高强补偿收缩胶凝材料与高效减水剂的相容性机理研究

With the increasing application of high-strength shrinkage-compensating concrete for its excellent impermeability and anti-cracking in wider fields of construction, coordinating shrinkage-compensating cementitious materials and superplasticizer becomes one of the key techniques for the high-strength shrinkage-compensating concrete production. . First, the excess sulphates from expansion agents make application environment of superplasticizer more complex, thus significantly influence the adsorption-dispersion of superplasticizer; Second, the hydration of expansion agents and gypsum in the expansion agents change the early hydration of cementitious materials, thus affect the dispersion stability of paste. Third, superplasticizer will not only change the hydration of expansion agents, also can change ettringite (the main hydration product of expansion agents) formation, thereby restricting its shrinkage compensation. . Existing research results on the compatibility of shrinkage-compensating cementitious materials and superplasticizer are insufficient. This Research intends to investigate systematically the effect of expansion agent and superplasticizer on the compatibility of materials, and its mechanism is discussed from the views of hydration of cementitious materials and adsorption of superplasticizer.

随着高强补偿收缩混凝土因优异的抗裂抗渗性能在桥梁合拢段、大体积混凝土、超长结构无缝施工以及钢管核芯混凝土等领域的应用日益增多，协调补偿收缩胶凝材料和高效减水剂的相容性成为配制高强补偿收缩混凝土的关键技术。. 随着膨胀剂的掺加，减水剂的应用环境更加复杂，引入的过量硫酸盐会显著影响减水剂的吸附-分散作用，且膨胀剂自身水化和膨胀剂中的石膏均会影响胶凝材料的早期水化进程，进而影响浆体分散稳定性。另一方面，减水剂不仅可以提高膨胀剂自身水化对自由水分的敏感性，而且会改变膨胀产物钙矾石的形成过程，进而制约膨胀剂收缩补偿作用的发挥。. 现有的国内外研究成果对补偿收缩胶凝材料与减水剂这一特定体系相容性的研究尚不系统。本课题旨在探讨膨胀剂和减水剂双因素耦合作用下对体系相容性指标的影响规律，并从胶凝材料体系的水化特性、减水剂的吸附特性探讨体系相容性变化的微观机理。

收缩补偿是控制混凝土结构开裂的重要手段。本项目对目前大量使用的硫铝酸钙类(A)、硫铝酸钙类-氧化钙类(AC)以及新型的MgO类膨胀剂(MEA)对塑化浆体流变特性的影响开展研究。重点研究膨胀剂种类及掺量对流变性经时发展、吸附分散性能、早期水化反应过程的影响；确定其水化动力学；本项目还探索了复掺六偏磷酸钠和聚羧酸减水剂用于掺MEA混凝土流变性调控的可能性，对比纳米级及微米级MgO作为膨胀剂对混凝土性能的影响。研究结果表明：掺AC或A对净浆流动性有改善作用，减水剂吸附量与粘度呈负相关；膨胀剂中的硬石膏会促进初期减水剂吸附，低掺量组表现为剪切变稀，但之后膨胀产物尤其是钙矾石大量生成会提高塑性粘度和屈服应力，表现为剪切增稠；而高掺量组一直为剪切增稠。AC或A会降低砂浆流动性，且随时间和掺量的增大而越发显著。砂浆初始粘度均小于纯水泥组，之后的粘度差异与水化反应速率及产物形貌有关，整个过程表现为剪切增稠的胀塑性流体。MEA吸附减水剂的能力明显强于水泥，加入后会使塑化浆体流动性变差。而六偏磷酸钠的加入可以显著改善流动性和强度，掺量提高作用效果更显著，适当掺量下对膨胀无明显不利影响。掺3种膨胀剂有利于提高耐久性。掺AC或A会缩短水泥诱导期的时间，使第二放热峰出现时间提前，且掺量越大效果越显著；掺AC比掺A水化放热速率更快，但最终放热量掺A组更高。随着减水剂掺量增加，膨胀剂对水化过程的促进作用会被减水剂的缓凝作用逐渐削弱，但即使在饱和掺量下，仍未抵消膨胀剂对水泥水化的促进效果。减水剂掺量的提高会影响早期的膨胀和强度，对中后期影响可以忽略。纳米级MgO因其较大的比表面积和表面能，对流动度影响更显著，而六偏磷酸钠仍有明显改善效果。研究结果是对膨胀混凝土的工作性调控技术的有益补充，推动其在更广泛领域中应用，部分已在实际工程中得到证实。