利.高性能水泥基材料的減縮研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2006，20（07）：43～45，50.

[6]Iwata Raita， et al.. Shrinking Reducing Agent： USA，US8353983B2[P].2013-01-15.

[7]Masanaga mari. Shrinkage-reducing agent for hydraulic material and shrinkage-reducing agent composition for hydraulic material： USA，US9139474B2[P].2015-09-22.

[8]壽崇琦，溫達(dá)，張宇.超支化聚合物在混凝土減縮劑中的應(yīng)用：中國(guó)，CN103803840B[P].2016-05-04.

[9]倪濤，劉昭洋，康靜.一種具有減水性能的減縮劑的制備方法：中國(guó)，CN106084147A[P].2016-11-09.

[10]方慶偉，賴俊英，錢曉倩.減縮劑對(duì)砂漿早期干縮和強(qiáng)度的影響[J].新型建筑材料，2015，42（08）：9～13.

[11]龔建清，肖黽.高吸水樹脂與減縮劑復(fù)合對(duì)水泥砂漿自收縮的影響[J].材料導(dǎo)報(bào)，2016，30（16）：109～114.

[12]黨玉棟，錢覺(jué)時(shí)，郭清春.減縮劑與內(nèi)養(yǎng)護(hù)復(fù)合對(duì)水泥砂漿性能的影響[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2013，16（03）：491～496.

[13]S.H. Park， et al. Effect of shrinkage reducing agent on pullout resistance of high-strength steel fibers embedded in ultra-highperformance concrete[J].Cement & Concrete Composites，2014，49（05）：59～69.

[14]Bentz D.P.，etal.Viscosity enhancers reducing diffusion in concrete technology[J]. Concrete International，2009，31（01）：31～36.

[15]高南簫，劉加平，冉千平.兩親性低分子聚醚減縮劑減縮機(jī)理探索[J].功能材料，2012，43（14）：1931～1935.

[16]姚燕，吳浩，王玲.基于孔溶液性質(zhì)的減縮劑減縮機(jī)理研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2011，14（01）：1～5.

[17]王智.減縮劑在水泥基材料中的作用歷程與機(jī)理研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2012，15（06）：601～606.

[18]錢春香，耿飛.李麗減縮劑的作用及其機(jī)理[J].功能材料，2006，37（02）：287～291.