不同保水組分對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的影響研究

孫 浩,于林玉,劉萬剛

(山東魯橋建材有限公司,濟(jì)南 250000)

混凝土表觀質(zhì)量影響混凝土工程的性能和使用壽命,若表觀質(zhì)量良好可以改善混凝工程的整體質(zhì)量,提高其耐久性;若表觀質(zhì)量較差,例如存在孔洞、麻面、蜂窩等則會(huì)由外而內(nèi)、漸進(jìn)式的形成侵蝕性介質(zhì)擴(kuò)散通道,造成混凝土性能的劣化,耐久性的降低[1]。因此提高混凝土的表觀質(zhì)量至關(guān)重要。混凝土拌和物狀態(tài)對(duì)混凝土表觀質(zhì)量有明顯的影響,一般情況下,混凝土拌和物性能差通常會(huì)造成混凝土表觀質(zhì)量劣化[2]。拌和物流動(dòng)性差,則振動(dòng)難以密實(shí),造成表面孔隙多,拌和物離析泌水,則造成混凝土表面出現(xiàn)蜂窩麻面,同時(shí)也會(huì)顯著影響混凝土的力學(xué)性能和耐久性[3]。尤其是在混凝土出現(xiàn)泌水時(shí),會(huì)造成硬化過程中產(chǎn)生收縮,使得硬化體與模板間產(chǎn)生縫隙,進(jìn)而使得泌水時(shí)產(chǎn)生的水分滲入裂縫帶走表面水泥漿,在表面形成砂線,不僅影響表觀質(zhì)量,而且嚴(yán)重危害其耐久性[4]。因此,通過改善混凝土拌和物狀態(tài)降低其泌水率是改善混凝土表觀質(zhì)量的重要方式。混凝土保水劑對(duì)于提高混凝土漿體保水保坍能力、降低混凝土泌水離析具有重要作用,但保水劑同樣對(duì)混凝土流動(dòng)性影響較大,進(jìn)而可能對(duì)混凝土的表觀質(zhì)量產(chǎn)生不利影響[5]。目前,常用的混凝土保水劑主要包括以聚丙烯酰胺為主的保水劑和以纖維素醚為主的多糖類保水劑[6]。不同類型的保水劑對(duì)混凝土性能影響差異性較大,針對(duì)不同類型的保水劑也缺乏其對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的影響研究。基于此,有必要研究不同類型保水劑對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的影響。

1 材料與方法

1.1 原材料

水泥為寶山生產(chǎn)的PO42.5強(qiáng)度等級(jí)的普通硅酸鹽水泥;石子為濟(jì)南本地碎石,粒徑為5～10 mm和10～20 mm的兩種單粒級(jí)碎石;5～10 mm碎石泥塊含量0.2%,針片狀含量3%;10～20 mm碎石泥塊含量0.1%,針片狀含量2%;砂子為產(chǎn)自黃河天然河砂,中砂,細(xì)度模數(shù)2.6,含泥量1.5%;粉煤灰為信源電廠F類Ⅰ級(jí)粉煤灰;礦粉為玉蘭集團(tuán)S95級(jí)礦粉;減水劑為聚羧酸系高性能減水劑(PCE),減水率為30%;保水劑均為市售,保水劑A為青白色粉末,主要成分為分子量為1 200萬的陰離子型聚丙烯酰胺,含量為90.5%;保水劑B為灰白色顆粒狀粉末,主要成分為十萬黏度的羥丙基甲基纖維素,含量85.3%。

1.2 混凝土制備

基準(zhǔn)混凝土C50配合比如表1所示。

表1 C50混凝土配合比 /(kg·m-3)

在表1基礎(chǔ)上,摻入保水劑A和保水劑B的摻量為0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%。混凝土制作和養(yǎng)護(hù)均按《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080—2016的相關(guān)要求進(jìn)行。摻入保水劑時(shí),先將保水劑用少量水溶解后,與水一起倒入攪拌設(shè)備。

1.3 試驗(yàn)方法

1)混凝土坍落度

混凝土坍落度測(cè)試方法按GB/T 50080—2016中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行,數(shù)值精確至1 mm。

2)表面孔面積比

表面孔面積比為混凝土達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后其側(cè)面選定區(qū)域內(nèi)孔面積占總區(qū)域面積比值,其測(cè)定主要通過圖像處理軟件Image-Pro Plus 6.0來統(tǒng)計(jì)選定區(qū)域的孔面積后進(jìn)行求和,與選定區(qū)域總面積求得比值。選擇區(qū)域?yàn)樵嚰?cè)面中間75 mm×75 mm區(qū)域。

3)抗壓強(qiáng)度

混凝土7 d和28 d抗壓強(qiáng)度按《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081—2019的相關(guān)要求測(cè)定。成型尺寸為150 mm×150 mm×150 mm,成型后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)24 h后脫模,繼續(xù)水養(yǎng)至相應(yīng)齡期,取出測(cè)定其抗壓強(qiáng)度。

4)碳化深度

混凝土碳化深度試驗(yàn)方法按《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50082—2009的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí),先將混凝土上下兩面用蠟密封,進(jìn)一步將試件中間選定區(qū)域外的其他區(qū)域蠟封后,留下一個(gè)面,測(cè)試其7 d碳化深度。

2 結(jié)果與討論

1)不同保水組分對(duì)混凝土坍落度及坍落度損失的影響

圖1為不同保水劑不同摻量條件下對(duì)混凝土坍落度的影響。從圖1中可以看出,在摻入保水劑A和保水劑B后,混凝土的初始坍落度均隨著保水劑摻量的增加逐漸下降。其中保水劑A摻入后混凝土坍落度的下降速率相對(duì)更快,保水劑B對(duì)坍落度的影響相對(duì)較小,其下降速率也相對(duì)較緩。在摻入保水劑B后,當(dāng)其摻量為0.02%以內(nèi)時(shí),其坍落度下降并不明顯。

圖2為不同保水劑不同摻量條件下對(duì)混凝土1 h坍落度經(jīng)時(shí)損失變化的影響。從圖2中可以看出,在摻入保水劑A和保水劑B后,混凝土的1 h坍落度經(jīng)時(shí)損失均隨著保水劑摻量的增加逐漸下降。其中保水劑B摻入后,混凝土1 h坍落度經(jīng)時(shí)損失下降更為緩慢,說明其保坍性相對(duì)較好。

比較保水劑A和保水劑B對(duì)混凝土坍落度及1 h坍落度經(jīng)時(shí)損失的影響可以看出,纖維素類保水劑使用后混凝土的保水效果更好,對(duì)混凝土拌和物坍落度的不利影響更小,對(duì)混凝土拌和物的保水性能相對(duì)更好。

2)不同保水組分對(duì)混凝土泌水率的影響

圖3為不同保水劑不同摻量條件下對(duì)混凝土拌合物泌水率的影響。從圖3中可以看出,在摻入保水劑A和保水劑B后,隨著保水劑摻量的增加,混凝土拌合物泌水率均呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。不同保水組分表現(xiàn)出相同的規(guī)律,這說明摻入保水組分后,保水劑起到了很好的吸收自由水的作用,能夠使游離態(tài)的自由水轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合水,減少了泌水量,能夠明顯降低混凝土的泌水率。其中,摻入保水劑B后混凝土拌和物的泌水率下降的更為明顯。

3)不同保水組分對(duì)混凝土表觀密度的影響

圖4所示為不同保水劑不同摻量條件下對(duì)混凝土拌合物表觀密度的影響。從圖4可以看出,隨著兩種保水組分摻量的增加,混凝土表觀密度均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì),其中在保水組分摻量為0.02%時(shí),混凝土表觀密度達(dá)到最大值,分別為2 385 kg/m3和2 400 kg/m3。其中,摻入保水劑B后,混凝土的表觀密度更大。

進(jìn)一步根據(jù)圖4混凝土表觀密度變化,對(duì)比圖3中混凝土泌水率的變化、圖1和圖2中混凝土坍落度及坍落度經(jīng)時(shí)損失的變化可以看出,摻入保水劑后,混凝土的坍落度、1 h坍落度經(jīng)時(shí)損失、泌水率均呈現(xiàn)出隨著保水劑摻入量的增加逐漸下降的趨勢(shì),但是其表觀密度呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì),其中在摻量為0.02%時(shí),達(dá)到最大值。這說明保水劑摻入混凝土后,雖然能夠起到較好的保水效果,但是摻量過大后,在起到保水作用的同時(shí),也會(huì)造成混凝土表觀密度降低,這也就意味著,保水組分過高摻量條件下會(huì)造成混凝土內(nèi)部缺陷增加,內(nèi)部空隙增大。

4)不同保水組分對(duì)混凝土表面氣孔面積比的影響

混凝土表面的氣孔面積是影響混凝土耐久性和表觀質(zhì)量的重要參數(shù),氣孔面積越大,其表觀質(zhì)量相對(duì)越差。圖5所示為不同保水劑不同摻量條件下對(duì)混凝土表面氣孔面積比的影響。從圖5中可以看出,隨著兩種不同保水劑摻量的增加,混凝土表面氣孔面積比均呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì),在保水劑摻量為0.02%時(shí),混凝土表面氣孔面積比均達(dá)到最小值。其中,摻保水劑A的混凝土在其摻量為0.02%時(shí),最小值為2.01%,相比于未摻保水劑時(shí)減少了7.8%;摻保水劑B的混凝土在其摻量為0.02%時(shí),最小值為1.94%,相比于未摻保水劑時(shí)減少了15.6%。相比之下,保水劑B對(duì)混凝土表面氣孔面積的改善效果更為明顯。

5)不同保水組分對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖6所示為不同保水劑不同摻量條件下對(duì)混凝土7 d和28 d抗壓強(qiáng)度的影響。從圖6中可以看出,隨著兩種保水劑摻量的增加,混凝土的7 d和28 d抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì),其中在兩種保水劑摻量為0.02%時(shí),混凝土的7 d和28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值,分別為48.7 MPa和58.6 MPa。對(duì)比保水劑A和保水劑B摻入后,混凝土相同齡期條件下的發(fā)展變化規(guī)律可以看出,保水劑B摻入后,混凝土的抗壓強(qiáng)度提升更為明顯,在摻入過量后,其抗壓強(qiáng)度下降趨勢(shì)更平緩。這說明,保水劑B摻入混凝土后不僅能夠改善混凝土的抗壓強(qiáng)度,而且過量時(shí)對(duì)混凝土力學(xué)性能的不利影響更小,對(duì)力學(xué)性能敏感性更低。

6)不同保水組分對(duì)混凝土碳化深度的影響

混凝土的碳化深度是影響混凝土耐久性的重要參數(shù),圖7所示為不同保水劑不同摻量條件下對(duì)混凝土碳化深度的影響。從圖7中可以看出,隨著兩種保水劑摻量的增加,混凝土碳化深度均呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì),其中在保水劑A和保水劑B摻量為0.02%時(shí),混凝土的碳化深度分別達(dá)到最小值,為4.9 mm和4.7 mm,此時(shí)混凝土的抗碳化性能最佳。從圖7中可以看出,保水劑B對(duì)混凝土碳化深度的改善作用明顯優(yōu)于保水劑A。

3 結(jié) 論

a.兩種保水劑摻入后雖然使得混凝土坍落度有所降低,但以羥丙基甲基纖維素為主要成分的保水劑在摻量低于0.02%時(shí),對(duì)混凝土坍落度的影響并不大。

b.兩種保水劑以適量摻量(0.02%)摻入混凝土中均能夠明顯減少混凝土拌和物1 h坍落度經(jīng)時(shí)損失、提高其表觀密度、降低其泌水率,提高混凝土硬化后的抗壓強(qiáng)度、抗碳化能力,減少表面氣孔面積。

c.以羥丙基甲基纖維素為主要成分的保水劑相比于以聚丙烯酰胺為主要組分的保水劑,能夠與聚羧酸減水劑有更好的相容性,對(duì)混凝土和易性、力學(xué)性能、表面氣孔面積比和抗碳化能力的改善效果更為明顯。