混凝土路面用养生剂

混凝土路面施工用养生剂的技术指标

注：
①有效保水率试验条件：温度 38 ℃± 2 ℃ ；相对湿度 32 ％± 3 ％；风速 0.5 ± 0.2m /s ；失水时间 72h ；
②抗压强度比也可为弯拉强度比，指标要求相同，可根据工程需要和用户要求选测；
③在对有耐磨性要求的表面上使用养生剂时为必检项目；
④露天养生的永久性表面，必须为不溶；在要求继续浇筑的混凝土结构上使用，应使用可溶，该指标由供需双方协商。  

小型机具施工配套机械、机具配置

一、配方原则
　　为达到较好的养护效果，在混凝土浇筑后，必须有效地防止其内部水分损失。为此，一方面，养护剂必须具有良好的成膜性能，能够在混凝土表面形成不透水的薄膜，防止表面水分蒸发；另一方面，养护剂必须具有一定的渗透性，能够与表层混凝土发生化学反应，堵塞孔隙使水分子迁移困难。为保证良好的施工性能，养护剂必须具有一定的黏度、稳定性，并且不影响混凝土工程的进一步施工。根据这些原则，选用水玻璃为主要成膜材料，加入其他化工原料进行改性，按正交实验确定的配方配制成养护剂。
二、养护剂技术性能
　　主要原材料为水玻璃、水、三乙醇胺、尿素、氟硅酸钠等，按照试验确定的配方，配制成比重为 1. 1 ～ 1 .2g /mL 的养护剂。该养护剂的主要技术性能如下所示：外观：半透明液体；稳定性：不分层；含固量： 20% ；成膜时间： 15min ；保水率（ 72h ）： 78% ；对混凝土无副作用。
三、养护机理
　　水泥的早期水化，主要是铝酸三钙（ 3CaO · Al2O3 即 C 3 A ）水化成水化铝酸钙，硅酸三钙（ 3CaO · SiO2 即 C 3 S ）水化成水化硅酸钙及氢氧化钙：
2 （ 3CaO · Al2O3 ）＋ 21H2O → 4CaO · Al2O3 · 13H2O ＋ 2CaO · Al2O3 · 8H2O（ 1 ）
2 （ 3CaO · SiO2 ）＋ 7H2O→ 3CaO · 2SiO2 · 4H2O ＋ 3Ca(OH)2 （ 2 ）
(1) 中的物质进一步反应为：
4CaO · Al2O3 · 13H2O ＋ 2CaO · Al2O3 · 8H2O → 2 （ 3CaO · Al2O3 · 6H2O）＋ 9H2O （ 3 ）
尿素在养护剂中作为分散稳定剂，促进硅酸钠迅速溶于水并起稳定作用，促进水玻璃形成的液膜向混凝土内部渗透。硅酸钠能与上述水化产物中的氢氧化钙、水化铝酸钙等发生反应：
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 ）
三乙醇胺作为有机表面活性剂能激化水泥中的铝酸三钙（ C 3 A ）和铁铝酸四钙（ C 4 AF ）及砂石中的氧化铝与部分钙矾石的微细晶体，填充混凝土中的小空洞，这一过程可以加速水化硅酸钙凝胶物（ C — S — H ）的产生：
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 ）
氟硅酸钠加入水玻璃溶液中，起到改性水玻璃的作用，发生化学反应的生成物 Ca 3 A 12 F 12 、 CaSiF 6 、 CaSiO 3 均为坚硬的化合物，而 Si(OH) 2 、 Si(OH) 4 均为胶体。其中氟铝酸盐、氟硅酸盐等氟化物的作用是把水泥中具有柔性侵蚀能力的石灰组分转化为硬化的、不会被破坏的氟化合物，封闭混凝土表面上水分散失的通道。
当养护剂喷涂在混凝土表面时，一方面在混凝土表面形成不透水的薄膜，防止水分蒸发；另一方面，在表层的一定渗透层范围内发生上述化学反应，并形成一层坚实的薄膜，堵塞混凝土中的毛细孔，阻止水泥中自由水过早过多地蒸发，使水泥可依靠自身的拌和水充分水化，达到自养的目的。
四、养护剂技术性能实验
1 、养护剂薄膜厚度与密封性观察检验
在玻璃板上喷洒标准剂量 200g / ㎡养护剂，制成风干的薄膜。观察成膜后养护剂的厚度均匀，能够形成封闭的密水薄膜，无漏水汽的孔隙。
2 、检验及工程应用
（ 1 ）原材料
水泥：天津振兴水泥厂生产的普通硅酸盐水泥 P.O42.5 ，实测 3d 抗折和抗压强度分别为 5.3Mpa 和 26.7Mpa ； 28d 抗折和抗压强度分别为 8.8Mpa 和 49.9Mpa ；碱含量≤ 0.6% 。
砂：辽河砂，细度模数 M x =3.05, 含泥量 1.3% ，氯化物含量 0.01% ，云母含量 0.2% ，轻物质含量 0.1% ，硫化物含量 0 ，坚固性 6 ；快速碱活性试验 14 天膨胀率 0.07% ，无潜在碱 - 硅酸反应危害。
碎石：采用乐山碎石，粒径为 0 ～ 40 ㎜连续级配，压碎值 4.8% ，氯化物含量 0.01% ，硫化物含量 0 ，坚固性 3 ；快速碱活性试验 14 天膨胀率 0.09% ，无潜在碱 - 硅酸反应危害。
外加剂：采用哈尔滨永吉外加剂厂生产的复合外加剂—— KZ 型引气抗折增强外加剂。
（ 2 ）混凝土配合比
根据混凝土设计强度要求，经过配合比计算和试配调整，最后确定混凝土的配合比为：水 : 水泥 : 砂 : 碎石 :KZ 型外加剂 =0.40:1:1.96:4.45:0.02 。
（ 3 ）保水有效率试验
采用 60L 混凝土标准单卧轴强制式搅拌机，标准振动台， 150 ㎜× 150 ㎜× 150 ㎜立方体塑料试模，混凝土塌落度为 40 ㎜。成 20 块 5 组试件。一组试件不喷涂养护剂，作为基准试件；其余 4 组分别喷涂养护剂 200g / ㎡、 250g / ㎡、 300g / ㎡、 350g / ㎡。将 5 组试件放在环境控制箱内（试验温度 38 ± 2 ℃ ，相对湿度 32% ± 3% ，风速 0.5 ± 0.2m /s ） 72h 后，用电子天平（感量 0.1g ）称取水分损失量。保水率试验结果如表 2 所示，喷涂养护剂后，混凝土试件的有效保水率都在 80% 以上。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表 2 保水率试验结果

（ 4 ）抗压强度比试验
按上述配比拌制混凝土，用 100 ㎜× 100 ㎜× 100 ㎜的试模成件，在养护室（温度为 20 ± 5 ℃ ）
养护 1d 后脱模，放入密封塑料袋中，用密封胶带对齐试件表面沿侧面将塑料袋粘贴密封。在成型面上分别喷涂养护剂 200g / ㎡、 250g / ㎡、 300g / ㎡、 350g / ㎡，待表面干燥后将试件置于干空室（温度为 20 ± 3 ℃ ，湿度为 60% ± 5% ）。对比试件放置在标准养护室进行养护。抗压强度比的试验结果如表 3 所示，喷涂养护剂后，混凝土试件的 7d 、 28 抗压强度都在 90% 以上。
　　　　　　　　　　　　　　　　　 表 3 抗压强度比的试验结果

（ 5 ）养护剂的固含量试验
养护剂的固含量试验结果如表 4 所示，固含量超过 20% ，达到 23.54% 。

表 4 养护剂的固含量

（ 6 ）耐磨性试验
用 150 ㎜× 150 ㎜× 150 ㎜的试块养护至 27d 后，从干空室取出，然后进行耐磨性试验（ MS-250 型混凝土磨耗实验机），用 28d 的磨损量表示其耐磨性能，试验结果如表 5 所示。

表 5 28d 的磨损量试验结果

喷涂养护剂后，混凝土试件的耐磨性能都明显的提高，但喷涂量大的 300g / ㎡和 350g / ㎡两组试件提高的耐磨性能没有明显的区别。笔者认为可能是由于喷涂量过大时参与养护剂反应的道面混凝土与渗透深度之间变化不大所致。
（ 7 ）养护剂的干燥时间试验
养护剂的干燥时间试验结果如表 6 所示。

表 6 养护剂的干燥时间试验

（ 8 ）强度检测
在混凝土表面抹平压光，轻压无指印时，采用喷雾器喷洒配制的养护剂，喷头距混凝土表面 30 ～ 50 ㎝左右，分两遍喷洒，方向互相垂直，喷洒 350g / ㎡进行养护。在 28d 进行钻芯取样（ HZ -20A 型自动混凝土钻孔取芯机）进行强度检测，并于同批浇注时留取的试件（ 150 ㎜× 150 ㎜× 550 ㎜标准养护室养护）强度对比如表 7 。喷洒养护剂的混凝土芯样强度都在标准养护室养护试件的强度 94% 以上。

表 7 标样试件强度与芯样强度对比

六、结语
在使用过该养护剂的混凝土板上洒水观察，看不到细微裂纹或发丝裂纹的出现，达到了 - 很好的养护效果。配制该养护剂原料丰富，配制工艺简单，施工方便，具有很好的成膜性和一定的渗透性，混凝土表面硬化快，耐磨性强，加快施工进展，对混凝土的养护和提高耐久性很有效。

混凝土养生防裂剂

　　近年来，混凝土技术发展很快，但混凝土受到约束时，当温度、混凝土收缩等因素产生的拉应力大于混凝土极限抗拉强度，混凝土就会被拉裂而产生裂 缝。 混凝土裂缝问题已经成为当前土木工程的热点和难点。实践表明，商品混凝土、大体积混凝土及其构件出现的早期裂缝，很大部分是由于养护不当导致混凝土干缩太快引起的。特别是近年来，一方面，大批港口、高速公路和机场相继开工，桥墩、路面、机场跑道等大型混凝土工程养护由于缺水显得尤为困难；另—方面，高层建筑的兴起使得高层建筑立面与复杂构件难以喷水或覆盖养护，大体积混凝土底板、楼板、侧墙易于失水，混凝土表面容易形成许多干缩小裂缝。因此，迫切需要研究一种施工方便，费用低廉，既能替代浇水养护又具有良好防裂效果的混凝土养护新材料。
　　 自 20 世纪 70 年代以来，美国、日本和法国等国家开发出可供不同施工场合和技术要求选用的系列养护剂，并大量用于新浇混凝土的养护，具有明显的技术经济效益。近年来，我国也开始重视混凝土养护剂的开发与研究。目前市场上销售的混凝土养护剂主要有水乳型和溶剂型 2 大类，前者如石蜡乳液、沥青乳液、氯偏乳液等。后者如过氯乙烯溶液、松香溶液、树脂溶液等。这 2 类养护剂的发展有局限性，水乳型的生产工艺较烦琐，成本也较高 ; 溶剂型气味大、有毒，易燃。同时这 2 类养护剂都属于成膜型养护剂，养护机理主要是在混凝土表面成膜，减少混凝土内部水分蒸发。虽然能减少收缩，但不能提高混凝土表面强度，有的甚至影响混凝土表面强度，防裂效果有限。因此，我们开展了既有良好防裂效果又可以代替混凝土浇水养护的混凝土养生防裂剂的研发。

1 混凝土养生防裂剂的配方研究
　　 为了达到良好的养护防裂效果，养生防裂剂的配方应符合两方面要求。一方面，养生防裂剂需要有良好的成膜性能，能够形成密封不透水的薄膜，防止混凝土表面的水分蒸发。另一方面，养生防裂剂必须具有—定的渗透性能，能够与表层混凝土发生化学反应，堵塞孔隙使水分子迁移困难。同时，养生防裂剂应不影响与新旧混凝土的粘结，以及与砂浆的粘结，且不形成明显界面。综合以上因素，我们选择无机硅酸盐溶液为养生防裂剂的主要组分。无机硅酸盐本身可以成膜，同时还能与水泥的水化产物发生化学反应，生成难溶物质，阻塞混凝土表面孔隙，提高混凝土表面强度。
　　 但是，单纯的无机硅酸盐溶液作为养生防裂剂还存在着很多问题，比如渗透性和稳定性差等，因此，我们在无机硅酸盐溶液中加入其它有机物质以及润湿剂、稳定剂等表面活性剂进行改性，研制出各项综合性能优良的混凝土养生防裂剂。

2 混凝土养生防裂剂的基本性能
　　 我们参考 JC901 — 2002 《水泥混凝土养护剂》，测试了混凝土养生防裂剂的性能，结果见表 1

表 1 混凝土养生防裂剂的基本性能

　　由表 1 可见，混凝土养生防裂剂具有合适的成膜时间，良好的成膜耐热性，成膜后浸水不溶解，可以用于露天养护。混凝土养生防裂剂还具有良好的储存稳定性。

3 混凝土养生防裂剂对混凝土性能的影响
3.1 不同方法养护的混凝土抗压强度对比试验
　　 抗压强度是衡量混凝土性能最重要的指标之一，为了评价混凝土养生防裂剂对混凝土抗压强度的影响，我们进行了不同养护方法的对比试验。采用 42.5 级普通硅酸盐水泥、中砂及粒径 10~ 30mm 的卵石，用量分别为：水泥 31 0 ㎏ /m 3 、中 砂 67 0 ㎏ /m 3 、卵石 1226kg /m 3 ，用水量满足混凝土坍落度为 30~ 50mm 。按照 GB/T50081 — 2002 《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定成型 4 组混凝土试块，分别采用标准养护、自然养护、浇水养护和喷洒混凝土养生防裂剂养护。养护至规定龄期后测试其抗压强度，结果如表 2 所示。

表 2 不同方法养护的混凝土抗压强度对比

　　由表 2 可见，喷混凝土养护防裂剂的试块强度比自然养护高得多，与浇水养护相当，略低于标准养护， 7d 、 28d 抗压强度均能达到标准养护强度的 90 ％以上。说明采用混凝土养生防裂剂养护可以保证混凝土强度，满足混凝土养护的要求。

3.2 保水性试验
　　 混凝土裂缝产生的一个重要原因就是由于混凝土内部水分损失引起的干燥收缩，因此，保水性是反映养生防裂剂的重要性能之一。我们按照前述方法各成型基准和喷涂养生防裂剂混凝土试件 4 组，成型后放入烘箱中养护—定时间，并测试混凝土的水分损失量，以评价养生防裂剂的保水性。烘箱温度 38 ℃ 时试件平均水分损失量比较见图 1 。

图 1 保水性比较

　　从图 1 可知，在 38 ℃ 的烘箱内养护 24h ，喷涂养生防裂剂试件比基准试件失水量减少 45 ％， 72h 失水量减少 30 ％，这充分说明混凝土养生防裂剂有较强的保水能力，能满足混凝土自身养护的要求，保证混凝土强度的正常发展。

3.3 表面耐磨性试验
　　 养生防裂剂可用于公路水泥混凝土路面的养护。公路混凝土路面的耐磨性是其比较重要的性能，同时混凝土的耐磨性也反映了混凝土的表面强度，表面强度越高，对混凝土的抗裂性能越有利。我们参照 JC ／ T421 — 91 《水泥胶砂耐磨性试验方法》进行耐磨性能试验，试件成型后，待其表面无水渍时，分 2 次喷洒养生防裂剂， 28d 后与同条件下分别经标准养护、浇水养护的试件同时做耐磨试验，每组 3 块，取平均值，试验结果如表 3 所示。

表 3 表面耐磨性试验结果

　　表 3 的结果表明，出于养生防裂剂与表层混凝土发生化学反应形成致密的表层，因此使用养生防裂剂养护的试件比分别经标准养护、浇水养护的试件耐磨性能要高。

3.4 混凝土抗渗性能试验
　　 按照 JC 474 — 1999 《砂浆、混凝土防水剂》渗透高度比试验方法，采用上述试验的配合比，成型 2 组试件 , 每组各 6 块。一组喷混凝土养生防裂剂养护，另一组自然养护作为对比，试件均置于室外大气条件下 ,28d 后进行抗渗性能测试。停止加压时对比组中有 4 块渗透，喷混凝土养生防裂剂的试件表面无渗水，各试件渗透高度见表 4 。

表 4 混凝土抗渗试块渗透高度

　　由表 4 可见 , 喷混凝土养生防裂剂的试件平均渗透高度仅为对比组的 86 ％。可见采用混凝土养生防裂剂养护对提高混凝土的抗渗性能有利。

3.5 混凝土收缩性能试验
　　 混凝土的干燥收缩会引起体积变化，而体积变化是产生混凝土裂缝的主要原因之 一。 为了考察养生防裂剂养护对混凝土收缩性能的影响，我们测试了不同方式养护混凝土的收缩率 ( 见表 5) 。

表 5 混凝土试件的收缩率

　　由表 5 可见，采用混凝土养生防裂剂养护的试件各龄期收缩率均小于自然养护时的收缩率，特别是试件早期的收缩比自然养护小很多。这也从侧面说明混凝土养生防裂剂有较好的保水效果，能减少混凝土收缩及由收缩引起的混凝土裂缝。

4 与传统养护方式比较
　　 采用盖草袋、麻片浇水的传统湿养护，不仅耗费大量的人力和物力，而且养护质量也不稳定，对于立面及复杂部位更是难以养护，不能适应现代建筑工业的发展。采用混凝土养生防裂剂养护，可以不受施工场地、构件形状和施工条件的限制，施工操作简便，现场整洁，能保证混凝土的养护质量。采用混凝土养生防裂剂养护还可以节省人力，大幅度降低养护用水，节约成本，有利于保护水资源，社会、经济效益显著。混凝土养生防裂剂养护与传统养护方式进行对比，结果如表 6 所示。

表 6 养生防裂剂养护与传统养护方式进行对比

　　由表 6 可以看出，采用混凝土养生防裂剂养护，每 1000m 2 混凝土路面可以节约用水 3 6 ～ 168t ，节约养护费用 50 0 ～ 3500 元，使用 1t 混凝土养生防裂剂可以节约养护费用 2000~14000 元，节约用水 14 4 ～ 672t ，具有明显的经济和社会效益。