CTF分散性對混凝土性能的影響研究

楊冬，馮漢峰

（1.深圳市東大洋混凝土有限公司龍崗分公司，廣東 深圳518114；2.深圳市東大洋投資集團公司，廣東 深圳518114）

1 前言

CTF增效劑作為一種新型混凝土摻加外加劑已經在一些地區的混凝土生產企業中得到逐步的應用。對于一種新型材料而言，我們對其性能的了解程度還相當的低，不過在逐步的使用過程中，我們也逐漸深化對其性能的了解。在這里我們通過對CTF增效劑使用過程中出現的一些性能做簡要闡述，就CTF增效劑使用的分散原理進行論證研究，并就其在混凝土中通過分散原理所表現出的一些優異性能進行研究。

2 性能

2.1 節約材料及成本

CTF增效劑為一種復合型材料，其中以有機物為主體，其作用機理類似于塑化劑。若用CTF增效劑和萘系減水劑復合使用來分散無機不溶顆粒，其分散效果明顯好于單獨使用萘系減水劑來分散無機不溶顆粒。這樣就使水分子與無機不溶顆粒充分接觸。因此，使用CTF增效劑能有效減少混凝土體系中存在的不水化或水化不充分的現象。

所以，在摻量為混凝土配合比中膠凝材料重量的0.6%～1.0%時，即可以減少水泥用量的10%～15%。而混凝土的成本組成中，水泥的成本約占一半左右，所以10%～15%的水泥的節約對成本節約的貢獻可想而知。

2.2 改善混凝土和易性

由于CTF增效劑的塑化性，所以其塑化效果也非常明顯，這一點從CTF增效劑在使用中若發生超摻現象后混凝土呈現類似于一種多孔的形態即可以證明。所以摻有CTF增效劑的混凝土包裹性明顯變好，抗泌水能力提高，泵送摩擦力減小。

2.3 降低混凝土水化熱

既然CTF增效劑與萘系減水劑復合使用后能有效減少水泥用量，那么單位體積內的水泥顆粒將會減少，降低混凝土水化熱，減少了原來混凝土體系中存在的局部水泥顆粒比重偏大的不均勻現象，從而解決了由這一現象引起的局部水化熱不均勻的問題。所以其從以上兩方面改善了由于混凝土的水化熱偏高或局部水化熱不均勻引起的混凝土結構開裂。這一點對于大體積混凝土，以及長墻、寬板結構部位尤其適用。

2.4 提高抗凍性，抗碳化的能力

從筆者公司得出的實驗數據看，以C30為例，摻加CTF增效劑的混凝土的含氣量由未摻加CTF增效劑的混凝土的含氣量的4.0%上升到5.5%。有效延長了在低溫條件下達到混凝土凍融破壞的臨界飽和度的時間，減少冰凍時混凝土體系中毛細孔中的水對混凝土的膨脹破壞作用。同時，由于單位體積中的有效水泥顆粒的增加，其抗碳化的能力也有所提高。

3 實驗內容

3.1 CTF增效劑與減水劑的復合分散研究

3.1.1 作用機理

水泥水化后，由于離子間的范德華力作用以及水泥水化礦物、水泥主要礦物在水化過程中帶不同電荷而產生凝聚，導致了混凝土產生絮凝結構。減水劑大多屬陰離子型表面活性劑，摻入到混凝土中后，減水劑中的負離子-SO-、-COO-就會在水泥粒子的正電荷Ca2+礦的作用下而吸附于水泥粒子上，形成擴散雙電層(Zeta電位)的離子分布，在表面形成擴散雙電層的離子分布，使水泥粒子在靜電斥力作用下分散，使混凝土流動化。Zeta電位的絕對值越大，減水效果就越好。

但是水泥在水中極易水化，產生的是絮狀水化物結構，且水化后會產生一定的強度，不易清洗和觀察。因此，必須選擇一種與水泥顆粒的離子表面極性相似，且與水泥和減水劑的作用機理相似的物質來替代水泥做分散觀察。經過對大量無機物進行考證，最終我們選擇TiO2作為進行分散實驗時水泥的替代品。

TiO2和水泥在水中的分散機理極其相似。TiO2表面有很多羥基，它能夠吸附極性粒子，使固體表面帶有相同的電荷，因同種電荷排斥而分散。且粒子的比表面能很大，表面收縮而降低表面能，使分散體系穩定化。懸浮在水中的TiO2粒子，在電場的作用下會發生遷移運動，這種現象稱為“電泳”，電泳現象表明TiO2表面是帶電的，其原因是在TiO2粒子與水接觸后，被羥基化的TiO2表面能離解或吸附水中的氫離子或氫氧根離子。

實際上，TiO2在水中分散的過程同水泥一樣也是雙電層形成的過程。若加入一定濃度的高分子分散劑（如混凝土減水劑），由于高分子分散劑中的-COO-或OH-等基團會吸附在TiO2顆粒的表面，吸附一層相反電荷后，構成了雙電層。這種雙電層可以看作是四周被同一電荷所包圍的粒子，當布朗運動使兩個粒子靠近時，相同性質的電荷之間產生斥力，當這種斥力大于范德華引力時，則粒子分開，體系處于分散穩定狀態。鑒于此，我們選擇TiO2作為分散試驗中取代水泥的無機物質。

3.1.2 實驗設計

3.1.2.1 分散性實驗設計

因此，我們選用日常經常使用的C30泵送以及民用建筑中所能使用到的高強度等級C50泵送作為研究對象（表1）。

表1 實驗用配合比 kg/m3

若以C30配合比為研究對象，并且在摻入CTF增效劑以基礎摻量0.6%來計算的話，那么此時的萘系減水劑的摻量為1.8%，并以減少15%的水泥量為基準，此時的CTF增效劑與萘系減水劑的摻量比為1:3。同時由于CTF增效劑的允許摻量范圍為0.6%～1.0%，在高強度等級時，為保證上述2者的比例依然達到1:3，其CTF增效劑摻量相對于0.6%的原摻量必然提高（因萘系減水劑的摻量提高），見表2。

表3中，將水泥加上煤灰的質量均以TiO2來取代，為便于在水溶液中觀察，因此我們將水相對于其他材料擴大10倍。以此來觀察CTF增效劑對混凝土體系分散性的影響，并探討CTF增效劑與萘系減水劑的摻量比的影響。

3.2 應用性設計

經過分散性實驗后，我們應將這其中得出的結論用到混凝土體系的實際使用中。按表3中的配合比進行大量的試配實驗，觀察CTF增效劑對混凝土和易性的影響，通過試件成型觀察其對混凝土強度的影響，并且通過在養護室和室外兩種養護條件下，碳化情況的對比來觀察CTF增效劑對混凝土碳化的影響。

3.3 實驗儀器及材料

（1）100 ml的量筒若干

（2） 500ml的燒杯若干

（3） 200ml燒杯若干

（4） 50 ml燒杯若干

（5） TiO2(俗稱：鈦白粉)，攀枝花鼎星鈦業公司。

（6）廣東塔牌水泥P·O42.5R

（7）廣東東莞產中砂

（8）廣東惠陽產5～25mm碎石

（9）廣東汕頭產Ⅱ級粉煤灰。

（10）廣州市三駿建材科技有限公司產CTF增效劑

（11）深圳五山建材實業有限公司產萘系減水劑

（12）電子稱。

3.4 實驗結果

3.4.1 分散性實驗

經過48小時后觀察各個實驗樣的沉降高度為：

王震副主席是一位中外聞名、已載入史冊的偉人，他卻視我——一名普通的技術人員為朋友。這是我此生最為難得、最為珍貴的際遇。

表4中看出，單純以CTF增效劑作為混凝土的分散劑效果十分不理想，且攪拌完成后即開始出現沉淀，1min后即可以看到明顯分層。圖中實驗樣3沉降量大于實驗樣1，同時實驗樣4沉降量大于實驗樣1，證明CTF增效劑與萘系減水劑復摻的的效果好于單純使用萘系減水劑作為分散劑。表中，實驗樣5的沉降量略好于實驗樣4，CTF增效劑摻量的提高對實驗體系略有影響，但這種影響從這個實驗來看不是十分明顯，有待進一步觀察。

3.4.2 應用性實驗

表2 摻入CTF增效劑后的配合比 kg/m3

表3 TiO2取代粉料量后的試驗配比 kg/m3

表4 分散實驗的沉降高度

在這個實驗中，我們應用表3.2中的設計進行試配工作。我們選取1，3，4，5四個編號進行試驗以觀察摻加CTF增效劑對混凝土的影響（編號2沒摻外加劑不予選取），以及在不同摻量情況下CTF增效劑對混凝土的影響。

表5 試配結果

從表5中的1，3兩個編號的試驗來看摻加CTF增效劑會使混凝土的坍落度以及擴展度減小，混凝土的流動性變差，粘聚性變大，含氣量增大，直觀上來看砂率變大，顯然在施工中這是不利的影響因素，因此需要提高外加劑的摻量，同時降低1%的砂率以達到與未摻加CTF增效劑相同的坍落度、擴展度以及流動性。摻加CTF增效劑后,相對于其減少15%的水泥用量而言，試塊成型強度減少只降低3.5 MPa，但也達到設計強度的120%。所以，摻加CTF增效劑對混凝土的強度貢獻還是相當大的。

從4，5兩個編號的實驗來看，CTF增效劑的提高依然會使混凝土坍落度、擴展度減少，流動性變差，但其強度卻有所增加。不同強度等級的最佳CTF增效劑的摻量有待后續研究。

對于低強度等級的混凝土而言，其水泥用量和粉料總量均較少，為保證其強度，因摻加CTF增效劑所減少的水泥量應適當減少，而強度等級較高的混凝土，在節約水泥用量的前提下應適當提高CTF增效劑的摻量來保證強度。

3.4.3 碳化測試

表6 碳化情況

由以上試驗數據來看，抗碳化能力跟水泥的用量有著最主要的關系，即C50強度的混凝土其抗碳化的能力要明顯好于C30強度等級的混凝土，并且前者后期抗碳化的能力也要強于后者。

混凝土的碳化主要形成在早期（28d養護），后期的碳化影響變得緩慢。摻加CTF增效劑的混凝土抗碳化的能力要略好于未摻加CTF增效劑的混凝土，充分證明其與萘系減水劑的復合使用對水泥的分散效果要好于單純使用萘系減水劑對水泥的分散效果，前者使單位水泥使用量好于后者的單位水泥使用量，這一點充分證明了第一個分散性實驗的結論的正確性。

當提高CTF增效劑的摻量(0.73%)后在60d內對混凝土碳化的影響相對于未提高摻量（0.6%）的混凝土未有特別明顯的改善，其長期的影響情況有待于進一步長期觀察。

4 結論

（1）CTF增效劑不能單獨作為減水劑使用。

（2）CTF增效劑與萘系減水劑的復合使用的分散性要好于單純使用萘系減水劑的分散性。

（3）摻加CTF增效劑，可減少15%水泥用量，混凝土強度要略低于未摻加CTF增效劑的混凝土強度。具體減少水泥用量的百分比可根據實際試配強度情況確定。

（4）同種強度等級的混凝土，在有效范圍內適當提高摻加CTF增效劑的摻量，其強度略有增加。

（5）摻加CTF增效劑的混凝土抗碳化的能力要好于未摻加CTF增效劑的混凝土，適當提高其摻量的混凝土抗碳化的能力相對于未提高的混凝土的抗碳化能力未有明顯的提高。

[1]馮慶革，潘亞宏.CTF混凝土增效劑對混凝土制備和強度的影響研究[J].中國混凝土南方地區第八次技術交流會論文集，2010,8:317-320

[2]劉秉京.混凝土結構耐久性設計[M].人民交通出版社. 2007，1：11.

[3]許紅，張景海，董魯艷.水分散性改進的研究[J]，2007，10（8）：44-45.

[4]肖永華.多種表面處理劑協同作用改善顏料級鈦白水分散性研究[J].鈦工業進展，2006，23（6）：43.

[5]劉秉京.高效減水劑與水泥的適應性[J].混凝土，2002,9:20.