石蜡基混凝土养生剂性能研究

张 影

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

水泥混凝土路面经摊铺成型后，需要经过水化和硬化，以形成混凝土的细观结构和强度[1]。水化和硬化的阶段需要采取一定的措施，保证水泥水化所需的温度和湿度条件，从而得到所需的混凝土物理力学性能，此阶段称为养生[1-2]。养生过程中，混凝土内部发生一系列物理、化学变化，对混凝土细观结构、强度形成及获得所需的路面结构性能、使用性能和耐久性有重要影响[3]。

常见的养生工艺包括潮湿养生和保水养生，潮湿养生指在混凝土表面覆盖保湿膜、土工布、麻袋、草帘等，并及时补充水分保持覆盖物湿度，以此保证水泥水化所需的水分；保水养生指在混凝土表面喷涂养生剂，以封闭混凝土表面孔隙，以混凝土自身水分来维持水泥水化所需的湿度环境[4]。潮湿养生效果较好，但在水源匮乏、混凝土形状不规则及立面混凝土养生中应用难度较大，并且在水泥混凝土路面滑模施工中难于应用。而保水养生的养生剂养生方式虽然保水效果相对于潮湿养生有一定的不足，但由于施工简单、无需补水等优点，越来越受到重视[4-6]。

目前国外主要使用的养生剂有乳化石蜡型、水玻璃型、聚合物单体树脂乳液型、乳化沥青型等[7]。经3种进口养生剂性能对比研究发现，石蜡基养生剂保水性能优于合成橡胶和锂基养生剂，可以有效降低最大蒸发率、缩短蒸发时间，并且对混凝土早期裂缝的形成起到显著的抑制作用[8-9]。京珠高速公路（湘潭-耒阳段、耒阳-宜章段）、湖南省一级公路（资兴-郴州-桂阳）、清连公路升级改造项目等大量工程实践也证明了石蜡基养生剂的优异性能[4]。国内养生剂研究起步较晚，当前国内养生剂产品市场较为混乱，很多产品连合格品保水率要求的75%都难以达到，并且由于价格竞争等因素造成产品品质参差不齐、性能稳定性差[10]。

本文通过保水率试验验证了自主研发的JKYS型石蜡基养生剂的保水性能，研究了该养生剂产品喷涂量对保水率和混凝土试件强度的影响，并且对比了JKYS型养生剂与WS的性能。

1 试验

1.1 试验原料

a）水泥 选用P·O 42.5水泥，其化学成分及物理性质见表1，满足GB 175—1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》要求。

表1 水泥物理化学性能指标 （%，质量分数）

b）砂石集料 砂子选用阳曲县河砂，细度模数为2.28，表观密度为2672 kg/m3；石料选用繁峙县玄武岩石子，5～25 mm连续级配。

c）水 选用太原地区的自来水。

d）养护剂 自主研发的JKYS石蜡基养护剂，性能指标如表2所示，性能测试依据为JC 901—2002《水泥混凝土养护剂》。

表2 JKYS养护剂性能指标

1.2 试验方法

试件的制作、养护、保水率和蒸发率测试依据JC 901—2002《水泥混凝土养护剂》进行，混凝土强度测试依据GBJ81—1985《混凝土力学性能试验方法》进行。

1.2.1 试件制备

按表3所述配方制备混凝土试件，试件尺寸150 mm×150 mm×150 mm，共制备6组试件，每组4个，将试件进行振捣、抹平后进行养护。

表3 混凝土配方 kg/m3

1.2.2 试件养护

选取一组试件，表面不喷涂养生剂，放入标准养护箱养护（温度20℃±2℃，湿度大于等于95%），标记为G1。在4组试件表面喷涂养生剂，喷涂量分别为 0.15 kg/m2、0.20 kg/m2、0.25 kg/m2、0.30 kg/m2分别标记为 G2、G3、G4 、G5（G1为基准试件），喷涂后放入养护箱养护（温度38℃±2℃，湿度32%±3%）。剩余一组试件标记为G6，喷涂0.25 g/m2养生剂后置于温度为20℃±0.5℃，湿度为60%±1%的环境下。

养生剂喷涂方法：在试件和试模边缘处，剔出深3 mm，宽3 mm的V槽，用蜡填注入V槽使之密封，在蜡封后的试件表面喷涂养生剂，其后放入养护箱养护。

1.2.3 保水率（蒸发率）测定方法

G1 试件放入养护箱之前称重 m1，G2、G3、G4 试件放入养护箱之前称重M1，放入养护箱72 h后再次称重，分别标记为m2和M2，保水率按式（1）计算：

G6试件养护开始后，每隔15 min记录试件（含模具）质量，直至连续1 h内，质量损失小于2 g，即认为质量不再损失，停止实验。喷涂时间指试件放入养护箱开始至试件测试时所用时间。蒸发率按式（2）计算：

式中：mi为第i次记录试件质量；A为蒸发面积；t为间隔时间。

1.2.4 抗压强度、抗压强度比

采用CMT4304型微机控制电子万能试验机测试试件强度，可自动记录应力-应变曲线。

抗压强度比指养生剂养护试件强度与标准养护试件强度之比。

2 结果与讨论

2.1 喷涂量对成膜效果的影响

不同养生剂喷涂量对养生剂成膜效果影响如图1所示，可见喷涂量为0.15 kg/m2和0.20 kg/m2时，养生剂成膜干燥后表面出现气孔，随着喷涂量增加气孔数量减少；喷涂量为0.25 kg/m2时成膜较好；喷涂量为0.30 kg/m2时，成膜较厚，干燥后颜色偏白。

图1 不同养生剂喷涂量试件表面状态

2.2 养生剂对保水率的影响

由图2可见，养生剂喷涂量分别为0.15 kg/m2、0.20 kg/m2、0.25 kg/m2和 0.30 kg/m2时，混凝土试件保水率为73.02%、85.34%、92.71%和93.84%。可见养生剂喷涂量的增加可以改善保水效果，喷涂量由0.25 kg/m2增加至0.30 kg/m2时，保水率增加不明显，且养生剂喷涂量为0.25 kg/m2时，保水率大于等于90%，达到《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/T F30－2014）一级品要求，因此建议JKYS养生剂喷涂量为0.25 kg/m2。

图2 养生剂喷涂量对保水率的影响

本文对比了未喷涂养生剂（KB）混凝土[8]、JKYS养生剂养生混凝土和美国某石蜡基养生剂（WS）养生混凝土[8]的性能，JKYS和WS用量均为0.25 kg/m2，3种条件下蒸发率与时间关系如图3所示。可见3种养生方式下，混凝土蒸发率变化趋势基本一致，但未喷涂养生剂混凝土蒸发率显著高于其他两种养生方式；未喷涂养生剂混凝土蒸发率最大，成型后的约 400 min之内，质量变化最快，最大蒸发率为0.36 kg/m2/h，400～800 min内蒸发率较 400 min 之内显著降低，约 2200 min之后，质量损失明显下降，其后质量基本不再发生变化。WS养生混凝土在400 min内蒸发率相对于未喷涂养生剂混凝土大幅降低，最大蒸发率为0.21 kg/m2/h，400～800 min内蒸发率约为未喷涂养生剂混凝土的1/2，其后略有升高，1700 min后，蒸发率显著下降，质量基本不再变化。JKYS养护混凝土400 min内蒸发率变化规律与美国石蜡基养生剂混凝土基本一致，最大蒸发率为0.22 kg/m2/h，400～800 min内蒸发率约为未喷涂养生剂混凝土的2/3，相对WS较高，但800～1200 min仍保持此蒸发率，此时蒸发率相对WS较低，同样1700 min后，蒸发率显著下降，质量基本不再变化。可见两种养生剂均能降低混凝土蒸发率，并且能够缩短水分散失时间，JKYS养生剂性能与WS接近。

图3 养生剂蒸发率对比

2.3 养生剂对抗压强度的影响

图4 养生剂对混凝土强度影响

图4为JKYS养生剂对混凝土抗压强度的影响，可见随着养生剂喷涂量的增加，抗压强度增大，养 生 剂 喷 涂 量 分 别 为 0.15 kg/m2、0.20 kg/m2、0.25 kg/m2和 0.30 kg/m2时，抗压强度比分别为0.76、0.87、0.94、0.98，养生剂喷涂量由 0.15 kg/m2增大至0.25 kg/m2时，混凝土抗压强度增长较快，其后变慢，说明0.25 kg/m2的喷涂量可以保证混凝土水化硬化所需水分，保证混凝土强度。

3 结论

本文研究了养生剂喷涂量对养生剂成膜性能、混凝土保水率（蒸发率）和混凝土强度的影响，并对比了JKYS型养生剂与美国石蜡基养生剂的性能，得到以下结论：

JKYS型养生剂推荐喷涂量为0.25 kg/m2，此时养生剂在混凝土表面成膜性能较好；保水率可达到90%以上，达到一级品性能要求；混凝土抗压强度比可达0.98。

JKYS型养生剂与美国石蜡基养生剂相比，两者保水性能接近，且混凝土蒸发率均显著低于未喷涂养生剂混凝土。