聚羧酸减水剂在高性能混凝土中的应用分析.pdf

299江西建材2023年5月工程技术与应用聚羧酸减水剂在高性能混凝土中的应用分析陈霞济南铁路诚意工程检测有限公司，山东济南250032摘要：文中将茶系高效减水剂作为分析对象，探索此类减水剂对混凝土的施工性、凝结时间、早期强度、后期强度各项指标的影响机制。研究结果表明，高性能混凝土的黏度由于聚羧酸减水剂的应用而降低，落度得到有效的控制，拌制后的高性能混凝土综合性能良好，可作为铁路施工中的重要材料。关键词：铁路工程；高性能混凝土；聚羧酸减水剂；试验分析；影响机制中图分类号：U24文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 90（2 0 2 3）0 5-0 2 99-0 3Application of Polycarboxylic Acid Superplasticizerin High Performance ConcreteChen XiaJinan Railway Chengyi Engineering Testing Co.Ltd.,Jinan,Shandong 250032Abstract:In this paper,naphthalene series superplasticizer was taken as the object of comparative analysis to explore the influencemechanism of such superplasticizer on constructability,setting time,early strength and late strength of concrete.The results show that theviscosity of high performance concrete will be reduced due to the application of polycarboxylic acid superplasticizer,and slump can beeffectively controlled.The mixed high performance concrete has good comprehensive performance and can be used as an important material inrailway construction.Key words:Railway engineering;High performance concrete;Polycarboxylic acid water reducing agent;Test analysis;Impact mechanism0引言铁路工程建设对混凝土的品质要求较高，按合适的比例掺人聚羧酸减水剂后，有利于改善混凝土的性能，便于工程施工，保证工程质量1。为合理地应用聚羧酸减水剂，需要进行试验检测，根据实测结果评价该类减水剂在高性能混凝土中的应用机理，在此基础上合理取用，为高性能混凝土的施工质量提供保障。1试验材料及设备1.1试验材料聚羧酸减水剂；P042.5水泥；细度模数2.6 的区河砂，含泥量0.6%；5 2 0 mm碎石，其中5 10 mm占40%，10 2 0 mm占60%，针片状含量6%，空隙率46%，含泥量0.3%；I级粉煤灰；对比分析试验采用萘系减水剂。1.2仪器设备按照高性能混凝土拌和、取样检测的工作需求进行配置，包括混凝土搅拌机、混凝土试模、水泥胶砂试模、落度仪、抗压试验机。2混凝土配制以每方高性能混凝土为例，各类材料的用量为：试验搅拌混凝土2 0 L，P042.5水泥38 0 kg；水16 0 kg；河砂7 14kg；碎石10 7 1kg；I 级粉煤灰12 0 kg。砂率40%，设计混凝土容重2450kg/m。高性能混凝土拌和时，分阶段掺料。减水剂溶于拌和水中，作者简介：陈霞（198 5-），女，山东齐河人，本科，工程师，主要研究方向为铁路工程试验检测。依次掺入砂、水泥、石子，拌制0.5min，使此阶段的掺人料初步保持均匀，加入拌和水、减水剂，连续搅拌4min，直至得到均匀性良好的混合料。试验所用减水剂有聚羧酸系和萘系两类，通过对掺加两种减水剂的高性能混凝土对比分析，评价不同减水剂所产生的影响。3试验结果及分析3.1混凝土施工性能混凝土的施工效率、质量均与混凝土的工作性能有关。在高性能混凝土中，粉体材料多、黏稠度高、不易泵送，若仅靠混凝土的重力进行流动，流动速度慢，耗费时间长。针对此特殊性，在评价高性能混凝土的施工性能时，宜将落度、扩展度等混凝土拌和物性能作为重点指标 2 。在本次试验分析中，考虑到落度、扩展度以及混凝土拌和物性能，探讨两类减水剂对应混凝土的指标表现。考虑到运输距离和施工时间的影响，在进行施工性能试验分析时还需注重落度损失。试验结果如表1所示。表1高性能混凝土在不同减水剂时的施工性能掺量/%起始落度扩展度减水剂拌合物状态（以固含量计算）/mm/mm聚羧酸系0.2220580易拌合，黏度小。黏度较大，拌合茶系0.2180420较费力。由表1可知，以较低的掺量掺人聚羧酸减水剂后，混凝土300：2023年5月程技术与应用江西建材的扩展度高，相较于萘系减水剂的混凝土，就混凝土拌合物状态来看，聚羧酸减水剂的应用对于降低混凝土的黏度有益，且此优势在胶凝材料较多的混凝土中更为明显 3。高性能混凝土的施工性能由于聚羧酸减水剂的掺人而得到有效的改善，在保证施工质量的前提下还具有提高效率、减轻员工劳动强度的作用。3.2混凝土工作度的保持混凝土拌和场地与浇捣施工现场有一段距离，涉及混凝土运输作业，而道路交通繁忙，运输速度慢，混凝土的工作度可能由于途中耽搁时间过久而降低，引起混凝土性能减弱、质量变差等问题。对于掺入减水剂的高性能混凝土，从落度、扩展度、落度筒倒流时间三个方面进行工作度的试验检测与评价，结果如表2 所示。表2高性能混凝土在不同减水剂时的工作性能外加剂聚羧酸茶系备注掺量/%0.20.8落度/mm220180掺聚羧酸减水剂时，锥筒倒流时间初始较短，混合料黏度低；起始落度扩展度/mm580420及扩展度无区别。落度/mm210160施工性能以掺聚羧酸减水剂的更30min扩展度/mm550380优，掺萘系减水剂时较差。掺聚羧酸减水剂的混凝土有良好落度/mm190130的流动性，而掺萘系减水剂的则明60min显变差，具体表现为混凝土变干、扩展度/mm500300流动性降低。从性能影响机制的角度来看，水泥粒子的分散性和分散稳定性是决定减水剂减水作用的关键因素，而活性剂（吸附表面）的静电斥力和立体稳定性则在很大程度上决定分散稳定性 4。在水溶液中，水泥醚键的氧原子与水分子接触后产生氢键，此化学变化带来的结果则是产生具有分散稳定性的亲水保护膜 5。若在高性能混凝土中掺人普通减水剂，虽然其具有吸附作用，但缺乏立体稳定效应，而是表现出刚性链平卧吸附状态，存在落度损失。与之不同的是，聚羧酸类减水剂的组分得到优化，SO3负离子提供静电斥力，且产生具有提升分散稳定性作用的亲水保护膜。因此，在低水灰比的高性能混凝土拌和方式下，聚羧酸减水剂对其性能的维持效果良好。3.3混凝土的凝结时间取聚羧酸和萘系两类减水剂，拌制高性能混凝土，进行试验检测，测定不同减水剂时混凝土的凝结时间，结果如表3所示。表3高性能混凝土在不同减水剂时的凝结时间羧酸系茶系测试时间测试时间贯人阻力值/MPa贯入阻力值/MPa/h:min/h:min7:400.857:300.758:101.958:001.958:403.158:203.158:503.758:303.759:308.759:0011.259:5013.259:2017.7510:1019.759:3021.25（续表）羧酸系茶系测试时间测试时间贯人阻力值/MPa贯人阻力值/MPa/h:min/h:min10:2023.759:4026.7510:3028.759:4529.25掺萘系减水剂、聚羧酸减水剂的初凝时间分别为8 h30min、8h50min，终凝时间分别为9h45min、10 h 30 m i n，各自的初、终凝时间差为7 0 min、10 0 m in，而此试验检测结果也正好与聚羧酸减水剂略有缓凝作用的特性相符，由于此特性，初终凝时间差较之于萘系减水剂而言延长2 5min，在高性能混凝土的胶凝材料用量较高时，可发挥出缓凝作用，混凝土的凝结时间有所延长，可避免过短时间内凝结而导致水化作用释放热量无法正常散失的情况（进而由于过热而开裂）【6 。从聚羧酸减水剂组成的角度进行分析，其中有羧基，能够与钙离子生成络合物，减少C-H-S凝胶的产生量，延缓水化，加强塑化效果。3.4混凝土的强度即便聚羧酸系减水剂具有缓凝作用，但掺人此类减水剂的高性能混凝土的强度仍良好，表现尤为明显的是后期强度增长阶段。为探明两种外加剂对高性能混凝土强度的影响，进行试验检测，结果如表4所示。表4高性能混凝土在不同减水剂时的强度MPa强度聚羧酸系茶系1d抗压强度24.924.13d抗压强度53.051.27d抗压强度64.660.1428d抗压强度76.568.7由表4可知，在高性能混凝土配比一致的前提下，应用萘系减水剂时，2 8 d强度更高。对于传统减水剂，其减水效果得以实现的机理是用静电斥力打破浆液絮凝状态，而聚羧酸减水剂的作用机理与之有所不同，关键在于具备较强的超分散性能，而此特性的存在则与材料中的活性亲水基团有关，集静电斥力效应与空间位阻效应于一体，在多项效应的共同作用下，产生立体分散系统 7 。水泥表面的梳形聚合物为齿形吸附形式，主链的活性官能团提供静电斥力，有立体位阻的作用，正是由于此特性的存在，分散系统的稳定性得到保证，有利于提高浆液的流动度 8 。不仅如此，还需考虑到主链长、极性基团多、侧链丰富等特点，此时将进一步增强对水泥的分散、减水作用，因此，减水剂的性能优势得到充分发挥，水泥水化可维持正常状态，实现充分水化，高性能混凝土的强度逐步发展，最终达到设计要求。4结语综上所述，文中根据试验检测结果加以对比，明确聚羧酸减水剂的应用优势，总结如下。（1）聚羧酸减水剂属于高性能混凝土拌制中应用较为广泛的外加剂，其对水泥有良好的分散性及分散稳定性作用，对混凝土有缓凝作用，且随着减水剂中羧基含量的增加而体现得愈发明显，有利于混凝土后期强度的提高。（2）在高性能混凝土中掺入聚羧酸减水剂的同时，搭配适量的消泡剂，用于降低含气量，促进混凝土强度的提高。同时，消泡剂与聚羧酸减水剂相容，并不会对减水剂的性能产生影（下转第30 5页）305.上接第30 2 页）上接第30 0 页）-2023年5月工程技术与应用江西建材中要加强管理和协调。本次主要使用重胶轮压路机，搭配钢轮压路机共同推进压实作业，碾压前应当科学检测混合料含水量情况，最好在稍大于最佳设计值的情况下组织施工。先用30 t重胶轮压路机预压，预压次数维持在1 2 次即可，相邻碾压带之间保持一定重叠宽度，以轮宽的1/3为佳。然后使用重型2 6 t单钢轮压路机复压，同样要保持1/3左右的重叠宽度，以避免出现漏压状况。初压、复压、终压的速度均要经过试验验证，分别控制在1.5km/h、2.0 2.5k m/h 以及2.5 3.0 km/h为宜 6 ，碾压过程中严禁急转掉头，碾压遍数通常不少于8 次。考虑到立模边缘为病害多发区，出现咬边等情况的概率风险较高，实践过程中还可以使用13t双钢轮压路机进行专项碾压，碾压完成后及时检测平整度和压实度，确保表面不存在轮迹。碾压成型后，及时进行水泥稳定碎石基层的养生工作，在表层覆盖复合土工布，并适时洒水保湿，尽量减少收缩裂缝。4结语综上所述，水泥稳定碎石基层综合性能优良，能够较好地适应道路及路桥施工场景，实践中务必要给予充分关注和应用，严格把控原材料质量，结合实际需求开展强度试验、干缩特响，且仍可保证减水剂对水泥的分散性及分散稳定性。（3）不同于传统减水剂，聚羧酸减水剂内含梳形分子结构，有助于水泥的充分水化，从而促进高性能混凝土强度的提升。根据试验结果可知，在相同配合比的拌和条件下，其强度比掺人萘系减水剂的高性能混凝土强度高出10%以上。（4）明确聚羧酸减水剂的应用优势后，需采取合适的取用方法，其中关键的是准确控制掺量，充分发挥出此类外加剂的应用价值。按照0.2%的掺量掺人聚羧酸减水剂时，减水率超过25%，应用效果良好。参考文献【1】胡娜，于佳，王庆丰，等.高性能聚羧酸减水剂的常温合成及性能表4抗滑雾封层施工前后路面性能检测结果渗水系数测点检测时间摆值/BPN构造深度/mm/(mL min)施工前500.5801施工2 个月后560.810施工前520.6102施工2 个月后600.850由上述检测结果可知，经过抗滑雾封层施工后路面摩擦系数提升了约10%，构造深度提升了约40%，而渗水系数基本保持不变。表明抗滑雾封层可显著提升路面抗滑性能，具有良好的路面应用效果。4结语通过对抗滑雾封层技术进行分析，并依据规范检查验收标准，对施工前后路面技术状况进行评价，结果发现抗滑雾封层施工后路面摩擦系数提升约10%，构造深度提升约40%，而渗水系数基本保持不变。表明抗滑雾封层可显著提升路面抗滑性能，应进一步推广应用。性试验及温缩特性试验，对应调节配合比细节，为后续施工建设做好铺垫。在此基础上强化工艺控制，加强水泥稳定碎石的拌合、运输、摊铺、碾压管理，为工程质量的提升优化奠定坚实基础。参考文献【1】朱锦辉.市政道路水泥稳定碎石基层施工质量控制【J.四川水泥，2 0 2 1（11）：2 37-2 38.25张德刚.沈阳市城市道路水泥稳定碎石基层快速维修工艺的应用研究J.市政技术，2 0 2 1，39（6）：17-19.3 郝彩虹.浅谈水泥稳定碎石基层施工质量控制技术J江西建材，2 0 2 0（5）：12 4-12 5.【4刘凯勇.高速公路水泥稳定碎石基层质量控制要点【J】.建筑技术开发，2 0 2 0,47（9）：118-119.5 张继春.道路水稳碎石基层配合比设计及施工探讨【J.工程建设与设计，2 0 2 1（18）：94-95，111.6孙超.抗裂型水稳碎石基层配合比设计及应用研究J.内蒙古公路与运输，2 0 2 0（4）：47-49，6 2.研究J.广东建材，2 0 2 3，39（2）：2-5.【2 刘文文.高保聚羧酸减水剂的试验研究【J】.江西建材，2 0 2 2(11):21-23.3陈铁海.聚羧酸高性能减水剂的研究现状与发展趋势【J.工程建设与设计，2 0 2 0（12）：192-193.4李伟，管融宁，姜海东，等.聚羧酸高性能减水剂在沪苏通长江大桥超高主塔混凝土中的应用J.混凝土世界，2 0 2 0（11）：8 2-8 5.5韩侃，牛迎国，朱兆荣，等.铁路混凝土用聚羧酸减水剂性能试验研究J.中国铁路，2 0 2 0（9）：94-97.6米金玲，朱乘胜.聚羧酸减水剂在高性能混凝土中的应用J。绿色环保建材，2 0 2 0（8）：9-10.7刘冠杰，王军伟，裴继凯，等.GPC凝胶色谱法检测聚羧酸减水剂的方法研究J.混凝土，2 0 2 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