降低含膠粉水泥石干燥收縮的研究

岳漢威 張宇燕 王 清

（中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京 100024）

降低含膠粉水泥石干燥收縮的研究

岳漢威 張宇燕 王 清

（中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京 100024）

對(duì)含膠粉水泥石的干燥收縮變化規(guī)律進(jìn)行了研究。測(cè)試結(jié)果表明，在為期1年的測(cè)試齡期內(nèi)，水泥石的干燥收縮率逐漸增加，同時(shí)隨著膠粉摻量的增加而增大。抑制含膠粉水泥石干縮的研究結(jié)果表明，在前期缺乏水養(yǎng)護(hù)的條件下，膨脹劑對(duì)干燥收縮變形有一定效果，但是不明顯；采用促?gòu)?qiáng)減縮劑能夠有效降低含膠粉水泥石的干燥收縮變形，并且大幅度延緩干縮變形的速率。

膠粉；水泥石；干燥收縮；促?gòu)?qiáng)減縮劑

砂漿在混凝土基材表面工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)由于與基材干縮變形不一致而導(dǎo)致的開裂[1]。作為砂漿主要的組分，膠粉常常作為功能性助劑摻入砂漿中，能夠有效地提高砂漿的粘結(jié)性、柔韌性、耐磨性等性能。然而，膠粉的引入將明顯增大砂漿的干縮率。在鮮有的研究成果中，文獻(xiàn)[1]通過干縮率的測(cè)試和傅里葉變換紅外光譜分析，研究了水泥石干縮率隨膠粉摻量增多而增大的機(jī)理，文獻(xiàn)[2]在研究了膠粉增大水泥石干縮率的同時(shí)，深入討論了膠粉—纖維素醚協(xié)同影響水泥石干縮率的原因，文獻(xiàn)[3]的研究表明，引入膠粉雖然增加了水泥石的干縮，但是降低了水泥石的彈性模量，從而可以防止砂漿的開裂。

為了減小砂漿的干縮，通常采用的做法是摻入膨脹劑或引入膨脹源，通過水化早期生成的膨脹性產(chǎn)物來補(bǔ)償體系后期的收縮，從而起到體積穩(wěn)定的效果。膨脹劑的引入能夠降低砂漿的干縮率，但也對(duì)早期的養(yǎng)護(hù)提出了較為嚴(yán)格的要求，對(duì)于某些不便于水養(yǎng)的工程，膨脹劑對(duì)干縮率的改善效果并不明顯，這種情況下，采取其他的技術(shù)手段降低干縮率就非常必要。

促?gòu)?qiáng)減縮劑是近年來新研發(fā)的用于砂漿、混凝土的添加劑，由特殊煅燒工藝生產(chǎn)的硫鋁酸鹽類礦物為基材，加入其他功能性調(diào)整組分后磨細(xì)而成，最大的特點(diǎn)是在膨脹成分、減縮成分等組分的協(xié)同作用下，能夠提高砂漿/混凝土的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，并能夠長(zhǎng)期有效地保持體系的尺寸穩(wěn)定性。本文主要研究了促?gòu)?qiáng)減縮劑對(duì)含膠粉水泥石體系干縮的長(zhǎng)期改善效果。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料及配比

水泥：唐山冀東水泥股份有限公司生產(chǎn)的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；乳膠粉：瓦克公司生產(chǎn)；膨脹劑：購(gòu)于市面，其主要膨脹源為硫鋁酸鈣；促?gòu)?qiáng)減縮劑：購(gòu)于市面，由硫鋁酸鈣類礦物、煅燒石膏及其他有機(jī)無機(jī)成分助劑制成；水：自來水。所有原材料在試驗(yàn)前均在試驗(yàn)室環(huán)境下放置24h后使用。

本試驗(yàn)中水灰比為0.30，膠粉、促?gòu)?qiáng)減縮劑等材料摻量見表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)參照J(rèn)GJ/T70-2009干燥收縮率的方法進(jìn)行。試件成型后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)7d拆模后移入干空室預(yù)置4h，測(cè)試初始長(zhǎng)度。將試件置于干空室，分別測(cè)試1d、3d、7d、14d、21d、28d、90d、180d、270d 以 及360d齡期的干燥收縮率。

2 結(jié)果與分析

2.1 單摻膠粉對(duì)水泥石干縮的影響

測(cè)試了膠粉摻量為膠材質(zhì)量0、0.5%、1.0%及2.0%時(shí)樣品的干縮率，變化曲線見圖1。由圖1可見，摻入膠粉增大了樣品的干縮，且干縮率隨著膠粉摻量的增加越來越大。由測(cè)試結(jié)果可知，缺少穩(wěn)定尺寸的措施下，膠粉的引入會(huì)明顯增加水泥的干燥收縮。因此，在使用膠粉配制某些水泥基產(chǎn)品（地坪材料、滲透結(jié)晶防水涂料等)時(shí)，該現(xiàn)象必須引起重視。

圖1 不同膠粉摻量下水泥石的干縮率變化曲線

2.2 促?gòu)?qiáng)減縮劑對(duì)不摻膠粉水泥石干縮的影響

不摻膠粉、只摻入促?gòu)?qiáng)減縮劑對(duì)水泥石的干縮改善效果見圖2：28d齡期內(nèi)不摻促?gòu)?qiáng)減縮劑的空白樣干燥收縮率隨測(cè)試齡期迅速增大，在28d齡期時(shí)達(dá)到了-0.151%，28d齡期過后干燥收縮率增大速度減緩，但仍較為明顯，360d齡期時(shí)達(dá)到了-0.231%。改變膠凝材料比例，分別以5%、10%促?gòu)?qiáng)減縮劑等量替代水泥后，樣品的干縮率明顯得到抑制：5%摻量樣品的28d干縮率約-0.011%、360d干縮率-0.032%，將摻量提高至10%，樣品28d幾乎無明顯干縮，其干縮率僅為-0.003%，360d干縮率-0.023%。

圖2 摻促?gòu)?qiáng)減縮劑水泥石的干縮率變化曲線

作為對(duì)比，對(duì)膨脹劑內(nèi)摻替代膠凝材料對(duì)樣品干燥收縮的改善作用也進(jìn)行了同樣的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖3。膨脹劑的引入一定程度上降低了樣品各齡期的干燥收縮，降低幅度隨著摻量的增加而增大。但是相比促?gòu)?qiáng)減縮劑來說，其降低干縮的效果和量化程度不在同一級(jí)別，究其原因，膨脹劑改善干縮是通過早期產(chǎn)生的高膨脹率來抵消和補(bǔ)償后期體系的收縮，存在膨脹——干縮落差較大的可能性；同時(shí)，本試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)未采用傳統(tǒng)的水養(yǎng)工藝，導(dǎo)致膨脹劑的早期膨脹效果受到了限制。這表明膨脹劑對(duì)干縮率的改進(jìn)必須以嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)條件為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)；促?gòu)?qiáng)減縮劑含有一定量的膨脹組分，但是膨脹組分的制備工藝與傳統(tǒng)的膨脹劑有明顯的區(qū)別，同時(shí)還引入了其他減縮、抗裂、穩(wěn)定等組分，因此減縮效果較膨脹劑要好。鑒于二者減縮程度不同，本文不再對(duì)其進(jìn)行后續(xù)對(duì)比研究。

圖3 摻膨脹劑水泥石的干縮率變化曲線

2.3 促?gòu)?qiáng)減縮劑對(duì)摻膠粉水泥石干縮的影響

促?gòu)?qiáng)減縮劑摻量為5%和10%時(shí)，對(duì)膠粉摻量分別為0、0.5%、1.0%和2.0%的樣品進(jìn)行了干縮率測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖4、圖5。

圖4 促?gòu)?qiáng)減縮劑(內(nèi)摻5%)對(duì)含膠粉水泥石的干縮率影響變化曲線

促?gòu)?qiáng)減縮劑摻量為5%時(shí)，各樣品28d內(nèi)齡期的干縮率普遍較小，28d齡期至360d的干縮率逐漸增大，且隨著膠粉摻量的增加，各樣品干縮率明顯增大。促?gòu)?qiáng)減縮劑摻量為10%時(shí)，各樣品不同齡期的干縮變化規(guī)律與5%摻量類似，但是干縮率降低幅度較大。因此，對(duì)于本階段測(cè)試結(jié)果，當(dāng)促?gòu)?qiáng)減縮劑摻量10%、膠粉摻量0時(shí)降低水泥石干縮的效果最好，促?gòu)?qiáng)減縮劑摻量5%、膠粉摻量2.0%時(shí)效果最差。

圖5 促?gòu)?qiáng)減縮劑(內(nèi)摻10%)對(duì)含膠粉水泥石的干縮率影響變化曲線

為了直觀地了解促?gòu)?qiáng)減縮劑對(duì)含膠粉水泥石干縮的抑制效果，選擇空白樣(E=0/V=0)、內(nèi)摻膨脹劑10%、不摻膠粉(U=10%/V=0)以及內(nèi)摻促?gòu)?qiáng)減縮劑5%、摻膠粉2.0%(E=5%/V=2.0%)的三組樣品干縮率進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖6。

相比E=0/V=0和U=10%/V=0樣品測(cè)試結(jié)果，作為內(nèi)摻促?gòu)?qiáng)減縮劑系列中抑制干縮效果最差的試驗(yàn)方案，E=5%/V=2.0%各齡期干縮率仍然遠(yuǎn)低于其他兩組樣品，體現(xiàn)了促?gòu)?qiáng)減縮劑抑制收縮的有效性；水泥基材料的收縮不可避免，但通過合理的手段，盡可能延緩各齡期的收縮程度、同時(shí)降低各齡期的收縮速率是完全可行的。根據(jù)圖6，樣品E=5%/V=2.0%的360d齡期干縮率仍略低于U=10%/V=0樣品7d齡期和E=0/V=0樣品3d齡期的干縮率，這也體現(xiàn)了促?gòu)?qiáng)減縮劑抑制干縮的長(zhǎng)期性和持續(xù)性，這一特性對(duì)于配制體積穩(wěn)定性和整體變形性要求較高的砂漿等水泥基產(chǎn)品來說非常重要。

圖6 促?gòu)?qiáng)減縮劑和膨脹劑對(duì)水泥石的干縮率影響變化曲線

3 結(jié) 語(yǔ)

1）隨著膠粉摻量的增加，水泥石干燥收縮率增大。

2）前期缺乏水養(yǎng)的條件下，單獨(dú)依靠膨脹劑改善水泥石/含膠粉水泥石的干燥收縮有一定效果，但是不明顯。

3）促?gòu)?qiáng)減縮劑能夠有效地降低水泥石/含膠粉水泥石的干燥收縮變形和干燥收縮速率。

[1]張彥敏，張承志，王愛勤，等。乳膠粉對(duì)硬化水泥石干縮和失水行為影響的機(jī)理分析[A]，第二屆全國(guó)商品砂漿學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.2007：63~68

[2]張承志，王愛勤，董芹芹，等。乳膠粉與纖維素醚對(duì)硬化水泥石干縮行為影響的差異與相互作用[A]，第二屆全國(guó)商品砂漿學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集.2007:163~169

[3]邢曉飛，張承志，蘇彩麗。集料含量和膠粉摻量對(duì)砂漿干縮量的影響[J]，城市建筑.2013(2):127~128

The study on reducing drying shrinkage of hardened cement paste with the content of redispersible emulsion powder

In this paper, the change rule of drying shrinkage deformation of hardened cement paste with the content of redispersible emulsion powder is studied. The test results indicate that the drying shrinkage deformation of cement increases with the increase of redispersible emulsion powder in a year. In additional, the method of reducing the drying shrinkage of hardened cement paste with the content of redispersible emulsion powder is also researched. It is found by the study that the restraining effect of drying shrinkage deformation of hardened cement paste with the content of reinforcing drying shrinkage reducing agent is more effective than with the content of expansion agent.

redispersible emulsion powder; hardened cement paste; dyring shrinkage; reinforcing shrinkage reducing agent

TU525.9

B

1003-8965 (2017) 05-0006-03