聚羧酸系減水劑對活性粉末混凝土性能的影響

黃春霞

摘 要：研究聚羧酸系減水劑摻量對活性粉末混凝土性能的影響。試驗采用單因素對照試驗的方法進行活性粉末混凝土（RPC）配合比設計，測定其坍落度、流動度等工作性能，且將其在標準養護條件下分別養護7、28 d，測定其抗壓強度。結果發現：當水膠比為0.25，聚羧酸系減水劑的摻量為1.14%時，活性粉末混凝土的工作性能與力學性能最佳。

關鍵詞：聚羧酸系減水劑;活性粉末混凝土;水膠比;養護時間;抗拉強度

中圖分類號：TU528.31 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2022）02-0116-04

聚羧酸減水劑是20世紀80年代初日本率先研制的一種具有摻量低、減水率高、保坍性好的高性能減水劑，目前在公路、橋梁、高層建筑等混凝土工程中廣泛使用[1]。有學者通過摻加高效減水劑，配制出適合預制混凝土構件的快速蒸汽養護制度的超高強混凝土[2];優化復合礦物摻合料和高性能聚羧酸外加劑，使配置的混凝土具有高強、高性能和高體積穩定性[3]。研究聚羧酸減水劑對于活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，簡稱RPC）的性能影響的較少。

活性粉末混凝土是在1993年由法國Bouygues公司Richard等研制的一種新型水泥復合基材料[4]。這種材料將水泥、硅灰、石英砂、高效減水劑和鋼纖維按一定配合比配制，并通過高溫、高壓或熱水等養護方式形成的高強度、高韌性、高耐久性的混凝土[5]。RPC的問世為解決混凝土建筑物或構筑物遭受腐蝕、凍融破壞、碳化等導致保護層剝落、鋼筋銹蝕等耐久性問題提供了新的思路[6]。

目前，國內外學者對RPC的配合比設計理論和試驗方法等做了較多的研究，但是大多試驗中活性粉末混凝土的水膠比較低，與普通混凝土相比，攪拌和成型難度較大。研究大多注重活性粉末混凝土養護方式的改進與強度的提高，忽視了混凝土工作性能方面的研究，缺乏較為系統、全面的減水劑對活性粉末混凝土工作性能與力學性能的影響分析。本文基于單因素試驗設計，研究了4種摻量的聚羧酸系減水劑對活性粉末混凝土強度及工作性能的影響。

1 試驗材料與方法

1.1 原材料

水泥：P · O42.5普通硅酸鹽水泥;礦粉：S95礦粉;鋼纖維：直徑0.22 mm，長度13 mm，長徑比60，表觀密度7 854 kg/m3;拌和水為自來水。

石英砂、硅灰（平均粒徑為0.1～0.3 μm，細度小于1 μm的占80%以上）和粉煤灰（顆粒形狀為標準球形，球體密度為2.5 kg/cm3，堆積密度為0.7 kg/cm3，顏色為灰白色，觸變指數為8）的成分如表1所示。高效減水劑：用量為膠凝材料的0.8%～1.2%，減水率25%，其均勻性指標見表2。

1.2 試驗配合比設計

本次試驗設計采用單因素對比試驗的方法將整個試驗分為2個組。A組水膠比為0.25，減水劑摻量（質量分數）分別為0.91%、1.00%、1.14%和1.36% 4個水平;B組水膠比分別為0.22、0.25、0.28，減水劑摻量（質量分數）均為1.14%。配合比中鋼纖維摻量為體積分數，其余為質量分數。各組配合比如表3所示。

1.3 拌合物的制備與養護

參照GB/T 31387—2015《活性粉末混凝土標準》的要求，使用HJW-30強制式單臥軸混凝土攪拌機。攪拌時，先投入石英砂、鋼纖維，預攪拌2.5 min;當加入水泥、礦粉、粉煤灰、硅灰后，再攪拌2.5 min。然后將減水劑與水混合均勻，分兩次加入混合材料中，攪拌5 min。采用分批次加入材料的方法可有效減少鋼纖維抱團現象。

將材料拌合后，先測定活性粉末混凝土的坍落度，再測定流動度及維勃稠度，最后將混凝土澆筑于100 mm×100 mm×100 mm的立方體試模中，并置于振動臺上振動2 min后，用刮刀將模具表面多余混凝土刮除，置于養護箱養護24 h后，拆模，繼續養護。本次試驗養護方式采用標準養護，即溫度為（20±2） ℃，相對濕度為95%。1.4 工作性能與強度的測定

參照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》測定混凝土的坍落度、維勃稠度與流動度;試件分別養護7 d與28 d后，參照GB/T 50107—2010《混凝土強度檢驗評定標準》測定混凝土試塊的強度，每組3個試塊，其平均值作為該組試塊的抗壓強度，測定結果如表4所示。

2 結果與討論

2.1 減水劑摻量對RPC工作性能的影響

由圖1可知，當水膠比為0.25時，隨著減水劑摻量的增加，RPC的維勃稠度明顯減小;坍落度和流動度呈現先明顯增加，后緩慢增加的趨勢，流動性明顯改善。說明隨著減水劑摻量的增加，RPC拌合物吸附了減水劑，使水泥顆粒更好的分散，絮凝結構解體，釋放出被包裹的水。同時，水泥顆粒表面的減水劑吸附膜與水分子形成穩定的水膜，降低水泥顆粒間的滑動阻力，從而使RPC拌合物的流動性和坍落度增大[7]。當減水劑摻量大于等于1.14%時，減水劑摻量逐漸接近膠凝材料的飽和吸附量;因此，隨著減水劑摻量的繼續增加，釋放的自由水量變化較小，從而使其流動度、坍落度等工作性能變化較小。

2.2 減水劑摻量對RPC抗壓強度的影響

有學者通過試驗研究發現，減水劑摻量為1%時，混凝土性能最優[8];但也有學者試驗得出的最佳減水劑摻量為2%[6]。本次試驗試配時，發現當水膠比為0.25，減水劑摻量超過1.36%時，混凝土沁水離析較嚴重因此設計配合比時，將減水劑摻量設計為4個水平：0.91%、1.00%、1.14%和1.36% 。

由表4及圖2可以發現，當混凝土水膠比為0.25時，隨著減水劑摻量的增加，混凝土7、28 d抗壓強度呈現出先上升后下降的趨勢。當摻量為1.14%時，抗壓強度最大;當摻量為大于1.14%時，抗壓強度減小。gzslib202204012259

2.3 水膠比對RPC工作性能的影響

分析B組試驗結果可知，當減水劑摻量為1.14%時，隨著水膠比的增大，活性粉末混凝土的維勃稠度逐漸降低，坍落度與流動度均逐漸增大。表明增大水膠比可以有效地提高RPC的流動度、坍落度和維勃稠度等工作性能。從圖3可以發現，RPC的工作性能雖然隨著水膠比的增大發生變化，但變化的幅度不一樣。當水膠比小于0.25時，維勃稠度、坍落度與流動度變化較快;而當水膠比大于0.25時，維勃稠度、坍落度與流動度變化較緩慢，說明水膠比對RPC工作性能的影響存在最佳值。但當超過最佳水膠比時，對RPC工作性能的改善意義不是很大。

目前混凝土多采用泵送施工，對于泵送混凝土來說，混凝土能否達到良好的泵送效果，適宜的流動度等工作性能是關鍵。通過分析可知，當減水劑摻量為1.14%，水膠比為0.25時，RPC具有良好的工作性能。

2.4 水膠比對RPC抗壓強度的影響

圖4為水膠比與7、28 d抗壓強度的關系圖。

從圖4中可以看出，RPC的抗壓強度隨著水膠比的增加而先增大后減小，表明水膠比是影響RPC抗壓強度的主要因素之一。7 d時0.22水膠比的抗壓強度為70.9 MPa，0.25水膠比的抗壓強度為95.5 MPa，0.28水膠比的抗壓強度為62.9 MPa;28 d時0.22水膠比的抗壓強度為102.2 MPa，0.25水膠比的抗壓強度為115.7 MPa，0.28水膠比的抗壓強度為109.5 MPa。

當水膠比為0.25時，該組試驗的抗壓強度值最高。經分析，當水膠比為0.22時，試件中的自由水含量較少，活性材料的活性難以充分發揮，使其后期強度無法充分發揮;而當水膠比增大至0.28時，自由水含量過大，試塊成型后，基體孔隙率過大而導致抗壓強度下降。因此，0.25是較為適宜的水膠比。

3 結語

（1）當水膠比為0.25時，RPC的工作性能隨著減水劑摻量的增大而得到改善，但存在最佳摻量;同時，RPC的抗壓強度隨著減水劑摻量的增加出現先增大后減小的趨勢;

（2）當減水劑摻量為1.14%時，RPC的工作性能隨著水膠比的增大先明顯改善后緩慢增加;抗壓強度隨著水膠比的增大先增加后減小;

綜上所述，本次試驗的最佳配合比為A-3（B-2），即水膠比為0.25，減水劑摻量為1.14%。

【參考文獻】

[1] 陳國新，杜志芹，劉興榮，等.摻聚羧酸系減水劑混凝土泌水影響因素研究[J].新型建筑材料，2020，47（9）：63-66.

[2] 李美丹，余紅發，楊禮明，等.C100超高強混凝土配制技術及蒸汽養護特性的研究[C].珠海：全國高性能混凝土和礦物摻合料的研究與工程應用技術交流會，2006.

[3] 鄭應生，凌金，周堂貴，等.C100高強高性能混凝土的配制技術[J].浙江建筑，2015，11（32）：59-66.

[4] 簡濤.UHPC夾芯樓板受力性能研究[D].長沙：湖南大學，2019.

[5] RICHARD P，CHEYREZY M.Composition of reactive powder concrete[J].Cement and Concrete Research，1995，25（7）：1 501-1 511.

[6] 王朋，李龍堂，丁耀宗.活性粉末混凝土耐久性研究綜述[J].建筑結構，2019，49：610-616.

[7] 陳東平.硫鐵礦尾砂制備自流平砂漿的性能研究[D].重慶：重慶大學，2015.