摘 要：本文通過比較減縮劑對硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、煤矸石水泥和復合水泥凈漿自收縮的減縮效果，研究了減縮劑與水泥的適應性。結(jié)果表明：減縮劑與水泥有較好的適應性。并討論了影響減縮劑與水泥適應性的因素：水泥的礦物組成和細度、混合材的種類、水泥的堿含量等。
關(guān)鍵詞：減縮劑 自收縮 適應性
中圖分類號：TQ172.4+6
Study of Compatibility Between Shrinkage Reducing Agent and Cement
Abstract: In this paper the compatibility between SRA and cement is studied by comparing the shrinkage reducing effect of shrinkage reducing agent (SRA) in neat cement, fly ash cement, coal-gangue cement and blended cement paste respectively. Experiment results show that SRA and cement has better compatibility. In addition, such factors as mineral compositions and fineness of cement, type of cement admixtures and alkali content of cement is discussed in terms of effect on compatibility.
Key words: SRA; Autogenous shrinkage; Compatibility
近年來高性能混凝土在高層建筑、大跨橋梁、海上建筑和高速公路等建設(shè)中使用愈來愈普遍，由于高效減水劑和礦物質(zhì)超細粉摻合料等的使用，高性能混凝土的自收縮和干燥收縮值增加，早期尤為明顯。收縮值增大必然引起混凝土開裂的幾率增加?；炷恋氖湛s裂縫問題一直困擾著材料和工程界。國內(nèi)外采取了各種各樣的方法來減小收縮，如在混凝土攪拌時摻入膨脹劑[1]、纖維[2]、減縮劑[3-5]和改善養(yǎng)護條件等。由于減縮劑在減少混凝土的自收縮和干燥收縮方面的突出作用，著名的學者S P SHAH把混凝土減縮劑列為預防混凝土收縮開裂的兩個措施(纖維增強和混凝土減縮劑)之一[6]。日本早在20世紀80年代就開始從事減縮劑的研究，第一種減縮劑于1982年由日產(chǎn)水泥株式會社和三洋化工株式會社研制成功，并于1982年取得專利。隨后，日本和美國的眾多學者對這一領(lǐng)域進行了廣泛深入的研究，產(chǎn)品在廠房、道路、橋梁、隧道、水池和堤岸等許多工程中加以應用，取得了較好的效果。我國關(guān)于減縮劑的研究和報導始于20世紀90年代，由于減縮劑的成本較高，一直沒有得到推廣應用。但隨著混凝土工程裂縫控制的迫切需要，以及減縮劑研究技術(shù)和產(chǎn)品性能的進一步提高，減縮劑這一新型水泥基材料外加劑定將得到越來越廣泛的應用。近年來對減縮劑性能的研究很多，重點在減縮性能和對水泥基材料強度的影響等方面，對減縮劑與水泥的適應性研究較少。
1 實驗
1.1 原料
硅酸鹽水泥（Neat cement，NC），硅酸三鈣（3CaO•SiO2, C3S）的質(zhì)量分數(shù)高達70.53%，硅酸二鈣（2CaO•SiO2, C2S）的質(zhì)量分數(shù)為9.58%，鋁酸三鈣（3CaO•Al2O3, C3A）的質(zhì)量分數(shù)為7.82%，鐵鋁酸四鈣（4CaO•Al2O3•Fe2O3, C4AF）的質(zhì)量分數(shù)為10.06%，f-CaO的質(zhì)量分數(shù)0.27%；
粉煤灰水泥（Fly ash cement，F(xiàn)C），硅酸鹽水泥復合30%活化粉煤灰磨制而成；
煤矸石水泥（Coal-gangue cement，CG），硅酸鹽水泥復合30%活化煤矸石磨制而成；
復合水泥（Blended cement，BC），硅酸鹽水泥復合10%活化煤矸石、10%活性粉煤灰和10%礦渣磨制而成。
實驗用主要原材料的化學成分如表1所示。
1.2水泥凈漿早期自收縮值的測定[8]
水泥凈漿自收縮測量儀如圖1所示，測量儀是一個水平放置的鋼結(jié)構(gòu)支架，一端固定一個千分表(精確到0.001mm)。 
試件采用Φ25mm×300mm的波紋管 (每組3條試件)，水灰比為0.30，將攪拌好的漿體通過振動的方法裝入塑料波紋軟管內(nèi)，兩端用塑料塞密封，由于物料剛注入波紋管內(nèi)時比較軟，所以必須將試樣置于V型槽內(nèi)，以保證試樣不會彎曲變形。將試件置于20℃恒溫的環(huán)境中養(yǎng)護，初凝后10min測量初始長度L0，到預定齡期測定試件長度Li。
水泥基材料的收縮率 ，其中：L為試件的有效長度，L =250 mm。
1.3 水泥凈漿長期自收縮值的測定
試件采用10 mm×10 mm×40 mm六聯(lián)試模成型(每組6 條試件)，試模兩端裝有測頭。水灰比按照標準稠度用水量的實驗結(jié)果確定。試件成型后經(jīng)標準養(yǎng)護(24±2) h 后脫模，測定其初始長度 L0，然后將試件放入20℃中密封養(yǎng)護至預定齡期后，測定試件長度Li。試件的長度變化值 ，其中：L為試件的有效長度，L =35 mm。
2 實驗結(jié)果與討論
2.1 減縮劑對不同種類水泥凈漿早期自收縮性能的影響
減縮劑為二元醇醚類非離子表面活性劑，摻量為水泥量的2%，利用波紋管法測定其對硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、煤矸石水泥和復合水泥凈漿早期自收縮性能的影響，結(jié)果見圖2和圖3。減縮劑在硅酸鹽水泥凈漿中5h前減縮率為40～60%，5h后減縮率穩(wěn)定在75%以上；粉煤灰水泥凈漿中前2h的減縮率為70～75%，2h后穩(wěn)定在80%以上；煤矸石水泥凈漿中前3h的減縮率為30%左右，3h后穩(wěn)定在55%以上；復合水泥凈漿中前2h的減縮率為60～65%，2h后穩(wěn)定在70%以上。
圖4和圖5為減縮劑對硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、煤矸石水泥和復合水泥凈漿長期自收縮性能的影響。減縮劑在硅酸鹽水泥凈漿中14d時減縮率為45%，60d后減縮率穩(wěn)定在30%以上；粉煤灰水泥凈漿中前14d的減縮率為52%，60d后穩(wěn)定在40%以上；煤矸石水泥凈漿中前14d的減縮率為43%左右，60d后穩(wěn)定在30%以上；復合水泥凈漿中前14d的減縮率為38%，60d后穩(wěn)定在35%以上。
由此可見，減縮劑均能夠大幅度的降低各種水泥凈漿早期和長期的自收縮，減縮劑在各種水泥凈漿中的減縮效果有一定的差異，但差別不大，即減縮劑對水泥有較好的適應性。
影響減縮劑與水泥適應性的因素有：水泥的礦物組成和細度、混合材的種類、水泥的堿含量等。
硅酸鹽水泥漿體中的減縮劑一部分吸附在水泥熟料、輔助性膠凝材料和水化產(chǎn)物等的表面，另一部分溶解在水泥漿體的孔溶液中。毛細管張力學說認為：減縮劑可以降低水泥基材料中毛細孔和凝膠孔中液相表面張力，毛細孔和凝膠孔中水分消耗時產(chǎn)生的附加壓力也隨之減小，從而減小水泥基材料的自收縮。因此，溶解在毛細孔和凝膠孔溶液中的減縮劑才對自收縮起作用。
通過水泥熟料礦物成分C3S、C2S，C3A和C4AF對表面活性劑分子的等溫吸附的研究證明，熟料顆粒吸附表面活性劑的順序為：C3A>C4AF>C3S>C2S，可見，鋁酸鹽對表面活性劑分子的吸附程度最大。水泥的細度對減縮劑的吸附也有影響。水泥顆粒越細，其比表面積越大，對減縮劑的吸附量也越大。近年來，減縮劑由原先的陰陽離子型表面活性劑向非離子型表面活性劑發(fā)展，由于非離子表面活性劑在水溶液中不是以離子狀態(tài)存在，在水泥顆粒表面的吸附量要小于陰陽離子型表面活性劑。蔣長清[9]的實驗結(jié)果表明：聚丙烯酸鹽類減縮劑在水泥顆粒表面的吸附率為4.23%。另外，不同種類的混合材對減縮劑的吸附能力也有差異。
水泥的堿含量影響漿體孔溶液的堿度，另外水泥中大量的粉煤灰、礦渣和煤矸石的摻入能夠降低漿體孔溶液的堿度[10,11]。于繼壽等[12]的研究表明：減縮劑在水中和飽和Ca(OH)2溶液中的表面活性作用基本相同，孔溶液的堿度對減縮劑的表面張力影響不大，即減縮劑對堿性環(huán)境有較好的適應性。
3 結(jié)論
（1）減縮劑均能夠大幅度的降低各種水泥凈漿早期和長期的自收縮，減縮劑在各種水泥凈漿中的減縮效果有一定的差異，但差別不大，即減縮劑對水泥有較好的適應性。
（2）影響減縮劑與水泥適應性的因素有：水泥的礦物組成和細度、混合材的種類、水泥的堿含量等。
（3）減縮劑是近年來發(fā)展起來的新型的水泥基材料外加劑，除減縮性能外，對減縮劑的其他性能研究的不是很多，尤其在減縮劑與水泥的適應性方面研究很少。隨著高性能水泥材料的廣泛使用，減縮劑越來越受到關(guān)注，成為目前材料與工程界研究的熱點。所以對減縮劑各方面性能的研究越發(fā)顯的重要。
