摘要:本文介紹了混凝土抗收縮劑的作用機理，其主要機理為毛細管張力理論。混凝土抗收縮劑的主要化學成分為小分子多元脂肪醇、烷基醚聚氧化乙烯或聚氧化丙烯一元醇和聚氧化乙烯或聚氧化丙烯聚羧酸接枝共聚物。簡要介紹了國外混凝土抗收縮劑研究概況。

關鍵詞:混凝土；抗收縮劑；毛細管；化學成分；干燥收縮；表面張力

1 　前言

      混凝土是最為廣泛使用的建筑材料之一，在其使用過程中，其外觀、耐久性和滲透性越來越受到人們的關注。降低裂縫的產(chǎn)生是廣大混凝土工程技術人員面臨的一大技術難題，人們先后使用伸縮縫，鋼筋結(jié)構(gòu)加強及混凝土膨脹劑、塑料纖維、鋼纖維、碳纖維等復合材料技術來解決混凝土裂縫問題。80 年代末90 年代初，日、美等國先后開發(fā)了有機抗收縮劑(Shrinkage Reducing Agent) 。研究結(jié)果表明，使用了有機抗收縮劑，混凝土長期自由干縮可降低50 % 以上，混凝土的限制干燥收縮有明顯的改善。多數(shù)學者認為混凝土自由干縮的降低可以理解為它同樣也可以降低混凝土限制干縮和大大延緩混凝土的裂縫產(chǎn)生的時間以及裂縫的發(fā)展寬度。

2 　混凝土抗收縮劑的作用機理

      混凝土的收縮有塑性收縮、化學收縮、干燥收縮、自收縮和碳化收縮等。混凝土抗收縮劑主要解決混凝土的干燥收縮。混凝土在其水化過程中，失水是造成干燥收縮的主要原因。干燥收縮理論中以毛細管張力理論較有說服力。該理論認為，混凝土水化干燥時毛細管首先蒸發(fā)，隨著毛細管內(nèi)部水分的蒸發(fā)，水面下降，彎月面的曲率變大，在水的表面張力作用下對混凝土毛細孔壁產(chǎn)生毛細管收縮力， 當該收縮力大于混凝土本身的抗拉強度時，進而產(chǎn)生混凝土干燥裂縫，造成混凝土的力學變形干縮。

根據(jù)Laplas 公式：

P =2σ/R

      σ是水的表面張力， R 是彎月面的曲率半徑， P 是毛細管壓力。在σ不變的情況下，毛細管越細， 彎月面的曲率半徑越小，產(chǎn)生的毛細管壓力越大。一定半徑的毛細管，在R 不變時P 與水的表面張力

     σ成正比，在20 ℃時純水的表面張力為72. 75 ×10 -3 N/ m ， 添加抗收縮劑的水溶液表面張力可降低為40 ×10 -3 ～50 ×10 -3N/m 。因此，降低毛細管中水的表面張力，能使毛細管壓力減少，混凝土的干縮將相應降低。混凝土抗收縮劑的濃度與其水溶液的表面張力的關系如圖1 所示。

3 　混凝土抗收縮劑的化學組成

      根據(jù)現(xiàn)有文獻報道，混凝土抗收縮劑的化學組成可分為三大類，它們分別是小分子脂肪多元醇、烷基醚聚氧化乙烯或聚氧化丙烯一元醇和聚氧化乙烯或聚氧化丙烯聚羧酸接枝共聚物。

(1) 小分子脂肪多元醇，如22甲基22 ，42戊二醇， 2 ，22二甲基21 ，32丙二醇，1 ，62己二醇等，摻量為1% ～3%，該類產(chǎn)品降低混凝土28 天強度達10 %～ 15 %。

(2) 烷基醚聚氧化乙烯或聚氧化丙烯一元醇RO(CH2CH2O) nH 和RO (CH2CH2CH2O)nH，RO (EO) n (PO) mH ，據(jù)文獻報道，該類產(chǎn)品摻量大(2 %～3%) ， 影響混凝土抗凍融性能。

(3) 聚氧化乙烯或聚氧化丙烯聚羧酸接枝共聚物，該類產(chǎn)品是現(xiàn)有聚羧酸類高效減水劑或保坍劑的聚氧化乙烯或聚氧化丙烯的接枝產(chǎn)物。它的摻量為水泥用量的0.2 %～0.3 %，它同時具有高減水性能、高保坍性能，凝結(jié)時間和混凝土強度發(fā)展與摻聚羧酸減水劑混凝土相同。聚羧酸共聚物有:烯丙基醚2馬來酸酐共聚物，苯乙烯磺酸鈉2馬來酸酐共聚物，(甲基) 丙烯酸2(甲基) 丙烯酸酯共聚物和甲基丙烯酸2烯丙基磺酸鈉共聚物等。

4 　混凝土抗收縮劑的研究報道

       目前，混凝土抗收縮劑在美國、日本已經(jīng)開始使用。該產(chǎn)品有兩種用法，一是直接摻入新拌混凝土中，二是在混凝土成型后將混凝土抗收縮劑噴灑或用刷子刷在混凝土表面—滲透法。前者用量較大，后者用量少較經(jīng)濟。據(jù)報道兩種方法都可以顯著降低混凝土的干燥收縮，當混凝土抗收縮劑與混凝土膨脹劑復合使用時，效果更加顯著。

4. 1 　混凝土抗收縮劑與膨脹劑復合使用

        當混凝土膨脹劑和混凝土抗收縮劑復合使用時，兩者具有較好的協(xié)同效應，混凝土膨脹劑初期賦予混凝土微膨脹功能，混凝土抗收縮劑較好地解決了混凝土后期干燥收縮。圖2 中曲線從上到下分別為：膨脹劑與減縮劑復合使用，膨脹劑，減縮劑和空白混凝土。兩者復合使用可降低混凝土無限制干縮達80 %以上。

4. 2 　混凝土抗收縮劑在高強混凝土中的運用

      將混凝土抗收縮劑用于C60～C80 高強混凝土中，添加1.5 %混凝土抗收縮劑可以顯著降低高強混凝土的干縮。加硅粉高強混凝土的28 天干縮可降低52 % ，120 天可降低混凝土干縮43 %；對未加礦物添加劑的高強混凝土28 天干縮降低35 % ，120 天降低干縮29 %。與此同時添加混凝土抗收縮劑會降低混凝土早期強度，其28 天抗壓強度會降低8% 左右。

4. 3 　影響混凝土抗收縮劑抗收縮效果的因素

      美國格雷斯公司和美國西北大學高級水泥基材料研究中心實驗室和現(xiàn)場實驗研究結(jié)果表明，主要有三個因素影響抗收縮劑的使用效果：

(1) 混凝土的水膠比

      水膠比越低，使用抗收縮劑取得的抗收縮效果越明顯。當抗收縮劑使用量為水泥的1. 5 %，水膠比為0. 6 時，28 天降低收縮為80 %，56 天為70 %；而水膠比為0. 68 時，28 天和56 天降低收縮量分別為37 %和36 %。

(2) 水泥的種類

       水泥影響抗收縮劑使用效果，不同的水泥具有不同的抗收縮效果。使用水泥砂漿檢測抗收縮性能，無養(yǎng)護措施，摻粉煤灰水泥和摻高爐礦渣水泥， 混凝土90 天收縮降低量分別為25 %和38 %。因此對不同的水泥和水泥摻合料組合應先通過試驗確定收縮降低量。

(3) 養(yǎng)護程度

       長期濕養(yǎng)護可顯著提高混凝土抗收縮劑使用效果。養(yǎng)護混凝土與未養(yǎng)護混凝土相比，前者28 天、56 天和90 天收縮降低量顯著，特別是混凝土水化初期1～14 天內(nèi)顯得特別重要。研究顯示，如果初期無濕養(yǎng)護，摻混凝土抗收縮劑的混凝土收縮量仍然比同等養(yǎng)護條件未摻混凝土抗收縮劑的混凝土收縮小得多。

4. 4 　混凝土抗收縮劑的副作用

      使用混凝土抗收縮劑的混凝土28 天抗壓強度有所下降，水灰比越低降低幅度越小。解決措施是提高減水劑的摻量，它在新拌混凝土中會降低混凝土的含氣量，因此可以通過提高引氣劑摻量來解決。
    (本文是作者在加拿大建筑研究院的研修報告之一)