混凝土抗收缩剂最新发展趋势

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摘要:本文介绍了混凝土抗收缩剂的作用机理，其主要机理为毛细管张力理论。混凝土抗收缩剂的主要化学成分为小分子多元脂肪醇、烷基醚聚氧化乙烯或聚氧化丙烯一元醇和聚氧化乙烯或聚氧化丙烯聚羧酸接枝共聚物。简要介绍了国外混凝土抗收缩剂研究概况。

关键词:混凝土；抗收缩剂；毛细管；化学成分；干燥收缩；表面张力

1 　前言

混凝土是最为广泛使用的建筑材料之一，在其使用过程中，其外观、耐久性和渗透性越来越受到人们的关注。降低裂缝的产生是广大混凝土工程技术人员面临的一大技术难题，人们先后使用伸缩缝，钢筋结构加强及混凝土膨胀剂、塑料纤维、钢纤维、碳纤维等复合材料技术来解决混凝土裂缝问题。80 年代末90 年代初，日、美等国先后开发了有机抗收缩剂(Shrinkage Reducing Agent) 。研究结果表明，使用了有机抗收缩剂，混凝土长期自由干缩可降低50 % 以上，混凝土的限制干燥收缩有明显的改善。多数学者认为混凝土自由干缩的降低可以理解为它同样也可以降低混凝土限制干缩和大大延缓混凝土的裂缝产生的时间以及裂缝的发展宽度。

2 　混凝土抗收缩剂的作用机理

混凝土的收缩有塑性收缩、化学收缩、干燥收缩、自收缩和碳化收缩等。混凝土抗收缩剂主要解决混凝土的干燥收缩。混凝土在其水化过程中，失水是造成干燥收缩的主要原因。干燥收缩理论中以毛细管张力理论较有说服力。该理论认为，混凝土水化干燥时毛细管首先蒸发，随着毛细管内部水分的蒸发，水面下降，弯月面的曲率变大，在水的表面张力作用下对混凝土毛细孔壁产生毛细管收缩力， 当该收缩力大于混凝土本身的抗拉强度时，进而产生混凝土干燥裂缝，造成混凝土的力学变形干缩。

根据Laplas 公式：

P =2σ/R

σ是水的表面张力， R 是弯月面的曲率半径， P 是毛细管压力。在σ不变的情况下，毛细管越细， 弯月面的曲率半径越小，产生的毛细管压力越大。一定半径的毛细管，在R 不变时P 与水的表面张力

σ成正比，在20 ℃时纯水的表面张力为72. 75 ×10 -3 N/ m ， 添加抗收缩剂的水溶液表面张力可降低为40 ×10 -3 ～50 ×10 -3N/m 。因此，降低毛细管中水的表面张力，能使毛细管压力减少，混凝土的干缩将相应降低。混凝土抗收缩剂的浓度与其水溶液的表面张力的关系如图1 所示。

3 　混凝土抗收缩剂的化学组成

根据现有文献报道，混凝土抗收缩剂的化学组成可分为三大类，它们分别是小分子脂肪多元醇、烷基醚聚氧化乙烯或聚氧化丙烯一元醇和聚氧化乙烯或聚氧化丙烯聚羧酸接枝共聚物。

(1) 小分子脂肪多元醇，如22甲基22 ，42戊二醇， 2 ，22二甲基21 ，32丙二醇，1 ，62己二醇等，掺量为1% ～3%，该类产品降低混凝土28 天强度达10 %～ 15 %。

(2) 烷基醚聚氧化乙烯或聚氧化丙烯一元醇RO(CH2CH2O) nH 和RO (CH2CH2CH2O)nH，RO (EO) n (PO) mH ，据文献报道，该类产品掺量大(2 %～3%) ， 影响混凝土抗冻融性能。

(3) 聚氧化乙烯或聚氧化丙烯聚羧酸接枝共聚物，该类产品是现有聚羧酸类高效减水剂或保坍剂的聚氧化乙烯或聚氧化丙烯的接枝产物。它的掺量为水泥用量的0.2 %～0.3 %，它同时具有高减水性能、高保坍性能，凝结时间和混凝土强度发展与掺聚羧酸减水剂混凝土相同。聚羧酸共聚物有:烯丙基醚2马来酸酐共聚物，苯乙烯磺酸钠2马来酸酐共聚物，(甲基) 丙烯酸2(甲基) 丙烯酸酯共聚物和甲基丙烯酸2烯丙基磺酸钠共聚物等。

4 　混凝土抗收缩剂的研究报道

目前，混凝土抗收缩剂在美国、日本已经开始使用。该产品有两种用法，一是直接掺入新拌混凝土中，二是在混凝土成型后将混凝土抗收缩剂喷洒或用刷子刷在混凝土表面—渗透法。前者用量较大，后者用量少较经济。据报道两种方法都可以显著降低混凝土的干燥收缩，当混凝土抗收缩剂与混凝土膨胀剂复合使用时，效果更加显著。

4. 1 　混凝土抗收缩剂与膨胀剂复合使用

当混凝土膨胀剂和混凝土抗收缩剂复合使用时，两者具有较好的协同效应，混凝土膨胀剂初期赋予混凝土微膨胀功能，混凝土抗收缩剂较好地解决了混凝土后期干燥收缩。图2 中曲线从上到下分别为：膨胀剂与减缩剂复合使用，膨胀剂，减缩剂和空白混凝土。两者复合使用可降低混凝土无限制干缩达80 %以上。

4. 2 　混凝土抗收缩剂在高强混凝土中的运用

将混凝土抗收缩剂用于C60～C80 高强混凝土中，添加1.5 %混凝土抗收缩剂可以显著降低高强混凝土的干缩。加硅粉高强混凝土的28 天干缩可降低52 % ，120 天可降低混凝土干缩43 %；对未加矿物添加剂的高强混凝土28 天干缩降低35 % ，120 天降低干缩29 %。与此同时添加混凝土抗收缩剂会降低混凝土早期强度，其28 天抗压强度会降低8% 左右。

4. 3 　影响混凝土抗收缩剂抗收缩效果的因素

美国格雷斯公司和美国西北大学高级水泥基材料研究中心实验室和现场实验研究结果表明，主要有三个因素影响抗收缩剂的使用效果：

(1) 混凝土的水胶比

水胶比越低，使用抗收缩剂取得的抗收缩效果越明显。当抗收缩剂使用量为水泥的1. 5 %，水胶比为0. 6 时，28 天降低收缩为80 %，56 天为70 %；而水胶比为0. 68 时，28 天和56 天降低收缩量分别为37 %和36 %。

(2) 水泥的种类

水泥影响抗收缩剂使用效果，不同的水泥具有不同的抗收缩效果。使用水泥砂浆检测抗收缩性能，无养护措施，掺粉煤灰水泥和掺高炉矿渣水泥， 混凝土90 天收缩降低量分别为25 %和38 %。因此对不同的水泥和水泥掺合料组合应先通过试验确定收缩降低量。

(3) 养护程度

长期湿养护可显著提高混凝土抗收缩剂使用效果。养护混凝土与未养护混凝土相比，前者28 天、56 天和90 天收缩降低量显著，特别是混凝土水化初期1～14 天内显得特别重要。研究显示，如果初期无湿养护，掺混凝土抗收缩剂的混凝土收缩量仍然比同等养护条件未掺混凝土抗收缩剂的混凝土收缩小得多。

4. 4 　混凝土抗收缩剂的副作用

使用混凝土抗收缩剂的混凝土28 天抗压强度有所下降，水灰比越低降低幅度越小。解决措施是提高减水剂的掺量，它在新拌混凝土中会降低混凝土的含气量，因此可以通过提高引气剂掺量来解决。
(本文是作者在加拿大建筑研究院的研修报告之一)