聚羧酸高性能減水劑制備 C40高性能混凝土

侯格妹，何均輝，張勇

（1.東莞市洪信混凝土有限公司，廣東　東莞　523160；2.東莞市光泰混凝土有限公司，廣東　東莞　523160）

聚羧酸高性能減水劑制備 C40高性能混凝土

侯格妹1，何均輝1，張勇2

（1.東莞市洪信混凝土有限公司，廣東東莞523160；2.東莞市光泰混凝土有限公司，廣東東莞523160）

聚羧酸減水劑具有減水率高、摻量低等優(yōu)點(diǎn)，本文介紹了CC-AI 型聚羧酸高性能減水劑制備 C40高性能混凝土。通過復(fù)摻聚羧酸減水劑、礦物外加劑和膨脹劑，制備出流動(dòng)性好、坍落度損失小，抗壓強(qiáng)度、抗裂性能和耐久性優(yōu)異的高性能混凝土，有效解決了混凝土體積穩(wěn)定性難題，提高耐久性。

聚羧酸減水劑；高性能混凝土；工作性；膨脹劑；體積穩(wěn)定性

混凝土是世界上用量最大的建筑材料。化學(xué)外加劑、礦物摻合料的使用和技術(shù)進(jìn)步，使得混凝土性能和技術(shù)水平不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。減水劑是一種對商品混凝土極其重要的外加劑，可以在保證混凝土相同工作性前提下，大幅減少用水量，從而顯著改善混凝土孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土強(qiáng)度。尤其是聚羧酸高性能減水劑，它具有減水率高（＞25%）、摻量低、坍落度損失小等優(yōu)點(diǎn)[1]，賦予混凝土前所未有的工作性能、力學(xué)性能和耐久性，廣泛應(yīng)用于工民建、橋梁、公路和隧道等重點(diǎn)工程[2-4]。本文主要介紹了用聚羧酸減水劑制備 C40泵送高性能混凝土，抗?jié)B等級(jí) P10，坍落度控制在 (180±30)mm，混凝土含氣量控制在3.0%～4.0%。并且，混凝土的施工性能、力學(xué)性能、抗裂防滲性能和耐久性能可以協(xié)調(diào)發(fā)展。

1　原材料及試驗(yàn)方法

1.1原材料

水泥，海螺水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 P·O42.5普通硅酸鹽水泥，比表面積320m2/kg，堿含量0.90%，28d 抗壓強(qiáng)度42.8MPa。

礦渣，S95礦渣粉，比表面積410m2/kg，流動(dòng)度比100%，燒失量0.30%，28d活性指數(shù)98%。

粉煤灰，I 級(jí)灰，45μm 篩余5.0%，需水量比95%，燒失量0.30%，28d 活性指數(shù)95%，游離氧化鈣含量0.14%，燒失量3.5%。

膨脹劑，深圳市豹鳴股份有限公司生產(chǎn)的 CSA 膨脹劑，水中7d 限制膨脹率0.046%，28d 抗壓強(qiáng)度42.4MPa。

砂，河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)2.4。

石，碎石，連續(xù)級(jí)配，粒徑5～25mm。

減水劑，聚羧酸系高性能減水劑，5種，產(chǎn)品型號(hào)分別為 CC-AI 型、VF-1型、KPL 型、JW-11型和 Rawy-101型。

1.2試驗(yàn)方法

聚羧酸減水劑性能測試，依據(jù) GB8076－2008《混凝土外加劑》和 GB/T8077－2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

按表1給出的配合比稱取原材料拌制混凝土，測試混凝土拌合物性能后，制備試件，對硬化混凝土進(jìn)行力學(xué)性能和耐久性能測試。

表1　混凝土配合比　kg/m3

混凝土拌合物性能測試，依據(jù) GB/T50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

力學(xué)性能測試，依據(jù) GB/T50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

耐久性測試，依據(jù) GB/T50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

2　結(jié)果與分析

2.1聚羧酸減水劑的優(yōu)選

5種聚羧酸減水劑的化學(xué)成分及性能檢測結(jié)果見表2。

表2　聚羧酸減水劑性能指標(biāo)

由表2可知，5種聚羧酸減水劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)都符合國家緩凝型高性能減水劑技術(shù)指標(biāo)要求。其中，Rawy-101固含量最高達(dá)27.06%， KPL 最低為19.58%；Cl-含量在0%～0.11% 之間，遠(yuǎn)低于規(guī)范規(guī)定的0.6%；減水率均較高，達(dá)到37%～39% 之間，其中 CC-AI 最高為39%，此外，CC-AI 保水性能較好，常壓下未見泌水；幾種減水劑緩凝效果明顯， KPL 減水劑和 JW-11減水劑緩凝時(shí)間差較長，減水劑樣品凝結(jié)時(shí)間差為225～320min；7d 抗壓強(qiáng)度比172%～218% 之間，高于規(guī)定的125%。

綜合考慮各項(xiàng)性能指標(biāo)，CC-AI 型聚羧酸減水劑的減水率最高、常壓泌水率比最低、抗壓強(qiáng)度比高，因此，本工程的減水劑優(yōu)選 CC-AI 型聚羧酸高性能減水劑。

2.2混凝土拌合物性能

按表1制備的3組混凝土拌合物性能測試結(jié)果見表3。

表3　混凝土拌合物性能

由表3可知，3組混凝土拌合物的工作性均滿足施工要求。隨著膠凝材料總量和聚羧酸減水劑摻量的增加，水膠比的降低，混凝土拌合物的坍落度由170mm 增加到210mm，并且1h 后坍落度保持在150～175mm，坍落度損失較小。混凝土的容重在2360～2370kg/m3之間，混凝土拌合物和易性好。3# 配合比混凝土拌合物的出機(jī)狀態(tài)和1h 坍落度見圖2。

圖2　新拌混凝土坍落度

2.3混凝土的力學(xué)性能

按表1制備的3組混凝土抗壓力學(xué)性能測試結(jié)果見表4。

表4　硬化混凝土的抗壓強(qiáng)度　MPa

混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C40，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差取5.0MPa，則混凝土的配制強(qiáng)度應(yīng) ≥48.2MPa。

由表4可知，除1# 外，2#、3# 配合比混凝土的28d 抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，并且3# 配合比混凝土強(qiáng)度最高，達(dá)到52.7MPa。并且，各配合比混凝土的早期強(qiáng)度相對較低，但后期強(qiáng)度增長較多，這主要是混凝土配合中使用了大量的礦渣、粉煤灰和膨脹劑，占總膠材用量的40%。早期礦物摻合料水化較少，后期在水化產(chǎn)物 Ca(OH)2激發(fā)作用下，產(chǎn)生C-S-H 凝膠，填充孔隙，改善孔結(jié)構(gòu)，從而顯著提高混凝土后期強(qiáng)度。

2.4混凝土的抗?jié)B性能

混凝土試件養(yǎng)護(hù)27d 時(shí)取出，將表面晾干，采用松香－石蠟混合物作為密封材料，進(jìn)行抗?jié)B性能試驗(yàn)。從0.2MPa 加壓至1.5MPa，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，3組配合比所有混凝土試件均未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，表明：混凝土的抗?jié)B等級(jí)達(dá)到 P13。

試驗(yàn)結(jié)束后，將混凝土試件置于壓力試驗(yàn)機(jī)上劈開，試件滲水高度在1.2～2.6cm 之間，以上結(jié)果說明，3組混凝土的抗?jié)B性均較好。一方面得益于聚羧酸高性能減水劑的使用，它大幅度降低混凝土單方用水量（160kg/m3），既減水混凝土總孔隙又改善孔結(jié)構(gòu)[5]。另一方面，礦物摻合料的使用，其微珠效應(yīng)和火山灰活性效應(yīng)，進(jìn)一步密實(shí)混凝土。

2.5混凝土的限制膨脹率

混凝土限制膨脹率采用中國建筑材料科學(xué)研究總院開發(fā)的現(xiàn)場膨脹測試方法[6]，見圖3。混凝土限制膨脹率測試結(jié)果見表5。

表5　混凝土限制膨脹率　%

由表5可知，3組混凝土的限膨脹率0.019%～0.022%，說明摻入膨脹劑在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生有效膨脹，在約束作用下，在混凝土內(nèi)部儲(chǔ)存了一定的預(yù)壓應(yīng)力，可以用來抵消干燥收縮引起的拉應(yīng)力，從而顯著提高混凝土的抗裂防滲性能，這一點(diǎn)對于沉管隧道的正常使用至關(guān)重要。

此外，研究表明，聚羧酸減水劑具有低收縮的特性，摻聚羧酸減水劑的混凝土體積穩(wěn)定性較其他混凝土相比，有較大提高。因此，聚羧酸減水劑和膨脹劑的復(fù)合使用，顯著改善混凝土的抗裂性能，有助于解決沉管隧道工程混凝土的體積穩(wěn)定性難題。

2.6混凝土的耐久性能

混凝土的耐久性能以電通量方法表征，表6給出了測試結(jié)果。

表6　混凝土電通量　C

由表6可知，3組配合比混凝土28d 電通量495～590C，56d 電通量進(jìn)一步降低，在418～512C，均在100～1000C 之間，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，可以判定3組混凝土的氯離子滲透性為“很低”。也就是說3組混凝土的抗氯離子滲透能力均較強(qiáng)，有助于提高混凝土的耐久性能[7]，尤其是3# 配合比混凝土。該結(jié)果與混凝土的抗?jié)B透性能結(jié)果相吻合。

綜上所述，3# 配合比混凝土的工作性能、力學(xué)性能、抗裂性能和耐久性能最佳。按3# 配合比拌制混凝土進(jìn)行現(xiàn)場混凝土施工，經(jīng)現(xiàn)場檢驗(yàn)，混凝土質(zhì)量穩(wěn)定，混凝土的工作性、力學(xué)性能、耐久性能均滿足設(shè)計(jì)和施工要求。拆模后，混凝土外觀質(zhì)量較好，這符合聚羧酸減水劑拌制混凝土的特點(diǎn)。

3　結(jié)論

（1）聚羧酸高性能減水劑制備的 C40高性能混凝土流動(dòng)性好、坍落度損失小，抗壓強(qiáng)度、抗裂防滲性能和耐久性能優(yōu)異。

（2）聚羧酸高性能減水劑和礦物摻合料復(fù)合使用，顯著降低混凝土的孔細(xì)隙，改善孔結(jié)構(gòu)，密實(shí)混凝土，從而顯著提高混凝土的抗?jié)B性能和耐久性。

（3）聚羧酸高性能減水劑和混凝土膨脹劑復(fù)合使用，顯著改善混凝土的抗裂性能，有助于解決混凝土的體積穩(wěn)定性難題。

[1] 羅亮江．聚羧酸高性能減水劑在南寧樞紐工程中應(yīng)用[J]．鐵路建筑技術(shù)，2012,9:100-101．

[2] 胡孟其，仇建剛，馬治平，等．聚羧酸高性能減水劑在南水北調(diào)中線工程中的應(yīng)用[C]．第三屆全國混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)專業(yè)委員會(huì)年會(huì)論文集，2007：371-380．

[3] 田曉霞．聚羧酸系減水劑在甘竹溪特大橋工程中的應(yīng)用[J].公路，2009,7：333-336．

[4] 段彬，齊淑芹．新型聚羧酸系高性能減水劑在海陽核電工程中的應(yīng)用[J]．混凝土，2010,4：83-84+88．

[5] 龔明子，陳龍，蔣亞清．聚羧酸減水劑對大摻量粉煤灰自密實(shí)混凝土水硬化性能的影響[J]．粉煤灰，2009,4：11-13．

[6] 趙順增．圖解說明現(xiàn)場檢測補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率的方法和儀器[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2012,3：28-30．

[7] 謝友均，馬昆林，龍廣成，等．礦物摻合料對混凝土中氯離子滲透性的影響[J]．硅酸鹽學(xué)報(bào)，2006,11:1345-1350．

［通訊地址］廣東省東莞市洪梅鎮(zhèn)金鰲沙村東莞市洪信混凝土有限公司（523160）

侯格妹（1984－），女，工程師。