掺聚羧酸减水剂混凝土工作性能的调控.pdf

1 1 4 江苏建筑 2 0 1 3年第 1 期 ( 总第 1 5 3期 ) 掺聚羧酸减水剂混凝土工作性能的调控 续荣贵 ， 石 亮 ， 刘建忠 ， 吴 烨 。 -2 ， 阳大飞 n ， ( 江苏省建筑科学研究院有限公司， 高性能土木工程材料国家重点实验室， 江苏南京 2 1 0 0 0 8 ； 。 江苏博 特新 材料有 限公 司， 江苏 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘 要1 聚羧酸减水剂是现代混凝土实现高性能化的关键，但原材料与环境敏感性问题一直阻碍着聚羧酸减水剂的深 入推广。试验对 比研 究了不同调控技术对含泥量 变化下掺 聚羧酸减水荆混凝 土常温与高温工作性 能的影响 并测试 了混凝 土力学性能的发展 。 结果表明： 适 当提升掺量并采用“ 快速分散、 缓慢释放” 及” 分子剪裁” 技术 对聚羧酸减水剂分子结构进 行 设计 ， 可解决 因含 泥量 波动及 高温 引起的混凝土初始工作性 能不佳 与坍 落度 经时损 失问题 且混凝土 力学性能发展 不受影 响 。 f 关键 词1 聚羧酸减水剂； 工作性能； 分子结构； 力学性能 【 中图分类号 T U 5 2 8 o 4 2 2 【 文献标识码】 A 文章编号 m0 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 1 1 4 0 3 W o r ka b i l i t y Re g ul a t i o n o f Co n c r e t e wi t h Po l y c a r bo x y l a t e S up e r p l a s t i c i z e r XU Ro n g - g u i 。 S HI L i a n g 。 L I U J i a n - z h o n g 。 WU Ye YAN G Da f e i 0 ( 1 J i a n g s u R e s e a r c h n s t i t u t e o f B u i l d i n g S c i e n c e ， S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f H i g h P e rf o r m a n c e C i v i l E n g i n e e ri n g M a t e ri a l s ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 8 ， C h i n a ； 2 J i a n g s u B O T E N e w Ma t e ri a l s C o ， L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：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 i s t h e k e y f o r mo d e r n c o n c r e t e t o a c h i e v e h i g h p r o p e r t i e s B u t t h e s e n s i t i v i t y o f p o l y c a r b o x y l a t e t o e n v i r o n me n t a n d r a w ma t e ri a l s h i n d e r s t h e p r o mo t i o n o f n e w s u p e r p l a s t i c i z e r T h e e f f e c t s o f r e g u l a t i n g t e c h n o l o g y o n w o r k a b i l i t y o f 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 c o n c r e t e w i t h d i f f e r e n t c l a y c o n t e n t a t n o r ma l a n d h i g h t e mp e r a t u r e s we r e i n v e s t i g a t e d r e s p e c t i v e l y T h e me c h a n i c a l p r o p e r t y o f c o n c r e t e wa s als o b e e n t e s t e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p o o r i n i t i a l w o r k a b i l i t y a n d s l u mp l o s s p r o b l e ms o f 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 c o n c r e t e c a u s e d b y c l a y c o n t e n t fl u c t u a t i o n s a n d h i g h t e mp e r a t u r e c o u l d b e s o l v e d b y a p p r o p r i a t l y i n c r e a s i n g t h e d o s a g e o f s u p e r p l a s t i c i z e r a n d d e s i g n i n g t h e mo l e c u l a r s t r u c t u r e o f t h e p o l y c a r b o x y l a t e u s i n g” q u i c k d i s p e r s e s l o w r e l e a s e” a n d ”mo l e c u l a r t a i l o r i n g t e c h n o l o gy ” T h e me a s u r e s t a k e n a b o v e wo u l d n o t a f f e c t t h e me c h a n i c a l p r o p e r t y d e v e l o p me n t o f c o n c r e t e Ke y wo r d s： 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 ； wo r k a b i l i t y ； mo l e c u l a r s t ruc t u r e ； me c h a n i c a l p r o p e r t y 0 1 言 随着科技的不断进步 混凝土正逐步走 向高强化 与高 性能化 减水剂是使 混凝土具备如上性能不可或 缺的重要 组分 。聚羧酸减水剂 是第 三代高效减水剂 具有掺量低 、 减 水率 高等特点 ， 已被广泛应用于公 路 、 桥梁 、 隧道等重 大工 程 中。众所周知 ， 混凝土组成中 7 0 左右为骨料 对掺聚羧 酸减水剂的混凝土而言 骨料 的品质很大程度上决定 着其 工作性能的优劣 原 因在于多数骨料含有不 同程度 的泥粉 ， 基 金 项 目 ：国 家 科 技 支 撑 计 划( 十 二 五 ) 资 助 f 2 0 1 1 B A E 2 7 B 0 2 ) ； 江苏省交通科学研 究计 划项 目“ 灌 河 大桥腐蚀环境下耐久性应用研究” 资助 泥粉具有层间结构 能够 大量吸附聚羧酸盐 减水 剂分 子 从 而使减水剂失去活性 进 而影 响混凝土的工作性能I 1 1 。虽然 标准规范上对骨料 的泥粉限制做出了规定 但在此 限值下 仍会出现混凝土工作性能差异 。 此外 ， 环境温度波动也对 聚 羧酸减水剂的应用效果存在影响日 。因此 有必要针 对掺 聚 羧酸减水剂的混凝土研究相应 的工作性能调控技术 稳定 混凝土 的工作性能 确保硬化混凝土 的质量 。 本文依托某工程 C 4 0灌注桩混凝土 ，通过对 比试验 【 收稿日 2 0 1 2 1 1 1 2 作者简介1 续 荣 贵 ， 江 苏 省 建 筑 科 学 研 究 院 有 限 公 司 ， 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 3年第 1期( 总第 1 5 3期 ) l l 5 研究不同调控技术对掺聚羧酸减水剂 的不 同含泥量混凝 土 工作性能与力学性能 的影响 提 出适用于实际 工程 的桩基 混凝土工作性能调控方案 为混凝土施工提供借鉴与帮助。 1原 材 料 与 试 验 方 法 1 1 原材料 选用海螺 P 0 4 2 5水泥 ， 级粉煤灰 ， $ 9 5级矿渣粉， 各 胶凝组分的化学成分如表 l 所示 ：粗骨料为 5 mm - 3 1 5 m m 连续级 配石灰岩碎石 ，堆积密度 1 3 2 7 k g m s ；细骨 料为江 砂 细度模数 2 1 。 裹 1 胶 凝材 料化 学组成 w t 减水剂 为江苏博 特新材 料有 限公 司开发 的 P c A聚羧 酸高性能减水 剂 特种矿物掺合料为江苏博特新材料有 限 公司研 制的 N F ( I ) 粉料。 1 2 试验方法 f 1 配合 比设计 试验根据不同批次骨料含泥量 设计 3组混凝 土配合 比。 如 表 2所示 ， 其 中 ： 石子 含泥 量 0 - 3 、 石 子 含泥 量 1 4 、 石子 3 含泥量 2 1 。 f 2 ) 试验方法 鉴于现有标准对含泥量的定义同时包含 了泥粉与石粉 而对聚羧酸性能影响最为显著 的是泥粉含量 ， 此处参照 普 通混凝土用砂、石质量及检验方法标) 0 G J 5 2 - 2 0 0 0 对 3 个批次的石子进行 7 5 V m以下的混合颗粒( 泥粉 与石粉 ) 含 量测定 ，同时采用 X射线荧光光谱仪对筛分出的 7 5 m 以 下混合颗粒进行分析 得出其中的主要成分组成 比例 与泥 粉 的主要组成成分 比例进行 比对 通 过差值法 确定 骨料含 泥量范 围。 新拌混凝土初始坍落度及 2 h坍落度损失测试按 照 普 通混 凝土 拌合 物性能试 验方 法标 准 ( G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 ) 进行 。硬化混凝 土抗 压强度测试参 照 普通混 凝土力 学性能试验方法标 准 f G B 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ) 进行 。 2 试验结果与分析 2 1 混凝土初始工作性能调控 针对不 同含泥量石 子 采用 同种 聚羧 酸高性能减水剂 进行 工作性能测试 如图 1 f a ) 所示。Mi x 1 混凝土 由于含泥 量较 低 拌合物的坍落度在 2 2 0 m m左 右 由于泥粉的存 在 Mi x 2与 M i x 3混凝 土的坍落度减小 ，与 Mi x 1 相 比平 均降低约 9 当含 泥量 超过 1 4 时 ， 混凝土坍落度变化不 再明显。聚羧酸减 水剂 是一类含 羧基 、 酯基( 醚基) 、 羟基 、 磺 酸基 、 聚氧烷基等基 团的梳形高分子表面活性剂 ， 其 主链 吸 附在水泥颗粒表面形成双电层产 生静 电斥力作 用提 高水泥 颗粒分散性 P E O侧链因具 有亲水性 能游离于液相中发挥 空间位阻作用 进一步增加水泥颗粒分散稳定性 。 泥粉 比表 面积大于水泥颗粒 其对聚羧酸减水剂分 子的吸附能力约 为水 泥的 4倍3 1 故 减水剂分子 的分 散作用被降低 。 混凝 土 工作性能劣化 为 了削弱泥对聚羧 酸减水剂分子 的竞争吸 附现象 采 用最为简便 的提升掺量办法 增强可与水泥颗粒吸附的减 水剂 分析 的量 改善 较高含 泥量混 凝土 的工作 性能 。将 1 6 掺量 的聚 羧酸减 水剂分 别应用 于 Mi x 2和 Mi x 3中 混凝土工作性能如 图 1 ( b 1 所示 。由图可 以看 出， 不 同含泥量 混凝 土掺入 1 6 聚羧酸减水剂后 工作性能得到改善 M i x 2和 Mi x 3初始坍落度与 Mi x l 相当。 通过 提升混凝土减水 剂 的掺量 可以实现较高含泥量下混凝土坍落度与扩展度 的 保持 。 但实际施工过程中 混凝土从拌合到浇筑有一定 的时 间间隔 这就需要掺聚羧酸减水剂 的混凝土具有一定 的坍 落度 保持能力 根据工程实 际需求 2 h的混凝 土坍 落度保 持成 为需要达 到的 目标 2 50 2 00 童- 5 o 嚣 。 0 o 睿 5 O 2 ， 0 2 0 0 重- 5 o 憾 萎 5 0 0 i l l M “ l M b t 2 M i x3 M k l M i x2 M h， ( 8 )顾参 量 P CA C b 】登 捧 量 P C A mi x l = mi x 2= mi x 3 =1 5 mixl =1 5 mi x 2 =mi x 3 =1 6 图 1 聚羧酸减水剂对混凝初始坍落度的影响 2 2 混凝 土 2 h工作性能调控 试验在原有配 比基 础上 采用变掺量 P C A进行混凝 土 2 h坍落度保持试验 。 结果如 图 2 ( a ) 所示 。虽然增 加 P C A掺 量能 够使不 同含 泥量混凝 土 的初 始坍 落度 均满足 施工需 求 但 2 h后 Mi x 1 混凝 土坍落度损 失为 2 5 已经不能 满 足坍落度大 于 1 8 0 m m的泵送混凝土施 工需求 含泥量较 高的 Mi x 2与 Mi x 3混凝 土已经近乎无坍 落度 现 阶段 关 于 掺 聚羧 酸 减 水剂 的混凝 土坍 落 度 保 持成 果 多 集 中 在 0 5 h 一 1 h 保坍上 ， 关于 2 h这种长时间保坍的报道较少 普 通 表 2 混凝土配合比 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 1 6 江苏建筑 2 0 1 3年第 1 期( 总第 1 5 3 期 ) 的复配技术能够解决掺聚羧酸减水剂混凝 土的短时 间坍落 度损失问题 但是对于长时间的保坍 复配技术 已经不 能满 足 试验首先继续沿用增加掺量的方式解决混凝土 2 h 坍 落 度损失问题 。 如图 2 ( b 1 所示。对于含泥量较低的 M i x 1 混 凝 土 1 6 的 P C A掺 量 已经 可 以保 证 混凝 土坍 落度损 失 在 1 O 以内 较 高的 Mi x 2和 Mi x 3混凝士 聚羧 酸减水剂 掺 量增至 1 7 仍不能解决坍落度损失问题 2 so 2 重 5 o 蓑， 0 o 睿 s 0 O 龇 ( a ) 变 掏 _ 鬟 P CA 25 0 20 0 重m 婪 5 o ( b)变 捧 越 P C A ( c ) 改 进 型 I ： CA 图 2 聚羧酸减水剂对混凝土 2 h坍落度保持 的影响 Y a m a d a等 研究表明 聚羧酸减水剂分子侧链 状态及 侧链与主链的 比例对其分散性 的保持存在影响 研 究通过 “ 快速 分散 、 缓慢释放” 技术 设计并改变减水剂侧链 分子结 构 制备 出改进型 P C A聚羧酸减水剂 。 使其具备保持长时间 空间位阻效应的能力 掺入改进型 P C A的混凝土 2 h 工作性 能测试如图 2 f c ) 所示 。混凝土 2 h 坍落度与初始相 比， Mi x 1 、 Mi x 2 、 M i x 3混凝土降低均在 1 0 以内改进型聚羧酸减水 荆很好 的解决 了不 同含泥量混凝 土 2 h的坍落度保 持问题 对于混凝 土夏季施工 高温是造成拌合物工作性能损失的重 要原因 如何 实现较高含泥量下掺聚羧酸混凝土的高温坍落 度保持 是工程夏季顺利施工亟待解决的关键问题 。 2 - 3 高温下混凝土 2 h工作性能调控 研究选择 3 5的高温采 用不同掺量的改进 型 P C A进 行混凝土 2 h坍落度保持试验 结果表明 。 掺有 1 5 改进型 P C A的 Mj x 1 混凝土高温下 2 h坍落度损失约 2 5 含泥量 较高的 Mi x 2 、 Mi x 3混凝 土在高温情况下 均出现了大幅度 的坍落度损失 ， 平均 大于 7 0 ， 如图 3 f a ) 所示 。查 阅现有 的 混凝土高温条 件下坍落度保持研究成果 。 研究选择采用“ 分 子剪裁”技 术在 聚羧酸减水剂分子结 构中接人缓凝基 团的 方式应对混凝 土的坍落度损失 高温条件下混凝土水泥 颗 粒的水化速率加快 絮凝结构的生成时 间变短 。 因此拌合 物 的工作性 能损 失较快 缓凝基团可在一定程度上减缓混凝 土中水泥颗粒的水 化 进而降低拌合物 的坍落度损失嘲 。图 3 为掺人缓凝 型 P c A的混凝土高 温条件下 2 h坍落度 损 失情况 。 由图可以看 出 拌合物的坍 落度损失得到很好的控 制 其 中 Mi x l 混凝土 2 h坍落度损失 为 8 ， M i x 2混凝土 2 h 坍落 度损 失为 9 Mi x 3混凝土 2 h坍落度损失为 l l 。 2 4 调控技术对混凝土力学性能的影 响 研究在实现掺聚羧酸减水剂桩基混凝土不同含泥量条 奏 a 1改进型 P C A ( I ) 0 a )缓凝型 P C A 图 3 聚羧酸减水剂对混凝土高温 2 h坍落度保持的影响 件下高温 2 h工作性能调控 目标后 测试了聚羧酸减水剂调 控技术对混凝土的力学性 能发展的影响 如表 3所示 Mi x l 混 凝 土 2 8 d抗 压 强 度 为 5 3 5 MP a M i x 2抗 压 强 度 为 4 9 5 MP a ， Mi x 3为 4 9 O MP a 。 使用调 控技术 后 混 凝土强 度 发展正常 ， 3组混凝土均满足 C 4 0强度等级要求 表 3 混凝 土 抗 压 强 度 MP a 3结 语 f 1 1 适 当提升聚羧酸减水剂的掺量可在一定程度上减小 泥对混凝土初始坍落度的影响 ( 2 ) 采用“ 快速分散 、 缓慢释放” 技术 ， 对聚羧酸减水剂分 子结构进行设计 解决 了不 同含泥量混凝 土 2 h坍落度保持 问题 ( 3 ) 对 聚羧 酸减 水剂分子进行“ 分子剪裁” 引入缓 凝基 团 减水剂在 高温下 的分散性 能得 以提 升 混凝 土 3 5 下 2 h坍落度损失 维持在 1 0 左右 【 4 1 调控技术对掺聚羧酸减水剂的混凝 土力学性能发展 无负面影响 参 考 文 献 【 1 】袁杰， 范永德， 葛勇， 等 含 泥量 对高性能混凝土耐 久性 能 的影响田， 混凝土， 2 0 0 3 ( 8 ) ： 3 1 3 3 f 2 1 吴华明， 薛永宏， 林 宗良， 等 聚羧 酸减水剂的温度依赖 性 】 混凝土与搽泥制 品， 2 0 1 1 ( 1 O ) ： 9 - 1 2 【 3 1 李有光， 李苑， 万煜， 等 泥对掺 聚羧酸减水剂 的水 泥浆 体分散性 的影响U 重庆大学学报， 2 0 1 2 ， 3 5 ： 8 6 9 2 4 】 Ya ma d a K ， T a k a h a s h i T ， Ha n e h a r a S ， e t a 1 E c t S o f t h e c h e mi c al s t r uc t u r e o n t he p r op e r t i e s o f p ol y c a r bo x y l a t e t y p e s u p e r p l a s t i c i z e r I 7 】 C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 3 0 ： 1 9 7-2 0 7 【 5 】5 K a t o H， Mi y a k a w a T ， Na k a mu r a a k i n o r i A ， e t a 1 I n fl u e n c e o f a d d i t i v e s o n fl u i dity o f c e me n t p a s t e wi t h p o l y c a r b o x y l a t e b a s e d s u p e r p l a s d c i z e r s J J o u m o f t h e S o c i e ty o f Ma t e r i a l s Sc i e n c e ，2 0 03， 5 2：2 94 3 0 0 f 6 】 毛芳芳， 廖声金， 郎春林 聚羧 酸减 水剂与缓凝 组分相 容性 的探 究 j 混凝土， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 7 4 7 6 郴 瑚 m 蛐 。 吾一 犍睿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m