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SRA減縮劑濃度對溶液表面張力、砂漿凝結時間、水泥水化的影響（一）
來源：材料導報 瀏覽 923 次 發布時間:2024-11-27
混凝土的可塑性、較高的耐久性、強度的可設計性、低成本性質使得其成為當前應用最廣泛的建筑材料。然而，混凝土容易因自干燥和環境溫濕度差異而產生裂縫，這種現象在界面過渡區尤為明顯，在加載前此處可能已經開裂。裂縫的產生情況與膠凝材料的用量和種類、水膠比、骨料的種類和級配、養護條件、外加劑相關，若設計不當會使得裂縫數量和尺寸增加，從而降低混凝土的耐久性。
混凝土加載前的裂縫主要是由骨料與漿體的收縮差異和漿體的過度收縮引起的，裂縫的產生主要取決于收縮應力與混凝土抗拉強度的關系。纖維和膨脹劑的使用可以減少混凝土收縮，提高其抗拉強度，從而降低開裂風險，但這樣會降低新拌混凝土的流動性，對制備技術和養護條件都有更高的需求。而減縮劑（SRA）不僅可以顯著降低混凝土收縮，而且使用方法十分簡單，使得其應用越來越廣泛。
SRA是表面活性劑的一種，與水混合時可以降低液體的表面張力，從而顯著降低混凝土因干燥或自干燥失水時產生的毛細應力和收縮應變。SRA由一個親水性（極性）頭部和一個疏水性（非極性）尾部共價鍵鍵合而成。如圖1所示，SRA可以吸附在混凝土孔隙溶液中的非極性界面上（即液氣界面），從而使得其表面張力降低，這是因為親水頭部被極性、含有氫鍵的溶劑（如水）和含有相反電荷的表面吸引，而疏水尾部被非極性碳氫鏈（如烷基鏈）、非極性溶劑（如油）吸引，被極性分子排斥。
SRA除了降低混凝土收縮外，也有一些負面作用。已經有許多研究表明，SRA會降低水泥的水化速度，延長混凝土的凝結時間，對混凝土強度產生不利影響。此外，SRA還會導致混凝土攪拌過程中夾帶的空氣量減少，降低混凝土的抗凍能力。
圖1表面活性劑（兩親性）分子與極性溶劑（如水）的相互作用
盡管對SRA會阻礙水泥水化進程的認識已基本形成共識，但是有必要探討這種負面影響的來源，為后續SRA的設計和降低這種負面影響提供一定的參考。
為此，本工作以主要成分為二乙二醇單丁醚的SRA為研究對象，首先證實了SRA對水泥水化放熱、水化程度和砂漿抗壓強度的不利影響，再對比SRA對去離子水、合成孔隙溶液表面張力的作用，然后通過提取孔隙溶液研究了SRA對砂漿內部離子濃度造成的差異，分析了SRA與水泥的相互作用機理。該研究表明，采取兩步混合的方式延遲摻入SRA,可以減輕SRA對水泥水化的負面影響。
1實驗
1.1原材料
采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其化學組分見表1,骨料為ISO標準砂。
表1水泥的化學組成（質量分數，%）
試驗所用的減水劑（SP）和減縮劑（SRA）由重慶科之杰公司提供，其對應的種類分別為PointS型聚羧酸SP和聚醚型SRA,它們的固含量分別為45%和75%,SP的減水率可達29%,具體性能見表2.本研究所用SRA的化學組成見表3.
表2減水劑和減縮劑的性能
表3SRA的化學組成
1.2試驗方法
1.2.1砂漿抗壓強度與凝結時間
砂漿的凝結時間和抗壓強度參照JGJ/T702009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》測定。每組均重復實驗三次，結果取其算數平均值。
1.2.2漿體的水化熱和水化程度
采用TAMAir八通道微量熱儀測試水泥凈漿96h內的水化熱。用非蒸發水燒失量測試值來估算水泥的水化程度。
假設漿體為均質系統，根據以下方程式確定不可蒸發的水含量：
1.2.3溶液表面張力
首先制備由0.35mol/L的KOH、0.05mol/L的NaOH和去離子水組成的合成孔溶液，再制備由SRA和去離子水或合成孔溶液組成的具有不同濃度SRA的液體，然后采用表面張力儀測試液體表面張力。
1.2.4砂漿孔隙溶液中離子濃度
采用壓孔溶液法獲取水泥凈漿內部孔溶液，用等離子耦合發射光譜儀（ICP）測試Na+、K+、Ca2+濃度，用ICS600離子色譜儀測試SO42-的濃度，并用酸滴定測試OH-的濃度。
實驗中還需要測試K2SO4的溶解速度：將100g溶劑緩慢加入到含有4.26gK2SO4粉末的塑料容器中。這里的4.26g是W/B=0.3時水泥漿體中每100g水中對應的有效K2SO4總量（用水泥的化學組分中K2O當量計算得來）。容器中配備不銹鋼電極，以測量溶液的電導率。
σ=J/E（3）
式中：σ為電導率（S/m），J為電流密度（A/m2），E為電場強度（V/m）。由于離子的電荷數是一定的，由單位面積離子通過的量即可推算出有多少離子參與導電，再結合電離常數，即可推算出K2SO4的實際濃度。
1.3配合比設計
制備四組砂漿，B、D組中的水用SRA按照5%（質量分數）進行替換。B組中的SRA與水混合后直接加入水泥中攪拌，A組除不含SRA外與B組一致。而C、D組分兩步混合，C組先只加入95%的水進行攪拌，完成后用塑料薄膜覆蓋攪拌鍋靜置15min,然后加入余下的水以中速攪拌3min,D組與C組唯一不同的地方在于先加入95%的水，最后加入的是余下5%的SRA,具體如表4所示。
表4砂漿配合比（g）