探索减缩剂与膨胀剂：为低热水泥砂浆打造“无裂”与“高强”的秘诀

2 结果与分析

2.1 SRA对干燥收缩的影响

不同 SRA 掺量对砂浆试件干燥收缩的影响如图1所示。

由图1可知:随着龄期的增加,试件的干燥收缩先增加后逐渐稳定;当SRA掺量为0.5%时,其对试件早期干燥收缩的影响不大,对21d后的干燥收缩有一定的降低效果;当SRA 掺量为2.0%时,其对试件3d后的干燥收缩有显著的抑制作用;但当SRA 掺量增加为4.0%时，试件的干燥收缩增加,7~90d干燥收缩甚至超过了基准组。分析机理:适量SRA延缓了低热水泥的水化速率，降低了孔隙溶液的表面张力,降低了毛细孔负压,从而降低了砂浆的干燥收缩。

各组砂浆试件的28dXRD图见图2,典型砂浆试件的微观形貌见图 3。

由图 2、图3可知,SRA2%组试件的Ca(OH)2特征峰显著高于基准组,28d时仍存在大量六方片状Ca(OH)₂ 晶体,其微观形貌较基准组明显疏松,说明在SRA 作用下,水泥的整体水化进程被延缓5。

随着 SRA 掺量的增加,其对水泥水化的延缓作用加剧,导致水化前期试件内部自由水增加,在干燥过程中失水量增加,水化产物数量减少,不能有效填充孔隙,试件强度降低,更不利于抵抗收缩应力。因此,SRA 掺量过高时,对干燥收缩的促进作用大于抑制作用。随着水泥水化进程的推进,试件内部大孔中的残余水分减少,而毛细孔中的水分占比提高,SRA对干燥收缩应力的降低作用逐渐占据主导地位,且初期水化生成的Ca(OH)₂ 和 AFt 晶体在掺 SRA 试件中的饱和度较高,后期水化生成的含硫型结晶产物可发挥微膨胀效应,从而降低收缩。

2.2 SRA对力学性能的影响

图4为 SRA 对砂浆试件强度的影响。

由图4 可知,随着SRA掺量的增加,试件各龄期的强度均降低,这是由于SRA延缓了水泥水化,降低了孔隙溶液的碱度,抑制了Ca(OH)₂ 的生成,故影响了试件强度的发展"。SRA4%组试件56d抗压强度与抗折强度分别较基准组降低了41.3%和 15.9%。

2.3 EA对干燥收缩的影响

图5为EA对砂浆试件干燥收缩的影响。

由图5可知,随着EA掺量的增加,各组试件早期干燥收缩均高于基准组,后期(56 d后)干燥收缩均低于基准组;掺EA的试件14d干燥收缩达到其90d的干燥收缩约75%,之后增幅渐缓;当EA掺量为 2%时,试件35 d内的干燥收缩均高于基准组,其中,7 d干燥收缩较基准组提高了86.8%。这主要是因为低热水泥C3A含量较低,早期水化速度相对较慢，水化热较低,EA参与早期水泥水化，消耗大量的水,加剧了试件内部早期毛细孔内水分的消耗与迁移，进而增大了收缩应力与抗拉强度差值,导致试件干燥收缩加剧;随着龄期的增加,试件强度逐渐提高,内部湿度降低速率变小,EA的微膨胀效应持续发挥,EA水化生成AFt、Ca(OH)2、Mg(OH)2 晶体，这些膨胀产物可以改善试件内部孔隙结构,从而达到后期补偿收缩的作用。总体来看,EA掺量不宜低于6%。

EA6%组试件28d的微观形貌见图6。

结合图 2、图 6可知,EA的掺加使得水泥石在28 d龄期时内部孔隙被六方片状Ca(OH)2晶体和六方柱状Mg(OH)2晶体形成的簇团填充。与基准组相比,掺 6%EA 组试件的Ca(OH)₂和Mg(OH)2特征峰更显著。

2.4 膨胀剂对力学性能的影响

EA 掺量对砂浆试件强度的影响如图7所示。

由图 7(a)可知,随着EA掺量的增加,试件各龄期的抗压强度基本呈降低趋势。EA在水化早期同时具有加剧收缩和生成膨胀性产物的特点,导致试件内部体积变化不均匀，从而加剧微观结构损伤;

而随着水化进程的发展,EA持续微膨胀作用改善了试件内部孔隙结构,提高了密实度8;但当EA掺量过高时9,试件内部生成的膨胀性产物过多,会对微观结构产生不利影响,试件的抗压强度较基准组依然有所下降。

由图 7(b)可知,随着EA掺量的增加,试件7d内的抗折强度逐渐降低,7d后抗折强度基本呈先略微增加后降低的趋势,当EA掺量为6%时,试件28 d和 56 d抗折强度分别达到7.9 MPa、9.0 MPa，接近甚至超过基准组。可见,EA掺量过低对试件内部孔隙结构的优化作用不足,而掺量过高又会导致试件内部变形不均,从而引发微观结构损伤,综合来看,EA 的适宜掺量为6%。

2.5 SRA与EA复掺对干燥收缩的影响

SRA与 EA复掺对砂浆试件干燥收缩的影响如图8所示。

由图8可知，当SRA与EA掺量均较低时,二者对试件干燥收缩的抑制效果优于单掺;随着 SRA与EA掺量的增加,试件早期干燥收缩增加,21d内均高于基准组,接近或高于单掺组,21~90d试件的干燥收缩低于基准组，接近或略优于单掺组。SRA对试件早期干燥收缩的降低作用显著，而EA对后期干燥收缩的降低作用显著;SRA与EA 复掺后,试件内部水化进程更为复杂,低热水泥本身早期水化反应速率较低,而 SRA 能降低试件内孔隙溶液的表面张力,减少毛细孔负压,同时对水化硅酸钙的生成起延缓作用，但对EA引入的铝酸盐的缓凝作用效果不足,导致早期水化产物生成量增加,大量消耗水分,又增大了毛细孔负压;同时,SRA减少了水分的蒸发，弥补了EA因早期缺水无法生成膨胀产物的问题，使得EA在后续水化过程中有足够的水进行反应来补偿收缩。

2.6 SRA与EA复掺对力学性能的影响

图9为 SRA与EA复掺对砂浆试件力学性能的影响。

由图9可知,随SRA 与EA掺量的增加,试件各龄期抗压强度降低,28d内抗折强度也随掺量的增加而降低,56d时接近基准组,SRA 与EA复掺对试件抗折强度的降低作用小于抗压强度。由前文分析可知,SRA对试件各龄期的强度均有负面影响，虽然 EA 的微膨胀效应能够在一定程度上改善试件内部的孔隙结构0,但在SRA 的缓凝与提高毛细孔内残余水的作用下,7d后试件含水量充足，水化产物生成量提高，试件内部体积变化不均匀引起微观结构损伤,这对抗压强度的降低作用逐渐增大。综合来看,SRA0.5%+EA2%组试件的力学性能相对较好。

SRA0.5%+EA2%组试件的28d微观形貌如图10 所示。

结合图 2、图10可知,试件的微观形貌结构致密,六方片状Ca(OH)2晶体和六方柱状Mg(OH)2晶体形成的簇团与凝胶体交互在一起，细化了孔径，且Ca(OH)₂晶体相较于基准组和单掺组显著减少，Ca(OH)₂和 Mg(OH)2的特征峰也有所减弱。综上,从控制干燥收缩的角度来看,SRA0.5%+EA2%组试件各龄期的干燥收缩均低于基准组。过高的掺量会导致 SRA 与EA互相干扰,从而影响实际减缩效果。

3 结论

(1)随着SRA掺量的增加,其对低热水泥砂浆干燥收缩的抑制效果先增加后降低，低热水泥砂浆的抗压强度和抗折强度均逐渐降低,SRA单掺时掺量不宜超过 2%。

(2)随着EA掺量的增加,其对低热水泥砂浆早期干燥收缩的抑制效果不理想，但对后期干燥收缩的抑制效果逐渐增加,低热水泥砂浆各龄期的抗压强度基本呈降低趋势,7d内的抗折强度逐渐降低,7d后抗折强度基本呈先略微增加后降低的趋势。EA 单掺时掺量宜为6%。

(3)SRA与EA 复掺时,在低掺量下(SRA0.5%+EA2%)具有较佳的抑制干燥收缩效果,且对低热水泥砂浆力学性能的负面影响较低;复掺掺量越大，SRA与EA交互干扰，对低热水泥砂浆干燥收缩的控制效果及力学性能越不利。