混凝土路面用養生劑

混凝土路面施工用養生劑的技術指標

注：
①有效保水率試驗條件：溫度 38 ℃± 2 ℃ ；相對濕度 32 ％± 3 ％；風速 0.5 ± 0.2m /s ；失水時間 72h ；
②抗壓強度比也可為彎拉強度比，指標要求相同，可根據工程需要和用戶要求選測；
③在對有耐磨性要求的表面上使用養生劑時為必檢項目；
④露天養生的永久性表面，必須為不溶；在要求繼續澆筑的混凝土結構上使用，應使用可溶，該指標由供需雙方協商。  

小型機具施工配套機械、機具配置

一、配方原則
　　為達到較好的養護效果，在混凝土澆筑后，必須有效地防止其內部水分損失。為此，一方面，養護劑必須具有良好的成膜性能，能夠在混凝土表面形成不透水的薄膜，防止表面水分蒸發；另一方面，養護劑必須具有一定的滲透性，能夠與表層混凝土發生化學反應，堵塞孔隙使水分子遷移困難。為保證良好的施工性能，養護劑必須具有一定的黏度、穩定性，并且不影響混凝土工程的進一步施工。根據這些原則，選用水玻璃為主要成膜材料，加入其他化工原料進行改性，按正交實驗確定的配方配制成養護劑。
二、養護劑技術性能
　　主要原材料為水玻璃、水、三乙醇胺、尿素、氟硅酸鈉等，按照試驗確定的配方，配制成比重為 1. 1 ～ 1 .2g /mL 的養護劑。該養護劑的主要技術性能如下所示：外觀：半透明液體；穩定性：不分層；含固量： 20% ；成膜時間： 15min ；保水率（ 72h ）： 78% ；對混凝土無副作用。
三、養護機理
　　水泥的早期水化，主要是鋁酸三鈣（ 3CaO · Al2O3 即 C 3 A ）水化成水化鋁酸鈣，硅酸三鈣（ 3CaO · SiO2 即 C 3 S ）水化成水化硅酸鈣及氫氧化鈣：
2 （ 3CaO · Al2O3 ）＋ 21H2O → 4CaO · Al2O3 · 13H2O ＋ 2CaO · Al2O3 · 8H2O（ 1 ）
2 （ 3CaO · SiO2 ）＋ 7H2O→ 3CaO · 2SiO2 · 4H2O ＋ 3Ca(OH)2 （ 2 ）
(1) 中的物質進一步反應為：
4CaO · Al2O3 · 13H2O ＋ 2CaO · Al2O3 · 8H2O → 2 （ 3CaO · Al2O3 · 6H2O）＋ 9H2O （ 3 ）
尿素在養護劑中作為分散穩定劑，促進硅酸鈉迅速溶于水并起穩定作用，促進水玻璃形成的液膜向混凝土內部滲透。硅酸鈉能與上述水化產物中的氫氧化鈣、水化鋁酸鈣等發生反應：
Na 2 O · nSiO 2 ＋ Ca(OH) 2 → Na 2 O · (n-1)SiO 2 ＋ CaO · SiO 2 ＋ H 2 O （ 4 ）
3CaO · Al 2 O 3 · nH 2 O ＋ 3Na 2 O · SiO 2 → 3CaO · SiO 2 · nH 2 O ＋ 3Na 2 O · Al 2 O 3 （ 5 ）
三乙醇胺作為有機表面活性劑能激化水泥中的鋁酸三鈣（ C 3 A ）和鐵鋁酸四鈣（ C 4 AF ）及砂石中的氧化鋁與部分鈣礬石的微細晶體，填充混凝土中的小空洞，這一過程可以加速水化硅酸鈣凝膠物（ C — S — H ）的產生：
C 4 AF ＋ 16H → 2C 2 (A,F)H 8 （ 6 ）
C 4 AF ＋ 16H → C 4 (A,F)H 13 ＋ (A,F)H 3 （ 7 ）
(OH) 2 ＋ SiO 2 ＋ nH 2 O → CaO · SiO 2 · nH 2 O （ 8 ）
氟硅酸鈉加入水玻璃溶液中，起到改性水玻璃的作用，發生化學反應的生成物 Ca 3 A 12 F 12 、 CaSiF 6 、 CaSiO 3 均為堅硬的化合物，而 Si(OH) 2 、 Si(OH) 4 均為膠體。其中氟鋁酸鹽、氟硅酸鹽等氟化物的作用是把水泥中具有柔性侵蝕能力的石灰組分轉化為硬化的、不會被破壞的氟化合物，封閉混凝土表面上水分散失的通道。
當養護劑噴涂在混凝土表面時，一方面在混凝土表面形成不透水的薄膜，防止水分蒸發；另一方面，在表層的一定滲透層范圍內發生上述化學反應，并形成一層堅實的薄膜，堵塞混凝土中的毛細孔，阻止水泥中自由水過早過多地蒸發，使水泥可依靠自身的拌和水充分水化，達到自養的目的。
四、養護劑技術性能實驗
1 、養護劑薄膜厚度與密封性觀察檢驗
在玻璃板上噴灑標準劑量 200g / ㎡養護劑，制成風干的薄膜。觀察成膜后養護劑的厚度均勻，能夠形成封閉的密水薄膜，無漏水汽的孔隙。
2 、檢驗及工程應用
（ 1 ）原材料
水泥：天津振興水泥廠生產的普通硅酸鹽水泥 P.O42.5 ，實測 3d 抗折和抗壓強度分別為 5.3Mpa 和 26.7Mpa ； 28d 抗折和抗壓強度分別為 8.8Mpa 和 49.9Mpa ；堿含量≤ 0.6% 。
砂：遼河砂，細度模數 M x =3.05, 含泥量 1.3% ，氯化物含量 0.01% ，云母含量 0.2% ，輕物質含量 0.1% ，硫化物含量 0 ，堅固性 6 ；快速堿活性試驗 14 天膨脹率 0.07% ，無潛在堿 - 硅酸反應危害。
碎石：采用樂山碎石，粒徑為 0 ～ 40 ㎜連續級配，壓碎值 4.8% ，氯化物含量 0.01% ，硫化物含量 0 ，堅固性 3 ；快速堿活性試驗 14 天膨脹率 0.09% ，無潛在堿 - 硅酸反應危害。
外加劑：采用哈爾濱永吉外加劑廠生產的復合外加劑—— KZ 型引氣抗折增強外加劑。
（ 2 ）混凝土配合比
根據混凝土設計強度要求，經過配合比計算和試配調整，最后確定混凝土的配合比為：水 : 水泥 : 砂 : 碎石 :KZ 型外加劑 =0.40:1:1.96:4.45:0.02 。
（ 3 ）保水有效率試驗
采用 60L 混凝土標準單臥軸強制式攪拌機，標準振動臺， 150 ㎜× 150 ㎜× 150 ㎜立方體塑料試模，混凝土塌落度為 40 ㎜。成 20 塊 5 組試件。一組試件不噴涂養護劑，作為基準試件；其余 4 組分別噴涂養護劑 200g / ㎡、 250g / ㎡、 300g / ㎡、 350g / ㎡。將 5 組試件放在環境控制箱內（試驗溫度 38 ± 2 ℃ ，相對濕度 32% ± 3% ，風速 0.5 ± 0.2m /s ） 72h 后，用電子天平（感量 0.1g ）稱取水分損失量。保水率試驗結果如表 2 所示，噴涂養護劑后，混凝土試件的有效保水率都在 80% 以上。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表 2 保水率試驗結果

（ 4 ）抗壓強度比試驗
按上述配比拌制混凝土，用 100 ㎜× 100 ㎜× 100 ㎜的試模成件，在養護室（溫度為 20 ± 5 ℃ ）
養護 1d 后脫模，放入密封塑料袋中，用密封膠帶對齊試件表面沿側面將塑料袋粘貼密封。在成型面上分別噴涂養護劑 200g / ㎡、 250g / ㎡、 300g / ㎡、 350g / ㎡，待表面干燥后將試件置于干空室（溫度為 20 ± 3 ℃ ，濕度為 60% ± 5% ）。對比試件放置在標準養護室進行養護。抗壓強度比的試驗結果如表 3 所示，噴涂養護劑后，混凝土試件的 7d 、 28 抗壓強度都在 90% 以上。
　　　　　　　　　　　　　　　　　 表 3 抗壓強度比的試驗結果

（ 5 ）養護劑的固含量試驗
養護劑的固含量試驗結果如表 4 所示，固含量超過 20% ，達到 23.54% 。

表 4 養護劑的固含量

（ 6 ）耐磨性試驗
用 150 ㎜× 150 ㎜× 150 ㎜的試塊養護至 27d 后，從干空室取出，然后進行耐磨性試驗（ MS-250 型混凝土磨耗實驗機），用 28d 的磨損量表示其耐磨性能，試驗結果如表 5 所示。

表 5 28d 的磨損量試驗結果

噴涂養護劑后，混凝土試件的耐磨性能都明顯的提高，但噴涂量大的 300g / ㎡和 350g / ㎡兩組試件提高的耐磨性能沒有明顯的區別。筆者認為可能是由于噴涂量過大時參與養護劑反應的道面混凝土與滲透深度之間變化不大所致。
（ 7 ）養護劑的干燥時間試驗
養護劑的干燥時間試驗結果如表 6 所示。

表 6 養護劑的干燥時間試驗

（ 8 ）強度檢測
在混凝土表面抹平壓光，輕壓無指印時，采用噴霧器噴灑配制的養護劑，噴頭距混凝土表面 30 ～ 50 ㎝左右，分兩遍噴灑，方向互相垂直，噴灑 350g / ㎡進行養護。在 28d 進行鉆芯取樣（ HZ -20A 型自動混凝土鉆孔取芯機）進行強度檢測，并于同批澆注時留取的試件（ 150 ㎜× 150 ㎜× 550 ㎜標準養護室養護）強度對比如表 7 。噴灑養護劑的混凝土芯樣強度都在標準養護室養護試件的強度 94% 以上。

表 7 標樣試件強度與芯樣強度對比

六、結語
在使用過該養護劑的混凝土板上灑水觀察，看不到細微裂紋或發絲裂紋的出現，達到了 - 很好的養護效果。配制該養護劑原料豐富，配制工藝簡單，施工方便，具有很好的成膜性和一定的滲透性，混凝土表面硬化快，耐磨性強，加快施工進展，對混凝土的養護和提高耐久性很有效。

混凝土養生防裂劑

　　近年來，混凝土技術發展很快，但混凝土受到約束時，當溫度、混凝土收縮等因素產生的拉應力大于混凝土極限抗拉強度，混凝土就會被拉裂而產生裂 縫。 混凝土裂縫問題已經成為當前土木工程的熱點和難點。實踐表明，商品混凝土、大體積混凝土及其構件出現的早期裂縫，很大部分是由于養護不當導致混凝土干縮太快引起的。特別是近年來，一方面，大批港口、高速公路和機場相繼開工，橋墩、路面、機場跑道等大型混凝土工程養護由于缺水顯得尤為困難；另—方面，高層建筑的興起使得高層建筑立面與復雜構件難以噴水或覆蓋養護，大體積混凝土底板、樓板、側墻易于失水，混凝土表面容易形成許多干縮小裂縫。因此，迫切需要研究一種施工方便，費用低廉，既能替代澆水養護又具有良好防裂效果的混凝土養護新材料。
　　 自 20 世紀 70 年代以來，美國、日本和法國等國家開發出可供不同施工場合和技術要求選用的系列養護劑，并大量用于新澆混凝土的養護，具有明顯的技術經濟效益。近年來，我國也開始重視混凝土養護劑的開發與研究。目前市場上銷售的混凝土養護劑主要有水乳型和溶劑型 2 大類，前者如石蠟乳液、瀝青乳液、氯偏乳液等。后者如過氯乙烯溶液、松香溶液、樹脂溶液等。這 2 類養護劑的發展有局限性，水乳型的生產工藝較煩瑣，成本也較高 ; 溶劑型氣味大、有毒，易燃。同時這 2 類養護劑都屬于成膜型養護劑，養護機理主要是在混凝土表面成膜，減少混凝土內部水分蒸發。雖然能減少收縮，但不能提高混凝土表面強度，有的甚至影響混凝土表面強度，防裂效果有限。因此，我們開展了既有良好防裂效果又可以代替混凝土澆水養護的混凝土養生防裂劑的研發。

1 混凝土養生防裂劑的配方研究
　　 為了達到良好的養護防裂效果，養生防裂劑的配方應符合兩方面要求。一方面，養生防裂劑需要有良好的成膜性能，能夠形成密封不透水的薄膜，防止混凝土表面的水分蒸發。另一方面，養生防裂劑必須具有—定的滲透性能，能夠與表層混凝土發生化學反應，堵塞孔隙使水分子遷移困難。同時，養生防裂劑應不影響與新舊混凝土的粘結，以及與砂漿的粘結，且不形成明顯界面。綜合以上因素，我們選擇無機硅酸鹽溶液為養生防裂劑的主要組分。無機硅酸鹽本身可以成膜，同時還能與水泥的水化產物發生化學反應，生成難溶物質，阻塞混凝土表面孔隙，提高混凝土表面強度。
　　 但是，單純的無機硅酸鹽溶液作為養生防裂劑還存在著很多問題，比如滲透性和穩定性差等，因此，我們在無機硅酸鹽溶液中加入其它有機物質以及潤濕劑、穩定劑等表面活性劑進行改性，研制出各項綜合性能優良的混凝土養生防裂劑。

2 混凝土養生防裂劑的基本性能
　　 我們參考 JC901 — 2002 《水泥混凝土養護劑》，測試了混凝土養生防裂劑的性能，結果見表 1

表 1 混凝土養生防裂劑的基本性能

　　由表 1 可見，混凝土養生防裂劑具有合適的成膜時間，良好的成膜耐熱性，成膜后浸水不溶解，可以用于露天養護。混凝土養生防裂劑還具有良好的儲存穩定性。

3 混凝土養生防裂劑對混凝土性能的影響
3.1 不同方法養護的混凝土抗壓強度對比試驗
　　 抗壓強度是衡量混凝土性能最重要的指標之一，為了評價混凝土養生防裂劑對混凝土抗壓強度的影響，我們進行了不同養護方法的對比試驗。采用 42.5 級普通硅酸鹽水泥、中砂及粒徑 10~ 30mm 的卵石，用量分別為：水泥 31 0 ㎏ /m 3 、中 砂 67 0 ㎏ /m 3 、卵石 1226kg /m 3 ，用水量滿足混凝土坍落度為 30~ 50mm 。按照 GB/T50081 — 2002 《普通混凝土力學性能試驗方法標準》規定成型 4 組混凝土試塊，分別采用標準養護、自然養護、澆水養護和噴灑混凝土養生防裂劑養護。養護至規定齡期后測試其抗壓強度，結果如表 2 所示。

表 2 不同方法養護的混凝土抗壓強度對比

　　由表 2 可見，噴混凝土養護防裂劑的試塊強度比自然養護高得多，與澆水養護相當，略低于標準養護， 7d 、 28d 抗壓強度均能達到標準養護強度的 90 ％以上。說明采用混凝土養生防裂劑養護可以保證混凝土強度，滿足混凝土養護的要求。

3.2 保水性試驗
　　 混凝土裂縫產生的一個重要原因就是由于混凝土內部水分損失引起的干燥收縮，因此，保水性是反映養生防裂劑的重要性能之一。我們按照前述方法各成型基準和噴涂養生防裂劑混凝土試件 4 組，成型后放入烘箱中養護—定時間，并測試混凝土的水分損失量，以評價養生防裂劑的保水性。烘箱溫度 38 ℃ 時試件平均水分損失量比較見圖 1 。

圖 1 保水性比較

　　從圖 1 可知，在 38 ℃ 的烘箱內養護 24h ，噴涂養生防裂劑試件比基準試件失水量減少 45 ％， 72h 失水量減少 30 ％，這充分說明混凝土養生防裂劑有較強的保水能力，能滿足混凝土自身養護的要求，保證混凝土強度的正常發展。

3.3 表面耐磨性試驗
　　 養生防裂劑可用于公路水泥混凝土路面的養護。公路混凝土路面的耐磨性是其比較重要的性能，同時混凝土的耐磨性也反映了混凝土的表面強度，表面強度越高，對混凝土的抗裂性能越有利。我們參照 JC ／ T421 — 91 《水泥膠砂耐磨性試驗方法》進行耐磨性能試驗，試件成型后，待其表面無水漬時，分 2 次噴灑養生防裂劑， 28d 后與同條件下分別經標準養護、澆水養護的試件同時做耐磨試驗，每組 3 塊，取平均值，試驗結果如表 3 所示。

表 3 表面耐磨性試驗結果

　　表 3 的結果表明，出于養生防裂劑與表層混凝土發生化學反應形成致密的表層，因此使用養生防裂劑養護的試件比分別經標準養護、澆水養護的試件耐磨性能要高。

3.4 混凝土抗滲性能試驗
　　 按照 JC 474 — 1999 《砂漿、混凝土防水劑》滲透高度比試驗方法，采用上述試驗的配合比，成型 2 組試件 , 每組各 6 塊。一組噴混凝土養生防裂劑養護，另一組自然養護作為對比，試件均置于室外大氣條件下 ,28d 后進行抗滲性能測試。停止加壓時對比組中有 4 塊滲透，噴混凝土養生防裂劑的試件表面無滲水，各試件滲透高度見表 4 。

表 4 混凝土抗滲試塊滲透高度

　　由表 4 可見 , 噴混凝土養生防裂劑的試件平均滲透高度僅為對比組的 86 ％。可見采用混凝土養生防裂劑養護對提高混凝土的抗滲性能有利。

3.5 混凝土收縮性能試驗
　　 混凝土的干燥收縮會引起體積變化，而體積變化是產生混凝土裂縫的主要原因之 一。 為了考察養生防裂劑養護對混凝土收縮性能的影響，我們測試了不同方式養護混凝土的收縮率 ( 見表 5) 。

表 5 混凝土試件的收縮率

　　由表 5 可見，采用混凝土養生防裂劑養護的試件各齡期收縮率均小于自然養護時的收縮率，特別是試件早期的收縮比自然養護小很多。這也從側面說明混凝土養生防裂劑有較好的保水效果，能減少混凝土收縮及由收縮引起的混凝土裂縫。

4 與傳統養護方式比較
　　 采用蓋草袋、麻片澆水的傳統濕養護，不僅耗費大量的人力和物力，而且養護質量也不穩定，對于立面及復雜部位更是難以養護，不能適應現代建筑工業的發展。采用混凝土養生防裂劑養護，可以不受施工場地、構件形狀和施工條件的限制，施工操作簡便，現場整潔，能保證混凝土的養護質量。采用混凝土養生防裂劑養護還可以節省人力，大幅度降低養護用水，節約成本，有利于保護水資源，社會、經濟效益顯著。混凝土養生防裂劑養護與傳統養護方式進行對比，結果如表 6 所示。

表 6 養生防裂劑養護與傳統養護方式進行對比

　　由表 6 可以看出，采用混凝土養生防裂劑養護，每 1000m 2 混凝土路面可以節約用水 3 6 ～ 168t ，節約養護費用 50 0 ～ 3500 元，使用 1t 混凝土養生防裂劑可以節約養護費用 2000~14000 元，節約用水 14 4 ～ 672t ，具有明顯的經濟和社會效益。