CA-SR混凝土養護劑對混凝土 早期開裂與收縮性能的影響研究

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

養護是獲得高質量混凝土的重要環節，如果養護不到位，新澆混凝土表面易受到外界諸多因素的影響產生應力變形而造成結構開裂。它不僅影響混凝土強度的發展，而且影響著混凝土的耐久性，特別是影響著表面層混凝土的性能[1]。市面上質量較好養護劑，雖然養護機理存在差異，但最終都是在混凝土表層或表面形成致密膜層，封堵孔隙，通過減小水分損失實現養護目的[2]，因而從理論上來說是具有一定的防開裂和減縮功能的，但具備這些性能的產品較少[3-5]。當混凝土受到來自混凝土自身、應力約束和收縮作用產生的拉應力超過極限抗拉強度時，就會導致裂縫的產生。高效養護劑除了要有較高的保水率、抗壓強度比外，還應具備一定的防開裂和減縮性能，才能更好地滿足實際工程需要。本文運用有機物及其它助劑對無機基體進行改性，研制出 CASR 養護劑，為進一步研究其養護效果，對噴灑后混凝土的早期開裂和收縮性能進行了探討，為推廣應用奠定基礎。

1 試驗

1.1 試驗用原材料

自制 CA-SR 高效養護劑：非薄膜類養護劑，通過滲透反應形成剛性膜層，滲入的組分進入混凝土表層參與水泥水化反應生成增強物質，致密表層結構，并與水泥水化產物很好地交聯起來，形成與混凝土親和性好的剛性致密隔水層，封堵表面孔隙阻止水分散發。其物理性能見表 1。

表1 CA-SR 高效養護劑物理性能

華新 P·O42.5 水泥；武漢陽邏電廠 Ⅰ級粉煤灰；武漢武新 S95 礦粉；中建商品混凝土有限公司研制的新型摻合料 TH 粉，D50＝2.82μm，碎石：5～31.5mm、5～26.5mm 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%；聚羧酸減水劑：緩凝型，中建新型建材廠生產，固含量 10%、20%；自來水。

1.2 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，待一次作業初步成膜后，與第一次的噴灑方向垂直進行第二次噴灑，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。

1.3 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—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行，收縮和抗裂性能參考 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》和 CCES 01—2004《混凝土結構耐久性設計與施工指南》進行。養護劑試驗噴灑量均為 250g/m2。

2 試驗結果與討論

2.1 CA-SR 養護劑對高強混凝土抗裂性的影響

參考日本笠井方夫教授提出的測試方法，采用相同混凝土配合比制成平板約束試件，對比相同養護條件下混凝土測試試樣收縮過程中出現開裂的時間、裂縫長度、寬度、數量等隨時間的變化，用來評價本產品對該養護條件下混凝土的抗裂性能。

試驗分別在室內（溫度 28～33℃，濕度 40%～ 60%）和室外暴曬（溫度 30～37℃，濕度 40%～70%）條件下進行，混凝土坍落度均控制在 (180±20)mm，配合比選用某大型橋梁工程生產配合比，見表 2。試驗時按同一配合比進行拌制并同時澆筑入模，平板鋼模試件尺寸 600mm×600mm×63mm，每種養護環境下各成型 2 塊，一塊不噴灑養護劑，做空白基準，另一塊噴灑 CA-SR?？瞻讟雍蜏y試試樣均同時在二次收光后進行試驗，二次收光時間控制在混凝土初凝前，從養護劑噴灑后開始計時。2d 后的試驗結果見表 3，養護劑成膜與養護效果對比見圖 1～3。

表2 混凝土配合比

表3 高強混凝土 2d 平板開裂試驗結果

從表 3 中可知，由于開裂試驗環境均高于 CCES 01—2004 要求，室內和室外暴曬下的空白樣均出現了明顯的裂縫，暴曬下的裂縫更多更長且開裂時間更早；而噴灑 CA-SR 養護劑后，兩種養護環境下，2d 均無裂縫產生，具有很好的防裂效果，膜層致密堅硬。圖 1 為完全成膜后的外觀狀況，白色物質為養護劑中的成膜組分與水泥水化產物及表層硅氧鍵結合后的交聯產物，待膜層完全干燥后開始形成，1d 后顏色不再發生變化。該膜層與表層親合力強，致密度高，憎水性好。圖 2 為在膜層上灑水進行的防水測試，表層上水珠不浸潤，防水性較好。即使經大雨沖刷，膜層仍然完好，待膜層上水分蒸發后，灑水測試結果仍為不浸潤，膜層具有優異的耐浸水溶解性。

圖1 室外暴曬 C60 CA-SR 噴灑后 2 天開裂情況

圖2 CA-SR 噴灑后表層防水情況

2.2 CA-SR 養護劑對低強混凝土抗裂性的影響

為進一步驗證該產品的防裂效果，我們在室外暴曬條件下選用 C35 全卵石混凝土再次進行平板開裂試驗，并與某公司生產的高分子乳白色養護劑（BT-201，固含量 78.56%）進行對比，混凝土取自實際生產，坍落度 (200±20)mm，配合比為：水泥∶粉煤灰∶礦粉∶卵石∶砂∶水∶減水劑＝1:0.579:0.316:5.684:4.21:0.842:0.038。BT-201 的噴灑時間及噴灑量與 CA-SR 一致，所有試樣均同時在二次收光后進行試驗，其它試驗過程同 3.1。2d 后的試驗結果見表 4。

從表 4 中可知，由于低強混凝土的用水量高，干燥收縮較大，在應力約束下，因塑性收縮導致開裂的機率較高強混凝土大。加上卵石顆粒表面光滑，與水泥石結構粘接力低于碎石，采用全卵石配制的 C35 混凝土在暴曬條件下更易開裂。試驗中空白樣在二次收光后40min 就出現明顯裂縫，并呈網狀向四周不斷擴展，裂縫普遍較長；噴灑 BT-201 養護劑的 1h 出現明顯裂縫，并呈直線擴展，裂縫長短不一；噴灑 CA-SR 養護劑的 2d 內均無裂縫產生，顯示了很好的抗裂效果。

圖3 室外暴曬 C60 空白樣開裂情況

表4 C35 混凝土暴曬條件下 2d 平板開裂試驗結果

2.3 噴灑時間對養護效果影響

噴灑時間是影響養護劑在實際施工及不同結構上應用的重要性能。高分子乳液類養護劑的噴灑時間若控制不當易造成表層強度損害或膜層龜裂等不利現象，影響組分養護效果的發揮[7]，因此 JC 901—2002 中的建議噴灑時間為用手輕觸表面無水份的時刻。本產品的養護機理與薄膜類的養護劑不同，我們在室外暴曬條件下選取了三個時間點進行試驗，即成型不久后（表面泌水，T1）、初凝至終凝間（用手輕觸無水分，T2）、終凝后（T3），探討不同噴灑時間對成膜性能、強度的影響。同時選取了某公司生產的乳液型 201 養護劑進行對比（BT2，噴灑時間同 T2）。為減小試驗誤差，每齡期試塊均成型 2 組，混凝土為實際生產的 C40 混凝土。其成膜性能見表 5。

從表 5 中可知，隨著噴灑時間的延長，成膜時間也越長，終凝前噴灑對膜層外觀影響不大。成膜時間與噴灑前混凝土表層的致密程度密切相關，表層越致密，相應的滲透阻力也越大，進而影響組分的反應成膜速度；BT2 的成膜速度也較快，膜層致密，但遇水后易溶脹變色，降低膜層耐磨性。

表5 自制養護劑各噴灑時間與養護劑的成膜性能

表6 和圖 4 和圖 5 為各齡期的抗壓強度和抗壓強度比情況，圖中 K、W 分別為同養和標養下的不噴灑養護劑的試塊，所測試的試塊均為同條件帶模養護直至進行強度檢測（標養的對比試件除外）?？梢钥闯?，受溫度的影響，各測試試塊的早期強度提高很快，后期強度增長幅度較小，各齡期噴灑的強度均高于同養、且不低于標養。7d 時，T1、T2、T3 和 BT2 的強度相當，其抗壓強度比均達到 106%；28d 時，T1、T2 的強度均高于標養的，抗壓強度比分別達到 113%、116%，而 T3 和 BT2 的強度與標養的相當，抗壓強度比分別達到 106%、108%。

表6 養護劑噴灑時間對混凝土力學性能的影響

圖4 7d 抗壓強度與抗壓強度比

圖5 28d 抗壓強度與抗壓強度比

由此可知，本產品各時間點噴灑的養護效果較好，可施工性較靈活，終凝前噴灑養護效果要好于 BT2。終凝后噴灑雖出現少量細小的裂紋，但強度情況較好，說明本產品具有較好的滲透反應和水分抑制能力，能一定程度阻止或自愈合微裂縫的發展。不足之處是成膜時間偏長，不利實際施工。因此本產品的噴灑時間控制在終凝之前最佳。

2.4 CA-SR 養護劑對高強混凝土收縮性能的影響

養護劑是一種特殊的表面涂層材料，其對混凝土的收縮控制作用本質上來源于對水分抑制作用。為進一步研究本產品在表層滲透反應和快速成膜機理下的水分抑制能力，我們運用非接觸法測試了三種不同養護方式下表 2 中 C60 配合比的收縮情況，以此來對其進行側面評價。養護方式為：表面敞露、覆蓋薄膜、噴灑 CASR 養護劑。測試結果見圖 6。

從圖 6 中可看出，噴灑 CA-SR 養護劑后，整個測試齡期內混凝土的收縮顯著降低。由于該配比使用的是緩凝型減水劑，15h 前為混凝土凝結硬化過程，48h 前產品組分快速滲透參與水化的反應，形成的剛性致密表層有效地阻止了內部水化散發，甚至早期形成的水化產物起到了一定的微膨作用，即使在水化反應最劇烈的 48h 至 72h 期間，仍表現出很好的鎖水作用，達到了與覆膜養護相當的優異效果。由于混凝土內部水分在水化早期階段得到有效抑制，3d、7d 收縮率僅為 25×10-6、75×10-6，分別為同條件自然敞露下的 1/12、1/16，7 天前的整體收縮率略優于覆膜的，7 天后差于覆膜，但仍表現出較低的收縮率，約為自然敞露下的 1/2。

圖6 不同養護方式下的收縮對比

由于本產品不宜在完全硬化的表面噴涂，所測試的結果主要反映早期的自收縮和部分干縮的總體收縮情況，與混凝土結構實際收縮情況有一定的差異，但很好地解釋了噴灑 CA-SR 養護劑后帶模試件各齡期強度不低于同條件敞露養護的本質原因，具有較高應用價值。

3 結論

（1）自制 CA-SR 高效養護劑，通過滲透反應形成致密剛性憎水層封堵表層孔隙阻止水分散發，具有較好滲透養護、保水自養作用。噴灑量推薦 250g/m2。

（2）在混凝土膠凝組分劇烈反應的 3 天齡期期間，本產品能有效抑制內部水分散失，起到很好預防早期開裂的作用。對于噴涂本產品后的高低等級混凝土，無論是在室內還是室外暴曬條件下，平板抗裂試驗抗裂等級達到 Ⅰ 級水平。帶模養護時各齡期的強度均不低于標養的。

（3）噴灑時間對本產品養護效果有不同程度影響，宜在混凝土終凝前進行噴灑，不同噴灑時間對滲透反應和成膜速度有明顯影響。對終凝前出現的微小裂縫，本產品能一定程度阻止或自愈合微裂縫的發展。

（4）本產品對混凝土早期收縮表現出優異的效果，非接觸法測試的 3d、7d 收縮率僅為 25×10-6、75×10-6，分別為同條件自然敞露下的 1/12、1/16，7 天內的收縮情況與全覆膜時相當，7 天后的收縮率約為自然敞露下的 1/2。