降低含胶粉水泥石干燥收缩的研究

岳汉威 张宇燕 王 清

（中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024）

降低含胶粉水泥石干燥收缩的研究

岳汉威 张宇燕 王 清

（中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024）

对含胶粉水泥石的干燥收缩变化规律进行了研究。测试结果表明，在为期1年的测试龄期内，水泥石的干燥收缩率逐渐增加，同时随着胶粉掺量的增加而增大。抑制含胶粉水泥石干缩的研究结果表明，在前期缺乏水养护的条件下，膨胀剂对干燥收缩变形有一定效果，但是不明显；采用促强减缩剂能够有效降低含胶粉水泥石的干燥收缩变形，并且大幅度延缓干缩变形的速率。

胶粉；水泥石；干燥收缩；促强减缩剂

砂浆在混凝土基材表面工作时，会出现由于与基材干缩变形不一致而导致的开裂[1]。作为砂浆主要的组分，胶粉常常作为功能性助剂掺入砂浆中，能够有效地提高砂浆的粘结性、柔韧性、耐磨性等性能。然而，胶粉的引入将明显增大砂浆的干缩率。在鲜有的研究成果中，文献[1]通过干缩率的测试和傅里叶变换红外光谱分析，研究了水泥石干缩率随胶粉掺量增多而增大的机理，文献[2]在研究了胶粉增大水泥石干缩率的同时，深入讨论了胶粉—纤维素醚协同影响水泥石干缩率的原因，文献[3]的研究表明，引入胶粉虽然增加了水泥石的干缩，但是降低了水泥石的弹性模量，从而可以防止砂浆的开裂。

为了减小砂浆的干缩，通常采用的做法是掺入膨胀剂或引入膨胀源，通过水化早期生成的膨胀性产物来补偿体系后期的收缩，从而起到体积稳定的效果。膨胀剂的引入能够降低砂浆的干缩率，但也对早期的养护提出了较为严格的要求，对于某些不便于水养的工程，膨胀剂对干缩率的改善效果并不明显，这种情况下，采取其他的技术手段降低干缩率就非常必要。

促强减缩剂是近年来新研发的用于砂浆、混凝土的添加剂，由特殊煅烧工艺生产的硫铝酸盐类矿物为基材，加入其他功能性调整组分后磨细而成，最大的特点是在膨胀成分、减缩成分等组分的协同作用下，能够提高砂浆/混凝土的早期强度和后期强度，并能够长期有效地保持体系的尺寸稳定性。本文主要研究了促强减缩剂对含胶粉水泥石体系干缩的长期改善效果。

1 试 验

1.1 原材料及配比

水泥：唐山冀东水泥股份有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥；乳胶粉：瓦克公司生产；膨胀剂：购于市面，其主要膨胀源为硫铝酸钙；促强减缩剂：购于市面，由硫铝酸钙类矿物、煅烧石膏及其他有机无机成分助剂制成；水：自来水。所有原材料在试验前均在试验室环境下放置24h后使用。

本试验中水灰比为0.30，胶粉、促强减缩剂等材料掺量见表1。

表1 试验设计方案

1.2 试验方法

试验参照JGJ/T70-2009干燥收缩率的方法进行。试件成型后在标准养护条件下养护7d拆模后移入干空室预置4h，测试初始长度。将试件置于干空室，分别测试1d、3d、7d、14d、21d、28d、90d、180d、270d 以 及360d龄期的干燥收缩率。

2 结果与分析

2.1 单掺胶粉对水泥石干缩的影响

测试了胶粉掺量为胶材质量0、0.5%、1.0%及2.0%时样品的干缩率，变化曲线见图1。由图1可见，掺入胶粉增大了样品的干缩，且干缩率随着胶粉掺量的增加越来越大。由测试结果可知，缺少稳定尺寸的措施下，胶粉的引入会明显增加水泥的干燥收缩。因此，在使用胶粉配制某些水泥基产品（地坪材料、渗透结晶防水涂料等)时，该现象必须引起重视。

图1 不同胶粉掺量下水泥石的干缩率变化曲线

2.2 促强减缩剂对不掺胶粉水泥石干缩的影响

不掺胶粉、只掺入促强减缩剂对水泥石的干缩改善效果见图2：28d龄期内不掺促强减缩剂的空白样干燥收缩率随测试龄期迅速增大，在28d龄期时达到了-0.151%，28d龄期过后干燥收缩率增大速度减缓，但仍较为明显，360d龄期时达到了-0.231%。改变胶凝材料比例，分别以5%、10%促强减缩剂等量替代水泥后，样品的干缩率明显得到抑制：5%掺量样品的28d干缩率约-0.011%、360d干缩率-0.032%，将掺量提高至10%，样品28d几乎无明显干缩，其干缩率仅为-0.003%，360d干缩率-0.023%。

图2 掺促强减缩剂水泥石的干缩率变化曲线

作为对比，对膨胀剂内掺替代胶凝材料对样品干燥收缩的改善作用也进行了同样的测试，测试结果见图3。膨胀剂的引入一定程度上降低了样品各龄期的干燥收缩，降低幅度随着掺量的增加而增大。但是相比促强减缩剂来说，其降低干缩的效果和量化程度不在同一级别，究其原因，膨胀剂改善干缩是通过早期产生的高膨胀率来抵消和补偿后期体系的收缩，存在膨胀——干缩落差较大的可能性；同时，本试验方案设计未采用传统的水养工艺，导致膨胀剂的早期膨胀效果受到了限制。这表明膨胀剂对干缩率的改进必须以严格的养护条件为基础来实现；促强减缩剂含有一定量的膨胀组分，但是膨胀组分的制备工艺与传统的膨胀剂有明显的区别，同时还引入了其他减缩、抗裂、稳定等组分，因此减缩效果较膨胀剂要好。鉴于二者减缩程度不同，本文不再对其进行后续对比研究。

图3 掺膨胀剂水泥石的干缩率变化曲线

2.3 促强减缩剂对掺胶粉水泥石干缩的影响

促强减缩剂掺量为5%和10%时，对胶粉掺量分别为0、0.5%、1.0%和2.0%的样品进行了干缩率测试，测试结果见图4、图5。

图4 促强减缩剂(内掺5%)对含胶粉水泥石的干缩率影响变化曲线

促强减缩剂掺量为5%时，各样品28d内龄期的干缩率普遍较小，28d龄期至360d的干缩率逐渐增大，且随着胶粉掺量的增加，各样品干缩率明显增大。促强减缩剂掺量为10%时，各样品不同龄期的干缩变化规律与5%掺量类似，但是干缩率降低幅度较大。因此，对于本阶段测试结果，当促强减缩剂掺量10%、胶粉掺量0时降低水泥石干缩的效果最好，促强减缩剂掺量5%、胶粉掺量2.0%时效果最差。

图5 促强减缩剂(内掺10%)对含胶粉水泥石的干缩率影响变化曲线

为了直观地了解促强减缩剂对含胶粉水泥石干缩的抑制效果，选择空白样(E=0/V=0)、内掺膨胀剂10%、不掺胶粉(U=10%/V=0)以及内掺促强减缩剂5%、掺胶粉2.0%(E=5%/V=2.0%)的三组样品干缩率进行对比，结果见图6。

相比E=0/V=0和U=10%/V=0样品测试结果，作为内掺促强减缩剂系列中抑制干缩效果最差的试验方案，E=5%/V=2.0%各龄期干缩率仍然远低于其他两组样品，体现了促强减缩剂抑制收缩的有效性；水泥基材料的收缩不可避免，但通过合理的手段，尽可能延缓各龄期的收缩程度、同时降低各龄期的收缩速率是完全可行的。根据图6，样品E=5%/V=2.0%的360d龄期干缩率仍略低于U=10%/V=0样品7d龄期和E=0/V=0样品3d龄期的干缩率，这也体现了促强减缩剂抑制干缩的长期性和持续性，这一特性对于配制体积稳定性和整体变形性要求较高的砂浆等水泥基产品来说非常重要。

图6 促强减缩剂和膨胀剂对水泥石的干缩率影响变化曲线

3 结 语

1）随着胶粉掺量的增加，水泥石干燥收缩率增大。

2）前期缺乏水养的条件下，单独依靠膨胀剂改善水泥石/含胶粉水泥石的干燥收缩有一定效果，但是不明显。

3）促强减缩剂能够有效地降低水泥石/含胶粉水泥石的干燥收缩变形和干燥收缩速率。

[1]张彦敏，张承志，王爱勤，等。乳胶粉对硬化水泥石干缩和失水行为影响的机理分析[A]，第二届全国商品砂浆学术交流会论文集.2007：63~68

[2]张承志，王爱勤，董芹芹，等。乳胶粉与纤维素醚对硬化水泥石干缩行为影响的差异与相互作用[A]，第二届全国商品砂浆学术交流会论文集.2007:163~169

[3]邢晓飞，张承志，苏彩丽。集料含量和胶粉掺量对砂浆干缩量的影响[J]，城市建筑.2013(2):127~128

The study on reducing drying shrinkage of hardened cement paste with the content of redispersible emulsion powder

In this paper, the change rule of drying shrinkage deformation of hardened cement paste with the content of redispersible emulsion powder is studied. The test results indicate that the drying shrinkage deformation of cement increases with the increase of redispersible emulsion powder in a year. In additional, the method of reducing the drying shrinkage of hardened cement paste with the content of redispersible emulsion powder is also researched. It is found by the study that the restraining effect of drying shrinkage deformation of hardened cement paste with the content of reinforcing drying shrinkage reducing agent is more effective than with the content of expansion agent.

redispersible emulsion powder; hardened cement paste; dyring shrinkage; reinforcing shrinkage reducing agent

TU525.9

B

1003-8965 (2017) 05-0006-03