聚羧酸系高性能减水剂在商品混凝土中的应用.pdf

2 0 1 3年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONCR E T E AND C E MEN T P RODUC T S 2 01 3 No 7 J u l y 聚羧酸系高性能减水剂在商品混凝土中的应用 李道军 ， 马元雄 ( 云南省安宁隆瑞混凝土有限责任公司， 6 5 0 3 0 0 ) 摘要 ： 根 据昆 明地 方原 材料的特性 ， 通过 改进机 制砂 ， 严格控制舍 泥量 ， 采 用掺 聚羧酸减 水剂和矿 物掺 合料 ( 双掺技 术) 进行 配合 比优化 试验 ， 不仅 改善 了混凝土工作性 ， 而且 大幅提 高了混凝土强度及耐久性 ， 在 云南地区率 先 实现 了聚羧酸 系减水剂在 商品混凝 土中的应 用。 关键词 ： 聚羧 酸 系减 水剂； 商品混凝土 ； 配合 比设计 ； 优化试验 ； 生产应 用 Abs t r a c t ：Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f K u n mi n g l o c a l r a w ma t e ri a l s ，b y i mp r o v i n g the ma n u f a c t u r e d s a n d ， s t ri c tl y c o n t r o l l i n g t h e a m o u n t o f mu d a n d u s i n g p o l y c a r b o x y l a t e s u p e r p l a s t i c i z e r a n d m i n e r a l a d m i x t u r e s( d o u b l e a d mi x i n g t e c h n o l o g y ) ， t h e o p t i mi z i n g t e s t o f m i x p r o p o r t i o n i s c a r r i e d o u t ， w h i c h c a n n o t o 4 i mp mv e t h e w o r k a b i l i t y o f c o n c r e t e ， b u t a l s o i mp r o v e t h e s t r e n g t h a n d d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e T h e r e f o r e ， t h e p 0 bc a r b o x y l a t e s u p e r p l a s t i c i z e r i n r e a d y - mi x e d c o n c r e t e i n Yu n n a n i s f i r s t l y a p p l i e d Ke y wo r ： P o l y e a r b o x y l a t e s u p e r p l a s t i c i z e r ；R e a d y mi x e d c o n c r e t e ；Mi x p rop o r t i o n d e s i g n ； O p t i mi z i n g t e s t ； P r o d u c 。_ t i o n a n d a p p l i c a t i o n 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 7 1 8 - 0 5 0前言 随着科技发展 与进步 。现代工程建设多层 、 高 层 、 超高层 、 大跨度框架工程越来越多， 对 于作为建 筑结构材料的混凝土要求也越来越高 各种混凝 土 新技术、 新材料的研发应用 13益广泛 。但 目前预拌 混凝土行业多数仍使用萘系减水剂 ， 其各项指标远 不能满足高性能混凝土的需要。而聚羧酸系高性能 减 水剂则具有减水 率高 、 掺量低 、 分散性好 、 高保 坍、 泌水率低、 收缩小等优点 能显著改善新拌混凝 土的和易性 、 粘聚性、 可泵性 ， 明显提高混凝土强度 及耐久性 ， 延长结构物使用寿命 ， 降低工程成本 ， 且 无毒、 无污染 ， 属于新型绿色环保产品。对此 ， 本文 进行了聚羧 酸系减水剂混凝土配合 比的优化设计 和相关试验研究 ， 并在商品混凝土中进行 了应用。 1 聚羧酸减水剂的作用机理 聚羧酸系减水剂是由羧酸类接枝聚合物构成 的浅褐色透 明液体 ， 具有梳形分子结构 ， 较传统减 水剂仅依靠静 电斥力 打破水泥浆絮凝状态而达到 减水 的作用不 同， 其超分散性能强。这主要是由于 聚羧酸 系减水剂带 有羧基( - C O O M) 、磺 酸基 ( 一 S O 。 M) 、 羟基 ( - O H) 、 聚氧化 烯基链 节 ( 一 P E O P P O) 等活性基团的不饱和单体 。 其分子结构设计 由单一 静 电斥力效应转 向静电斥 力效应 与空 间位 阻效应 共 同作用 ， 形成立体分散系统。梳形聚合物在水泥 一 1 8一 颗粒表面是齿形 吸附状态 其主链上 的羧基 、 磺酸 基等活性官能团提供静电斥力 ， 梳形聚合物侧链触 向水泥粒子的各个部位 。 起着立体空间位阻的重要 作用 ， 决定 着分散 系统 的稳定性 ， 保持水泥浆体 的 流动度。由于聚羧酸系减水剂主链长， 极性基团多 ， 静电斥力强 ， 空间分 于结构庞大 ， 侧链多且较长 ， 空 间位阻大， 从而对水泥材料具有 良好的减水 、 分散 、 稳定作用。 2试 验原 材料 2 1 水泥 试验采用云南产 P O 4 2 5级水泥 ， 其各项性能 指标均符合 G B 厂 I 1 7 5 -2 0 0 7 通用硅酸盐水泥 的 要求 ， 检验结果见表 1 。 2 2 粉煤灰 采用昆明产 级粉煤灰 ， 其各项检测指标均满 足 G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 用于水泥和混凝土中的粉煤 灰 中 级灰的要求 ， 检验结果见表 2 。 2 - 3 矿渣粉 采用 $ 7 5级矿渣粉 ，其各项指标均满足 G B T 1 8 0 4 6 2 0 0 8 用于水泥和混凝 土中的粒化高炉矿 渣粉 技术要求 ， 检验结果见表 3 。 2 4外加剂 通过试验优选采用江苏产 P C A聚羧酸高性能 减水剂 ， 推荐掺量为胶材用量的 1 5 2 5 ， 掺量在 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李道军， 马元雄 聚羧酸系高性能减水剂在商品混凝土中的应用 2 0 时 ， 减水率为 2 8 5 。经检测 ， 其匀质性及物理 性能指标均满足 G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 ( 混凝土外加剂 中 缓凝型高性能减水剂的要求 ， 检验结果见表 4 。 2 5细骨 料 采用安宁某公司砂石系统生产的机制砂 粒径 为 0 5 ra m 中级砂 其各项指标均满足 J G J 5 2 -2 0 0 6 普通混凝土用砂石质量及检验方法标准 要求 ， 检 验结果见表 5 。 2 6 粗骨料 采用安宁某公司砂石系统生产的机制碎石 粒 径 5 3 1 5 ram连 续级 配 ，其 各 项指 标均 满足 J G J 5 2 -2 0 0 6要求 ， 检验结果见表 6 。 表 4 聚羧酸减水剂 品质检验结果 细度模数石粉含量 压碎指标， 吸水率， 表观密度， ( k g m3 ) 堆积密度， ( k g m 3 ) 紧密密度 ( k g m s ) 有机质 3混凝 土 配合 比的设 计 依据 J G J 5 5 2 0 l 1 普通混凝土配合 比设计规 程 的要求 ， 配合 比设计应 满足混凝土配制强度及 其他力学性能 、 拌合物性能 、 长期性能和耐久性能 的要求 ： 所配制的混凝 土应具有 良好的抗氯离子扩 散性能 、 抗硫酸盐侵蚀性能和对钢筋的长期防腐蚀 性 能 。 3 1 混凝土配制强度确定 按照 J G J 5 5 2 0 l 1 标准要求 ， 配合比设计应遵 循配制强度 。大于设计强度 的原则 ； 当混凝土 的设计强度等级小于 C 6 0时 配制强度应按下式确 定 ： D 1 6 4 5 ； 当设计强度 等级大于 C 6 0时 ， 配制强度应按下式确定 。 1 1 混凝土配制 强度计算结果见表 7 。 一 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 7期 表 7 混凝 土配制强度计算结果 3 2 配合 比设计方案及试配参数 配合 比设计方案及试配参数见表 8 。 3 - 3 混凝土配合 比室内试验 根据设计指标及试配参数 ， 依照 G B T 5 0 O 8 0 2 0 0 2 4 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 要求 ， 对混凝土配合 比进行室 内试拌。混凝土配合比室内 试验 条件为 ： 室温 ( 2 0 5 ) o C， 湿度 5 0 以上 ， 采用 6 0 L强制式搅拌机拌合 并根据拌合楼使用及混凝 土实 际生产情况 ， 确定投料顺序及拌合工艺 ： 细骨 料一 粗 骨料一 水 泥一 掺 合料一 拌 合水一 外加剂一 搅拌 1 2 0 s 。待新拌混凝土出机后 ， 采用人工翻拌 3次 ， 对 混凝土拌合物各项性能进行测试 ，符合设 计要求 后 ， 成型各 龄期抗压强度试件 ， 拆模后在标准条件 下养护至 2 8 d龄期 进行力学性能试验 。各项试验 结 见表 9 、 表 1 0 。 3 4 新拌 混凝 土 出机 性 能检测 由表 9可知 ， 新拌混凝土含砂率适 中， 流动性 、 粘聚性、 保水性好 。 C 3 0混凝土用水量在 1 7 5 1 8 0 k g m ； C 5 0混凝土用水量在 1 6 5 1 7 0 k m ； C 5 0混凝土 有少量泌浆和轻微板结 可适 当调整减水剂掺量或 砂率。 新拌混凝土湿密度较大 ， C 3 0在 2 4 6 0 2 5 0 0 k m ； C 5 0在 2 4 8 0 2 5 2 0 k m ，略大于理论设计密度 ， 在生产 中应 适 当进 行调 整 。 混 凝 土坍 落度 经 时损失 较 小 ，出机 后 经历 表 8 配合 比设计方案及试配参数 注 ： 混凝土配合 比均采用 3个不同水胶 比进行室内试验 ， 并根据试拌及 2 8 d强度检验结果 ， 建 立和绘制强度与胶水 比线性关 系 图， 最终确定最佳水胶 比和配合 比参数进行生产性试验。 表 9 出机混凝土拌合物性能检测结果 试验编强度 号 等级 水胶 比 抗压强度 MP a 发展系数 劈裂抗拉强度 MP a 发展系数 W B 3 d 7 d 2 8 d 3 d 7 d 2 8 d 3 d 7 d 2 8 d 3 d 7 d 2 8 d 一 2 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李道军 ， 马元雄 聚羧酸系高性能减水剂在商品混凝土中的应用 6 0 m i n时 ，坍落度 略有增大 ； 1 2 0 mi n后坍落度基本 没有损失 。 按照设计 ( 1 8 0 3 0 ) m m坍落度推算 ， 混凝 土出机坍落度基本控制在 2 0 0 2 3 0 m m范围 才能保 证混凝 土的运输和泵送要求 ， 混凝土入仓 、 浇筑时 间不 宜超 过 1 8 0 mi n 。 凝结 时间试验 ，采用贯入阻力仪进行测定 ， 初 凝 时间在- 1 0 h ； 终凝时间在 1 0 1 3 h 。表 9试验结 果表明 ， 混凝土凝结 时间满足现场施工要求。 3 5 硬 化混凝 土 力学 性能 检验 结果 混凝土抗压、 劈裂抗拉强度试件采用 1 5 0 m m立 方体试模成 型 ， 各龄期混凝土抗压 、 劈裂抗拉强度 检验结果及强度发展系数见表 1 0 。 由以上试验结果建立混 凝土 2 8 d抗压 强度与 胶水 比间的线性方程式和关 系曲线 ( 见 图 1 、 图 2 ) ， 根据 回归方程和混凝 土配制强度求得满 足设计要 求 的水胶 比C 3 0为 0 4 6 C 5 0为 0 3 3 皇 鳗 善 憩 胶水 比( B W) 图 1 C 3 0混凝 土胶 水比与抗 压强度关 系曲线图 胶水比( B W) 图 2 C 5 0混凝 土胶水 比与抗压强度关 系曲线 图 3 6 混凝 土 耐久 性能试 验 结果 混凝土耐久性能试验结果见表 1 1 。 以上 试 验 结 果 表 明 。硬 化 混 凝 土 2 8 d抗 压 强 度 、 抗冻融 、 抗渗性能各项指标均满足相关设计要 求 ， 充分说 明了聚羧酸系高性能减水剂较萘系减水 剂具有更好的耐久性能。 4混凝 土配合 比施 工应 用效 果 自 2 0 1 1 年 1 2月本公司正式使用聚羧酸外加 剂进行混凝土生产 以来 截至 2 0 1 2年 l 0月 。 已累 计生产商品混凝土约 4 0 x l O 4 m 。试验室共抽检 C 3 0 混凝 土 试 件 2 2 0组 ，得 到 2 8 d抗 压 强度 最 大值 4 5 8 MP a ， 最小值 3 0 3 MP a ， 平均值 4 0 O MP a ， 标准差 2 7 9 MP a 。抽检 C 5 0混凝 土试件 6 6组 ， 得到 2 8 d抗 压强度最大值 6 7 3 MP a ，最小值 5 3 6 MP a 。平均值 6 O 3 MP a ，标 准差 3 3 5 M P a 。统计结果均满足 G B T 5 0 1 0 7 -2 0 1 0 ( 混凝土强度检验评定标准 中对混凝 土强度平均值 、 最小值 、 保证率 的检验评定要求 。具 体数据见表1 2 。 5 混 凝土 配合 比试验 分析 ( 1 ) 在配合 比设计 中， 采用了双掺技术 ( 掺聚羧 酸高性能减水剂和 级粉煤灰 、 $ 7 5矿渣粉 ) ，从而 减少了单位用水量和水泥用量 ， 有利于降低水化热 温升 提高混凝土抗裂性能。 ( 2 ) 试验配合 比中水胶 比、 粗 、 细骨料 比例 、 掺 合料 、 减水剂掺量适 当。新拌混凝土泌水少 ， 砂率适 中， 和易性较好 ， 坍落度损失小 ， 保塑性强 ， 单位用 水量略有富裕 。 凝结时间适宜。尤其与矿物掺合料 掺配使用时 ， 在减水剂较小掺量下 即可获得优异的 流动性 从而弥补了萘系减水剂配制 的混凝土坍落 度损失大 、 容易泌水等方 面的缺 陷 。 能够适合 生产 商品混凝土的工艺要求。 ( 3 ) 由于聚羧酸系高性能减水剂与矿渣粉 、 粉 煤灰等掺合料的匹配性很好 ， 采用矿物掺合料取代 部分水泥后增大了胶凝材料在混凝 土中的体积 ， 可 极大提高新拌混凝土的和易性 、 凝聚性 、 可泵性 ； 并 显著改善硬化混凝土的微观组成 ，细化孔隙结构 ， 减少有 害孔 隙数量 ， 增强密实性 ， 从而提高混凝土 的耐 久性 ： 同时 由于产生二次水化作用 ， 使混凝土 的后 期强 度有 较大 幅度 增长 。 表 1 1 混凝 土抗冻 融、 抗渗性能试验结果 ( 下转第 2 5页) 一 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 周和平 膨胀珍珠岩配制轻质混凝土的研究 因素。 “ T ” 型槽的设计在该试验中得到了应用与 验证， 试验证明该器具具有一定的参考价值。本 试验 仅研究 了膨胀 珍珠 岩在轻质 混凝土 中的基本 应用 ， 今后还将进一步开展节能 、 隔音 、 收缩等方面 的试 验 。 2 李继业 新 型混凝 土技术与施工工艺 ( 第 1 版 ) M 北京： 中国建材工业 出版社。 2 0 0 2 【 3 李明李， 童 昀， 李芳， 等 陶粒 混凝 土发展 现状及研 究进 展 混凝 土世界， 2 0 1 0 ， 1 5 ( 9 ) ： 1 6 1 8 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 5 1 2 作者简介 ： 周和平 ( 1 9 8 6 一 ) ， 男 ， 工程师 。 参 考文献 ： 通讯地址 ： 镇江市丹徒 区高资镇香山大道 1号 1 王培 民 新型 和特种混凝 土配合 比设计 及施工 性能检测 联系电话 ： 1 5 3 5 8 5 9 6 8 0 8 实用手 册 M 北 京： 中同建材 出版社， 2 0 0 4 E - ma i l ： z h p i n g 7 2 9 1 2 6 c o m ， I， l ， ， l l ， ， ， ， l， l ，l l ， ， ， ， ， ， l ， ， ，l l l l， ， ， l ， l l l ， ， ， l ， l ， l ( 上接第 2 l页) 表 l 2混凝土强度检验抽样结果统计 ( 4 ) 从 室 内试 验 成 果 及 生 产 应 用效 果 表 明 ， 硬 化混凝土各项力学性能均满足设计要求 ： 从强度发 展规律分析 。 抗 压强度有一定的富余空 间， 更 有利 于混凝 土生产和施工质量控制 ； 经过一段 时间生产 运行后 。 在充分论证混凝土及原材料性 能稳定 的基 础 上 ， 可进 一步 优化 调整 。 ( 5 ) 通过一 系列试验分析 可知 ， 尽管聚羧酸系 减水剂具有 良好的综合性能 ，但在实际应用 中， 还 存在着减水剂掺量大小与砂石骨料含泥量 、 细粉量 比例 、 机制砂 ( 石粉含量 ) 变化 比较敏感的问题 。尤 其 是 针 对不 同地方 砂 石 材料 及 含 泥量 的变 化 ， 还 需 进 一 步 深 入对 聚 羧 酸 系 减 水 剂 适 应 性 方 面 的试 验 研 究 。 同时 ， 应 注意 加强 原材 料 的质量 检验 和控 制 ， 才能真正发挥聚羧酸系减水剂在预拌混凝土 中的 优势 。 6 结 语 聚羧酸 系高性能减水剂具有与胶凝材料相容 性好 、 减水率高 、 增强效 果明显 、 绿色环保 的特点 ， 显示 了较萘系减水剂 良好的优越性。通过合理选择 原材料 品种 ，采用聚羧酸减水剂进行优化试验 ， 确 定最佳配合 比参数 ； 利用 复合掺合料技术 ， 充分发 挥二者 的“ 优势互补效应” ， 不仅可利用工业废料 ， 减少环境污染 ， 还降低了原材料成本 ， 具有较好的 技术和经济效益。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 5 1 8 作者简介 ： 李道军 ( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 工程师。 通讯地址 ： 昆明市安宁市连然新 哨湾村 ( 龙 山矿人 口处 ) 联系 电话 ： 1 3 3 5 4 9 9 8 1 9 9 E ma i l ： 3 2 6 3 2 8 3 8 9q q c o m 一 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m