摘 要：本文通过比较减缩剂对硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、煤矸石水泥和复合水泥净浆自收缩的减缩效果，研究了减缩剂与水泥的适应性。结果表明：减缩剂与水泥有较好的适应性。并讨论了影响减缩剂与水泥适应性的因素：水泥的矿物组成和细度、混合材的种类、水泥的碱含量等。
关键词：减缩剂 自收缩 适应性
中图分类号：TQ172.4+6
Study of Compatibility Between Shrinkage Reducing Agent and Cement
Abstract: In this paper the compatibility between SRA and cement is studied by comparing the shrinkage reducing effect of shrinkage reducing agent (SRA) in neat cement, fly ash cement, coal-gangue cement and blended cement paste respectively. Experiment results show that SRA and cement has better compatibility. In addition, such factors as mineral compositions and fineness of cement, type of cement admixtures and alkali content of cement is discussed in terms of effect on compatibility.
Key words: SRA; Autogenous shrinkage; Compatibility
近年来高性能混凝土在高层建筑、大跨桥梁、海上建筑和高速公路等建设中使用愈来愈普遍，由于高效减水剂和矿物质超细粉掺合料等的使用，高性能混凝土的自收缩和干燥收缩值增加，早期尤为明显。收缩值增大必然引起混凝土开裂的几率增加。混凝土的收缩裂缝问题一直困扰着材料和工程界。国内外采取了各种各样的方法来减小收缩，如在混凝土搅拌时掺入膨胀剂[1]、纤维[2]、减缩剂[3-5]和改善养护条件等。由于减缩剂在减少混凝土的自收缩和干燥收缩方面的突出作用，著名的学者S P SHAH把混凝土减缩剂列为预防混凝土收缩开裂的两个措施(纤维增强和混凝土减缩剂)之一[6]。日本早在20世纪80年代就开始从事减缩剂的研究，第一种减缩剂于1982年由日产水泥株式会社和三洋化工株式会社研制成功，并于1982年取得专利。随后，日本和美国的众多学者对这一领域进行了广泛深入的研究，产品在厂房、道路、桥梁、隧道、水池和堤岸等许多工程中加以应用，取得了较好的效果。我国关于减缩剂的研究和报导始于20世纪90年代，由于减缩剂的成本较高，一直没有得到推广应用。但随着混凝土工程裂缝控制的迫切需要，以及减缩剂研究技术和产品性能的进一步提高，减缩剂这一新型水泥基材料外加剂定将得到越来越广泛的应用。近年来对减缩剂性能的研究很多，重点在减缩性能和对水泥基材料强度的影响等方面，对减缩剂与水泥的适应性研究较少。
1 实验
1.1 原料
硅酸盐水泥（Neat cement，NC），硅酸三钙（3CaO•SiO2, C3S）的质量分数高达70.53%，硅酸二钙（2CaO•SiO2, C2S）的质量分数为9.58%，铝酸三钙（3CaO•Al2O3, C3A）的质量分数为7.82%，铁铝酸四钙（4CaO•Al2O3•Fe2O3, C4AF）的质量分数为10.06%，f-CaO的质量分数0.27%；
粉煤灰水泥（Fly ash cement，FC），硅酸盐水泥复合30%活化粉煤灰磨制而成；
煤矸石水泥（Coal-gangue cement，CG），硅酸盐水泥复合30%活化煤矸石磨制而成；
复合水泥（Blended cement，BC），硅酸盐水泥复合10%活化煤矸石、10%活性粉煤灰和10%矿渣磨制而成。
实验用主要原材料的化学成分如表1所示。
1.2水泥净浆早期自收缩值的测定[8]
水泥净浆自收缩测量仪如图1所示，测量仪是一个水平放置的钢结构支架，一端固定一个千分表(精确到0.001mm)。 
试件采用Φ25mm×300mm的波纹管 (每组3条试件)，水灰比为0.30，将搅拌好的浆体通过振动的方法装入塑料波纹软管内，两端用塑料塞密封，由于物料刚注入波纹管内时比较软，所以必须将试样置于V型槽内，以保证试样不会弯曲变形。将试件置于20℃恒温的环境中养护，初凝后10min测量初始长度L0，到预定龄期测定试件长度Li。
水泥基材料的收缩率 ，其中：L为试件的有效长度，L =250 mm。
1.3 水泥净浆长期自收缩值的测定
试件采用10 mm×10 mm×40 mm六联试模成型(每组6 条试件)，试模两端装有测头。水灰比按照标准稠度用水量的实验结果确定。试件成型后经标准养护(24±2) h 后脱模，测定其初始长度 L0，然后将试件放入20℃中密封养护至预定龄期后，测定试件长度Li。试件的长度变化值 ，其中：L为试件的有效长度，L =35 mm。
2 实验结果与讨论
2.1 减缩剂对不同种类水泥净浆早期自收缩性能的影响
减缩剂为二元醇醚类非离子表面活性剂，掺量为水泥量的2%，利用波纹管法测定其对硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、煤矸石水泥和复合水泥净浆早期自收缩性能的影响，结果见图2和图3。减缩剂在硅酸盐水泥净浆中5h前减缩率为40～60%，5h后减缩率稳定在75%以上；粉煤灰水泥净浆中前2h的减缩率为70～75%，2h后稳定在80%以上；煤矸石水泥净浆中前3h的减缩率为30%左右，3h后稳定在55%以上；复合水泥净浆中前2h的减缩率为60～65%，2h后稳定在70%以上。
图4和图5为减缩剂对硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、煤矸石水泥和复合水泥净浆长期自收缩性能的影响。减缩剂在硅酸盐水泥净浆中14d时减缩率为45%，60d后减缩率稳定在30%以上；粉煤灰水泥净浆中前14d的减缩率为52%，60d后稳定在40%以上；煤矸石水泥净浆中前14d的减缩率为43%左右，60d后稳定在30%以上；复合水泥净浆中前14d的减缩率为38%，60d后稳定在35%以上。
由此可见，减缩剂均能够大幅度的降低各种水泥净浆早期和长期的自收缩，减缩剂在各种水泥净浆中的减缩效果有一定的差异，但差别不大，即减缩剂对水泥有较好的适应性。
影响减缩剂与水泥适应性的因素有：水泥的矿物组成和细度、混合材的种类、水泥的碱含量等。
硅酸盐水泥浆体中的减缩剂一部分吸附在水泥熟料、辅助性胶凝材料和水化产物等的表面，另一部分溶解在水泥浆体的孔溶液中。毛细管张力学说认为：减缩剂可以降低水泥基材料中毛细孔和凝胶孔中液相表面张力，毛细孔和凝胶孔中水分消耗时产生的附加压力也随之减小，从而减小水泥基材料的自收缩。因此，溶解在毛细孔和凝胶孔溶液中的减缩剂才对自收缩起作用。
通过水泥熟料矿物成分C3S、C2S，C3A和C4AF对表面活性剂分子的等温吸附的研究证明，熟料颗粒吸附表面活性剂的顺序为：C3A>C4AF>C3S>C2S，可见，铝酸盐对表面活性剂分子的吸附程度最大。水泥的细度对减缩剂的吸附也有影响。水泥颗粒越细，其比表面积越大，对减缩剂的吸附量也越大。近年来，减缩剂由原先的阴阳离子型表面活性剂向非离子型表面活性剂发展，由于非离子表面活性剂在水溶液中不是以离子状态存在，在水泥颗粒表面的吸附量要小于阴阳离子型表面活性剂。蒋长清[9]的实验结果表明：聚丙烯酸盐类减缩剂在水泥颗粒表面的吸附率为4.23%。另外，不同种类的混合材对减缩剂的吸附能力也有差异。
水泥的碱含量影响浆体孔溶液的碱度，另外水泥中大量的粉煤灰、矿渣和煤矸石的掺入能够降低浆体孔溶液的碱度[10,11]。于继寿等[12]的研究表明：减缩剂在水中和饱和Ca(OH)2溶液中的表面活性作用基本相同，孔溶液的碱度对减缩剂的表面张力影响不大，即减缩剂对碱性环境有较好的适应性。
3 结论
（1）减缩剂均能够大幅度的降低各种水泥净浆早期和长期的自收缩，减缩剂在各种水泥净浆中的减缩效果有一定的差异，但差别不大，即减缩剂对水泥有较好的适应性。
（2）影响减缩剂与水泥适应性的因素有：水泥的矿物组成和细度、混合材的种类、水泥的碱含量等。
（3）减缩剂是近年来发展起来的新型的水泥基材料外加剂，除减缩性能外，对减缩剂的其他性能研究的不是很多，尤其在减缩剂与水泥的适应性方面研究很少。随着高性能水泥材料的广泛使用，减缩剂越来越受到关注，成为目前材料与工程界研究的热点。所以对减缩剂各方面性能的研究越发显的重要。
