混凝土减缩剂的研究进展

窦妍 夏磊

【摘要】混凝土减缩剂（SRA）是一类能够有效减少混凝土收缩的混凝土外加剂。本文简要概述了混凝土减缩剂的组成、分类以及减缩机理。同时对近年来国内外在混凝土减缩剂化学组分、具体应用效果及减缩机理等方面的研究成果及研究进展进行了介绍。

【关键词】混凝土；收缩；减缩剂

一、混凝土减缩剂的简介

混凝土硬化后会产生收缩的现象。混凝土的收缩对混凝土构件会产生十分有害的影响。过大的收缩所产生的应力会使混凝土构件开裂，从而降低结构强度，影响构件的正常使用。

为了解决该问题上个世纪八十年代初日本日产水泥公司和三洋化学工业公司研发出了混凝土减缩剂（SRA）。减缩剂的是一类含聚醚或聚醇结构的有机物。按组成可分成单组分减缩剂和多组分减缩剂两类。研究表明减缩剂的减缩机理：混凝土减缩剂可以有效降低混凝土内部毛细孔水的表面张力，从而显著减少混凝土的干燥收缩，改善混凝土收缩开裂。

二、混凝土减缩剂的研究进展

（一）减缩剂组分的研究

为了得到减缩效果好、缺点少的减缩剂，国内外专家十分关注对减缩剂组分的研究。如US8353983B2公开了一种混凝土减缩剂，其主要成分是具有不饱和键的（聚）烷撑化合物。其化学通式为R2O-R1-O-（A1O）n-R3，其中R1为碳原子2-10的具有不饱和键的烃基，R3为氢或碳原子为1-8的烷烃，A1O为一种或多种碳原子为2-4的氧烷撑基团，n为A1O的平均分子加合数，取1-20。R2为氢或者通式为-（A2O）m-R4的基团（A2O为一种或多种碳原子为2-4的氧烷撑基团，m为A2O的平均分子加合数，取1-20，R4为氢或碳原子为1-8的烷烃）。同时专利中还指出，公开的减缩剂还可以含有成分为聚羧酸共聚物的水泥分散剂。该减缩剂具有良好的减缩效果以及抗冻融性而不会夹带过量的空气，并且该减缩剂还表现出优良的溶液稳定性。

US9139474B2公布了一種通用性高的水硬材料减缩剂。其化学通式为 R1-[O-（A1O）m-R2]n，其中R1表示来自R1-（OH）n多元醇的基团，A1O表示碳原子为2-18的氧化烯基，R2表示氢原子或者碳原子数为1-30的烃基，m表示平均分子加合数；n为3或4，当n=3时m为30-150，n=4时m为5-150。另外该物质还可以与聚氧化烯系聚合物相配伍，组成复合组分减缩剂使用。该减缩剂价格低廉，可以有效抑制混凝土的收缩和强度的降低，与减水剂等助剂也有良好的相容性。

在中国，寿崇琦、温达等通过CN103803840B公开了一种用作混凝土减缩剂的超支化型聚合物。他们首先利用丁二酸酐和二乙醇等原料合成一种端羟基超支化聚合物，并采用丁二酸酐与聚乙二醇醚或聚氧乙烯烷基醚合成端羧基的親水聚合物，之后将端羧基亲水聚合物引入到超支化聚合物的末端，从而合成该减缩剂。该混凝土减缩剂有着良好的减缩效果，28天减缩率基本在50%以上，而且对混凝土强度影响小、掺量较少、工艺简单、易工业化、成本也不高，是一种优良的混凝土减缩剂。

CN106084147A公开了一种减缩剂制备方法。首先将一缩二丙二醇单甲醚与马来酸酐发生酯化反应，之后加入具有不饱和双键的聚氧乙烯醚单体，而后在氧化还原体系下，滴加由不饱和羧酸和水组成的A料以及由链转移剂、还原剂和水组成的B料，并分批次加入甲基丙烯酸三氟乙酯，在水溶液中进行共聚而制得减缩剂成品。该发明可以有效降低混凝土的收缩率，提高混凝土的抗冻融性，使混凝土具有优异的流动性和良好的早期强度。

（二）减缩剂应用的研究

减缩剂的实际应用效果及与其他助剂的配合使用也是研究的重点。方庆伟等通过试验，研究了减缩剂对蒸馏水和模拟孔溶液（KOH溶液）中表面张力的影响及减缩剂的添加量对水泥砂浆早期收缩、质量损失、抗折抗压强度的影响。结果表明：无论是在蒸馏水还是模拟孔溶液（KOH溶液）中减缩剂达到临界胶束浓度均在4.10%左右。随着减缩剂加入量的增加，水泥砂浆的减缩效果明显增加。研究同时指出：减缩剂主要是对砂浆早期的收缩影响明显。另外，随减缩剂加入量的提高体系的质量损失增大，而减缩剂的加入对于砂浆的强度有不利影响，加入量越大强度下降越多。

龚建清，肖黾等研究认为：减缩剂（SRA）对于改善水泥砂浆的干燥收缩效果明显，而用于内养护的高吸水树脂（SAP）在改善水泥砂浆自收缩方面有着优于减缩剂的功效，而将两者复配使用，不仅表现出了较好的相容性，而且产生了良好的“叠加”效果。

党玉栋，钱觉时等研究了减缩剂、饱和轻骨料内养护以及两者混和使用对水泥砂浆收缩的影响。研究表明：密封条件下，减缩剂及内养护混合使用对砂浆自收缩有更好的抑制作用；干燥条件下，减缩剂及内养护混合使用的减缩效果不及单独使用减缩剂的效果好；但减缩剂对水泥水化和砂浆抗压强度的不利影响可以通过两者混合使用而显著降低。

然而减缩剂也存在着一些问题。Seung Hun Park等研究表明，减缩剂的加入对纤维增强混凝土中的纤维尤其是长而光滑的钢纤维的抗拔力有较大的负面影响。

（三）减缩剂机理的研究

近年来，国内外学者对混凝土减缩剂的减缩机理也进行了进一步研究。越来越多的研究表明减缩剂对于混凝土的减缩作用不仅仅在于降低了孔溶液的表面张力，而是多方面的共同作用过程。如Bentz团队通过研究发现：混凝土减缩剂的引入在有效减低毛细孔溶液的表面张力的同时，还增加了孔溶液的粘度，由于溶液粘度变大，会使得凹液面与毛细孔壁的接触角随之增大，从而凹液面所产生的收缩应力。因此减缩剂是通过降低液体表面张力和增加水凹液面与毛细孔壁的接触角两个方面来降低凹液面所产生的收缩张力，达到减缩效果的。

高楠箫团队认为高碱性的水泥更容易发生收缩。他们通过进一步研究发现聚醚类减缩剂的引入不光可以降低液体的表面张力还能有效降低溶液中碱离子的含量从而起到减缩的作用。而姚燕等研究则表明孔溶液的碱度有利于增加减缩剂降低溶液表面张力的功效。

另外，王智等研究发现减缩剂的加入不仅大大降低了孔溶液的表面张力，还减少了孔溶液的蒸发速率，从而减少了混凝土材料的收缩现象。而钱春香等的研究结论则与之相反。他们的研究表明减缩剂在降低溶液表面张力的同时引入了气泡，气泡的引入增大了孔溶液失水的通道，从而加速了混凝土溶液的蒸发。由此可见，不同学者由于试验条件等的不同对于减缩剂机理的研究结论也有着较大的差异。

三、结语

减缩剂（SRA）是一类聚醇或聚醚的有机化合物。减缩剂通过降低混凝土内部毛细孔溶液的表面张力以减少溶液水分蒸发而产生的收缩应力，从而显著降低混凝土的收缩，改善混凝土开裂的问题。由于其优异的减缩性能，减缩剂越来越受到研究的关注。近年来多组分的复合型减缩剂及减缩剂与其他混凝土添加剂配伍应用越来越成受到重视。多组分的复合配制应用有利于弥补单一组分、单一试剂所带来的缺陷，有利于减缩剂发挥更大的作用，因而也必将成为今后减缩剂领域研究的重点。另外减缩剂的作用机理尚未有一个全面同一的结论，该部分内容也会是今后研究的一个重要方面。

参考文献

[1]洪长青.混凝土减缩剂的作用机理及应用[J].福建建材，2005（03）：17～19.

[2]邵正明，张超，仲晓林.国外减缩剂技术的发展与应用[J].混凝土，2000（10）：60～63.

[3]张夏虹，王迎飞，李超.混凝土减缩剂的研究与发展[J].广东化工，2009，36（09）：90～93.

[4]程正茂.混凝土减缩剂的作用机理与作用条件[D].重庆：重庆大学，2015.

[5]张志宾，徐玲玲，刘利.高性能水泥基材料的减缩研究进展[J].材料导报，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，温达，张宇.超支化聚合物在混凝土减缩剂中的应用：中国，CN103803840B[P].2016-05-04.

[9]倪涛，刘昭洋，康静.一种具有减水性能的减缩剂的制备方法：中国，CN106084147A[P].2016-11-09.

[10]方庆伟，赖俊英，钱晓倩.减缩剂对砂浆早期干缩和强度的影响[J].新型建筑材料，2015，42（08）：9～13.

[11]龚建清，肖黾.高吸水树脂与减缩剂复合对水泥砂浆自收缩的影响[J].材料导报，2016，30（16）：109～114.

[12]党玉栋，钱觉时，郭清春.减缩剂与内养护复合对水泥砂浆性能的影响[J].建筑材料学报，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]高南箫，刘加平，冉千平.两亲性低分子聚醚减缩剂减缩机理探索[J].功能材料，2012，43（14）：1931～1935.

[16]姚燕，吴浩，王玲.基于孔溶液性质的减缩剂减缩机理研究[J].建筑材料学报，2011，14（01）：1～5.

[17]王智.减缩剂在水泥基材料中的作用历程与机理研究[J].建筑材料学报，2012，15（06）：601～606.

[18]錢春香，耿飞.李丽减缩剂的作用及其机理[J].功能材料，2006，37（02）：287～291.