减水剂过掺对C30混凝土性能影响.pdf

2 0 1 3年 第 2期 (总 第 2 8 0期 ) N u mb e r 2 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 0 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE 减水剂过掺对 C 3 0混凝土性能影响 刘斯凤 。徐勇。王培铭 ( 同济大学 材料科学与工程学院，上海 2 0 1 8 0 4 ) 摘要 ： 以 C 3 0自密实混凝土为研究对象 ， 研究聚羧酸高效减水剂 、 萘系减水剂 、 木钠减水剂过掺对其新拌性能 、 力学性能和耐 久性能的影响。 试验结果表明： 3 种减水剂的过掺均会使 C 3 0自密实混凝土坍落扩展度增加 、 含气量降低 、 凝结时间延长 、 混凝土 立方抗压强度 、 2 8 d 轴心抗压强度 、 2 8 d弹性模量降低、 耐久性变差。 此外 ， 对混凝土 2 8 d 抗折强度的影响则 因减水剂种类而异。 关键词： C 3 0自密实混凝土 ；减水剂；抗压强度；耐久性 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 2 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 7 2 0 3 S t u d y o n t h e p e r f o r m a n c e o f s u p e r p l a s t i c i z e r mi x e d C3 0 c o n c r e t e LI U S i f e n g， XU Yo n g， WANGPe i mi n a ( S c h o o l o f ma t e r i a l s s c i e n c e a n d e n g i n e e r i n g ， T o n i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： I t i n v e s t i g a t e d t h e e f f e c t s of the o v e r - d os a ge o f po l y c a r bo x y l a t e s u pe r p l a s t i c i z e r ， na p h t ha l e ne s u p e r pl a s t i c i z e r s o d i u m a nd t h e s o d i u m l i g n o s u l p h o n a t e o n t h e p e r f o r manc e o f fl e s h c o n c r e t e ， me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d d u r a b i l i ty o f C 3 0 s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e T h e r e s ul t s s h o we d t h a t the o v e r do s a g e o f a l l the t h r e e wa t e r r e d uc i ng a d mi x t u r e s wo ul d i n c r e a s e the flo wa bi l i t y of t h e f r e s h c o n c r e t e ， r e d u c e the a i r c o n t e n t ， pr o l o ng the s e t t i ng t i me Th e o ve r d os a g e o fthe wa t e r r e d u c i n g a dm i x t u r e s wo ul d a l s o r e d u c e t h e c o mp r e s s i v e s t r e ng t h o f the a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d t h e mo d u l u s o f e l a s t i c i ty o f c o n c r e t e c u r i n g f o r 2 8 d a y I n a d d i t i o n ， the fl e x u r a l s t r e n g t h s o f c o n c r e t e C ur i n g for 2 8 d a y s we r e di f f e r e n t d u e t o the t y pe s o fwa t e r r e d uc i n g a g e n t K e ywor ds ： C 3 0 s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ； wa t e r r e d u c i n ga dm i x t u r e ； c o mp r e s s i v e s tr e n gth； d ura b i l i ty 0 引 言 随着科技的不断进步， 普通的混凝土已经越来越难 以满 足一些大型、 新颖工程的建筑需求， 自密实混凝土便由此而 提出。 所谓 自密实混凝土， 是指在浇筑过程中无需施加任 何振捣 ， 仅靠混凝土 自 重就能完全填充至模板 内各个角落和 钢筋间隙的混凝土。 自 密实混凝土被誉为“ 近几十年中混凝 土建筑技术最具革命性的发展” _ 1J 。 这一概念最早由日本学者 O k a m u r a 于 1 9 8 6 年提出圆 。 随后 ， 东京大学的 O z a w a 等开展 了自密实 昆 凝土的研究圈 。 自密实混凝土之所以具有如此优 良的性能， 外加剂功不可没。 外加剂是混凝土研究的重点和 热点之一， 目前国外已将其列为除水泥、 砂 、 石、 水之外的混 凝土第五组分4 1 。 减水剂在外加剂中使用最多 ， 可显著降低混 凝土的水灰比， 改善混凝土的性能。 但是， 减水剂的掺量并非 越多越好， 过掺可能对混凝土各项性能产生影响。 本试验以 C 3 0自密实混凝土为研究对象， 研究聚羧酸减水剂、 萘系减 水剂、 木钠减水剂过掺对其新拌性能、 力学性能和耐久性的 影响。 本研究定义过掺为在推荐掺量下再增加 5 0 的掺量。 1 原 材 料 水泥： 海螺水泥有限公司生产的P O4 2 5 R级水泥， 标 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 8 3 0 7 2 准稠度用水量为 2 8 4 。 粉煤灰 ： 石洞 口第一电厂生产 的 I I 级粉煤灰 。 矿渣 ： 宝 田 $ 9 5矿渣 。 细骨料 ： 上海建工集 团股份有限公司提供的天然河砂 ， 表观密度为 2 5 9 2 k g m ， 堆积密度为 1 6 1 3 k g m ， 细度模 数为 3 0 ， 砂的级配在 I I 区， 为偏粗中砂 ， 含泥量为 6 2 5 。 粗骨料 ： 上海建工集 团股份有 限公司提供 的石灰石碎 石 ， 表观密度为 1 5 0 6 k g m ， 堆积密度 为 1 5 2 0 k g m ， 压碎 指标为 2 9 ， 针片状含量为 2 2 ， 颗粒级配为 5 2 0 mm 连 续级配。 减水剂 ： 本试验所用减水剂品种及主要参数如下 ： 聚 羧酸减水剂 ： 固含量为 1 4 6 8 ， 减水率 为 2 0 ； 萘 系减 水剂 ： 固含量为 3 7 5 6 ， 减水率为 2 0 ； 木钠减水剂 ： 固 体粉末， 减水率为 2 0 。 2 试验方案 本试验中混凝土新拌性能按照 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 ( 普 通混凝土拌合物性能试验方法标准 进行测试 ， 力学性能 按照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法标 准 进行测试， 耐久性按照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土 长期性能和耐久性能试验方法标准 进行测试。 试验所用 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m C 3 0自密实混凝土配合 比见表 1 。 表 1 C 3 0自密实混凝土配合比 3 试验结果与讨论 3 1 减水剂过掺对 自密实混凝土新拌性能的影响 本课题 的研究对象包括 3 种减水剂 ： 聚羧酸高效减水 剂 、 萘系减水剂 、 木钠减水剂 。 正常掺量分别为胶凝材料质 量 的 1 1 、 1 1 、 0 2 5 ， 过掺掺量分别 为胶凝材料质量 的 1 6 5 1 6 5 0 3 7 5 3 1 1 减水剂过掺对 C 3 0自密实混凝 土和易性的影响 3 种减水剂正常掺量与过掺情况下的自密实混凝土坍 落扩展度如表 2 所示 。 表 2 不 同掺量减水剂下的 C 3 0自密实混凝土坍落扩展度 减 水 剂 种 类 减 水 剂 掺 量 混 凝 坍 落 度混 凝 土 落 扩 展 度o cm m m 对于自密实混凝土的新拌性能的检测 ， 是通过测其坍 落扩展度和检查其是否离析和泌水来进行 的。 由表 2可以 看出， 过掺三种减水剂均会提高 C 3 0自密实混凝土的流动 性。 其中， 过掺聚羧酸高效减水剂对坍落扩展度的影响最大， 达 1 8 2 。 需要说 明的是 ， 过掺聚羧酸高效减水剂的混凝土 拌合物 出现了比较 明显 的泌水 、 离析和缓凝现象 。 3 1 2 减水剂过掺对 自密实混凝土含气量的影 响 由表 3 可以看出， 过掺 3 种减水剂均会降低 C 3 0自密 实混凝土的含气量。 其 中， 过掺聚羧酸高效减水剂对混凝土 含气量影响最小， 降幅为 3 3 ； 过掺萘系减水剂对混凝土 含气量影响最大， 降幅为 2 5 9 。 表 3 不同减水剂掺量下的 C 3 0自密实混凝土含气量 3 1 _ 3 减水剂过掺对自密实混凝土凝结时间的影响 凝结时间分为初凝时间和终凝时间， 是决定新拌混凝土 运输、 施工和拆模养护的关键因素。 初凝时间指的是混凝土干 料加水开始到初步失去可塑性所经历的时间； 终凝时间则为 浆体完全失去可塑性并开始产生强度所经历的时间。 掺加不 同掺量减水剂的C 3 0自密实混凝土凝结时间如表 4 所示。 表 4 不同减水剂掺量下 C 3 0自密实混凝土的凝结时间 由表 4可以看出 ， 3 种减水剂 的过掺均会增加混凝土 的凝结时间 ， 说 明 3种减水剂均有不同程度的缓凝效 果 。 其中 ， 过掺聚羧酸减水剂对 C 3 0自密实混凝土的凝结时间 影 响最小。 3 2 减水剂过掺对 自密实混凝土力学性能的影响 本试验所研究的力学性能包括立方抗压强度 、 轴心抗 压强度 ( 轴压强度 ) 、 抗折强度 以及弹性模量等 ， 力学性 能 指标与普通混凝土 的相同。 3 2 1 减水剂过掺对 C 3 0自密实混凝土抗压强度的影响 试验结果如图 1 所示 。 日 、 鼎 6 0 5 0 皇4 0 so 20 1 O O 养护龄期 ， d ( a ) 聚羧 酸减水 剂 1 4 7 1 0 1 3 l 6 1 9 2 2 2 5 2 8 3 1 3 4 3 7 4 0 4 3 4 6 4 9 5 2 5 5 5 8 养护 龄期 ， d f b ) 萘 系减水剂 养 护 龄 期 ， d f c 沐 钠减水剂 图 1 不同减水剂掺量下的混凝土抗压强度 由图 1 可以看出， 聚羧酸高效减水剂正掺和过掺情况 下的混凝土抗压强度曲线在养护龄期前 7 d 基本重合， 但 5 6 d 后的正掺混凝土抗压强度超过过掺下的混凝土。 萘系 减水剂正掺 和过掺下的混凝土在养护龄期前 7 d 的抗压强 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 度曲线也基本重合 ， 但是 7 d 后过掺下的混凝土抗压强度 小于同龄期下的正掺混凝土抗压强度 ， 且 随着养护龄期 的 延长 ， 减小的趋势逐渐增大。 木钠减水剂过掺将导致混凝土 抗压强度始终减小。 3 2 2 减水剂过掺对 C 3 0自密实混凝土抗折强度的影响 试验结果如 图 2所示。 4 5 4 0 3 5 皇3 0 2 5 嘿 2 0 羹l _5 1 0 O 5 0 聚羧酸减 水剂 萘系 减水剂 木钠减 水剂 图 2 不同减水剂不同掺量下的 2 8 d抗折强度值 由图 2可以看 出， 3 种减水剂在正常与过掺情况下对 C 3 0自密实混凝土的抗折强度影响不尽相 同。 其 中， 过掺聚 羧酸减水剂时? 昆 凝土 2 8 d 抗折强度与正常掺量下 的混凝 土相当。 然而 ， 萘系减水剂过掺会导致混凝土试块的 2 8 d 抗 折强度降低约 1 6 2 。 对于同体木钠减水剂来说 ， 其过掺则 对混凝土试块的抗折强度几乎没有影响。 3 2 - 3 减水剂过掺对 C 3 0自密实混凝 土轴心抗压强度 的 影响 混凝 土轴心抗压 强度 的结 果如 图 3 所示 。 由图 3可 知 ， 3种减水剂过掺均会导致混凝土 2 8 d轴心抗压强度的 降低。 其中， 木钠减水剂过掺会导致混凝土轴心抗压强度降 低约 1 9 1 ， 降幅最大。 45 40 3 5 3 o 25 2 0 1 5 暴 1 0 5 0 聚羧 酸 减 水 剂 萘 系 减 水 剂 木 钢 减 水 剂 图 3 不同减水剂掺量下 G 3 0自密实混凝土 2 8 d 轴心抗压强度 3 2 4 减水剂过掺对 C 3 0自密实混凝土弹性模量的影响 由图 4可以看 出， 3 种减水剂过掺均导致混凝土 2 8 d 弹性模量降低 ， 这说明减水剂 的过掺会降低 C 3 0白密实 昆 凝土的弹性模量。 其 中， 过掺萘系减水剂对混凝土 2 8 d 弹性 模量 的影 响最大 ， 降幅约为 2 8 6 。 7 O 60 舌 0 。 萋 s o 融 2 0 1 O 0 I _ 正常 掺 量 口 过 聚羧酸减水剂 萘系减水剂 木钠减水剂 图 4 不同减水剂不同掺量下 C 3 0自密实混凝土 2 8 d弹性模量 7 4 3 3 减水剂过掺 对 C 3 0自密实混凝土耐久性的影响 混凝土耐久性能是继新拌性能与力学性能后又一重 要 的性能 ， 主要包括混凝 土抗 冻性 、 抗渗性 、 抗 收缩 、 抗硫 酸盐侵蚀 、 抗氯离子渗透 、 抗碱一 骨料反应及抗碳化性 能 等。 本试验主要研究了长期收缩性能和抗碳化性能。 3 3 1 减水剂过掺对 C 3 0自密实混凝土抗碳化性能的影响 碳化试验结果如表 5 所示 。 表 5各批次 自密实混凝土的碳化深度 mm 龄期 聚羧酸 聚羧酸 萘系 萘系 木钠 木钠 d 正掺 过掺 正掺 过掺 正掺 过掺 3 0 O 2-3 3 8 1 2 3 8 7 1 _ 3 02 46 2 8 2 2 4 1 1 4 O 1 04 4-2 3 _ 2 1 8 6 0 2 8 0 5 0 6 7 0 3 3 8 5 由表 5 可 以看 出， 过掺聚羧酸高效减水剂对混凝土的 抗碳化性能影响相对最小 。 同时， 过掺萘系减水剂将导致混 凝土 3 d 碳化深度增大 6 5 ， 过掺木钠减水剂将导致混凝 土 3 、 2 8 d 碳化深度分别增大 2 1 6 7 、 1 5 7 6 。 表中个别数 据反映出一定的不规律性 ， 这可能是由于成型时的密实程 度不 同以及在碳化箱中放置的位置不 同造成 的。 3 3 2 减水剂过掺对 C 3 0自密实混凝土长期收缩 l生 能的影响 、 暖 蜒 山 、 鹱 据 养护 龄期 d ( a 1 聚羧酸减 水剂 3 0O 25 0 皇2 0 0 1 5 o 蠢1 0 0 5 O O 养护 龄期 d ( b ) 萘 系减水 剂 l 4 7 l 0 1 3 1 6 1 9 2 2 2 5 2 8 3 1 3 4 3 7 4 O 4 3 4 6 养护 龄期 d ( c 1 木 钠减水 剂 图5 减水剂不同掺量下 C 3 0自密实混凝土的收缩 曲线 下转 第 7 8页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 料配合比优化后可以获得 良好 的自密实性 ， 从而解决 R P C 用于现浇时的振捣问题 。 4结 论 ( 1 ) 由超细水 泥 R P C的制备试验可知 ， 超细水泥 R P C 制备灵活 ： 可不用添加任何掺合料直接采用超细水泥制备 R P C， 达到快速生产 目的 ； 适 量的掺合料可提高拌和物流 动性和材料强度 ， 也使材料更加经济 ； 采用普通水泥大量 取代超细水泥是可行的， 可提高材料经济性 。 ( 2 ) 使用超细水泥后可不再使用硅粉制备 R P C， 因此 解决 了传统 R P C使用硅粉时所产生的问题 ， 且超细水泥材 料性质稳定， 容易生产、 购买和使用。 ( 3 ) 由超细水泥 R P C抗弯试验 发现 ， 在 0 3 钢纤 维 掺量下 ， 抗折初裂强度和抗折强度 随着钢纤维掺量 的增加 而增长 ； 按 AS T M C 1 0 8 0 计算 的 2 和 3 钢纤维掺量下试 件的弯 曲韧性要明显高于 1 钢纤维掺量的试件。 ( 4 ) 对超细水泥 R P C电镜观察后发现， c s H凝胶可 紧密包裹住骨料颗粒 ， 充分填充骨料之间空隙 ， 具有高密 实度 ， 这也是该 R P C具有高强度与极佳耐久性 的原 因。 ( 5 ) 超细水泥 R P C因未采用硅粉 ， 材料常温 7 、 2 8 d 养 护的抗压强度仅比 9 0 蒸汽养护低 1 0 左右 ， 因此可解决 传统 R P C不适用于现场浇筑 的问题 ， 且对材料配合比优化 后还可 以获得 良好 的 自密实性。 参考文献 ： 【 1 】RI C HAR D P， C HE YR E Z Y M C o mp o s i t i o n o f r e a c t i v e p o w d e r c o n - 上接第 7 4页 图 5反映了不 同掺量减水剂对 C 3 0自密实混凝土抗 收缩性能的影响。 从中可以看出 ， 减水剂过掺会使收缩量普 遍增加。 其中， 过掺木钠减水剂对混凝土收缩的影响相对最 小 ， 4 5 d的收缩量为 1 7 5 m m。 4结 论 ( 1 ) 聚羧酸减水剂 、 萘系减水剂 和木钠 减水剂的过掺 均会导致新拌混凝土的流动性增加 ， 含气量降低以及凝结 时 间的延长 。 其 中， 过掺聚羧酸减水剂对混凝土 的坍落扩 展度影响最大 ， 对混凝土的凝结时间影响最小。 过掺萘系减 水剂对混凝土的含气量影响最大 。 ( 2 ) 3 种减水剂的过掺均会导致 C 3 0自密实混凝 土的 抗压强度 、 2 8 d轴心抗压强度 、 2 8 d弹性模量有所降低。 其 中， 过掺木钠减水剂对混凝土 2 8 d轴心抗压强度的影响 最大， 过掺萘系减水剂的混凝土 2 8 d 弹性模量降幅最大， 达 2 8 6 。 ( 3 ) 过掺减水 剂对混 凝土 2 8 d抗折强度 的影 响 因种 类而异， 过掺聚羧酸减水剂的混凝土 2 8 d 抗折强度与正常 掺量下的混凝土2 8 d 抗折强度基本相当； 过掺萘系减水剂 将导致混凝土 2 8 d 抗折强度由 3 7 MP a 降低到 3 1 MP a ； 而过掺木钠减水3 1 1 1 对抗折强度几乎没有影响。 ( 4 ) 3 种减水剂的过掺均会降低混凝土的抗碳化能力、 增 7 R c r e t e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 5 0 1 1 5 1 1 【 2 】刘斯凤， 孙伟， 林玮， 等 掺天然超细混合材高,11 1 i l i 凝土的制 备及其耐久性研究l J J _硅酸盐学报 ， 2 0 0 3 ( 1 1 ) ： 1 0 8 0 1 0 8 5 【 3 】赖建中 ， 孙伟 生态型 R P C材料的力学, II ! I I 及微观机理研究【 J J 新型建筑材料 ， 2 0 0 9 ( 1 2 ) ： 2 0 2 3 【 4 】 G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 ， 水泥胶砂强度检验方法 O s o法) 【 s 】 1 9 9 9 5 G B T 2 4 1 9 -2 0 0 5 ， 水泥胶砂流动度测定方S k i s 2 0 0 5 6 K OR P A A， K OWAL D T， T R E I q q N R P h a s e d e v e l o p me n t i n n o r ma l a n d u l t r a hi g h p e r f o rm a n c e c e me n t i t i o u s s y s t e ms b y q u a n t i t a t i v e X- r a y a n aly s i s a n d t h e r mo a n a l y t i c a l me t h o d s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 9 ， 3 9 ( 2 ) ： 6 9 7 6 7 】Y Z I C I H T h e e f f e c t o f c u r i n g c o n d i t i o n s o n c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f u l t r a h i g h s t r e n gth c o n c r e t e wi t h h i g h v o l u me mi n e r a l a d mi x t u r e s 3 3 B u i l d i n g a n d E n v i r o n m e n t ， 2 0 0 7 ， 4 2 ( 5 ) ： 2 0 8 3 2 0 8 9 8 AS T M C 1 0 1 8 8 9 ， S t a n d ard t e s t me t h o d f o r fl e x u r al t o u g h n e s s a n d f i r s t c r a c k s t r e n g t h o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e( u s i n g b e a m w i t h t h i r d p o i n t l o a d i n g ) S 1 9 9 1 【 9 】YANG S L， MI L L A RD S G， S OU T S O S M N， e t a 1 I n fl u e n c e o f a g - g r e g a t e a n d c u r i n g r e g i me o n t h e me c h a ni c a l p r o pe r t i e s o f u l t r a h i g h p e r f o r m a n c e fi b r e r e i n f o r c e d c 0 n c r e t e ( U H P F R C ) J 】 C o n s t r u e t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 6 ) ： 2 2 9 1 2 2 9 8 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 肖锐 ( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 博士研究生。 北京市朝阳区立水桥甲 3 号院( 立城苑) 1 号楼 5单元 1 0 0 1 ( 1 0 0 0 1 2 ) O1 0 6 2 7 5 21 99 大收缩率。 其中， 过掺聚羧酸减水剂对混凝土抗碳化能力的影 响最小， 过掺木钠减水剂对混凝土长期收缩的影响最小。 参考文献 ： 【 1 】吴红娟， 李志国 自密实混凝土及其工作性评价 J 】 _ 武汉工业学 院学报， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 1 ) ： 6 8 7 2 【 2 】OK MUR A H， OUC HI M S e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e d e v e l o p me n t ， p r e s e n t u s e a n d f u t u r e C I n ： S KAR E NDA HL A， P E T E RS S ON O e d s Pr o c e e di n g s o f 1 s t I n t e r n a t i o n a l RI L EM S y mp o s i u m o n S e l f -Co rn p a c t i ng Co n c r e t ePa ris ： RI LEM Pu b l i c a t i o n S ARL， 1 9 9 9： 3-1 4 【 3 】OZ AWA K， MA EK WA K， KU NI S HI MA M， e t a 1 D e v e l o p m e n t o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ba s e d o n t h e d u r a bi l i t y d e s i g n o f c o n c r e t e s t r u e t u r e s C T h e s e c o n d E a s t - As i a a n d P a c i fi c C o n c r e t e o n S t r u e - t u r a l E n g i n e e r i n g a n d C o n s t ruc t i o n ( E A S E C - 2 ) ， T o k y o ， J a p a n ， 1 9 8 9 ： 4 4 5 - 45 0 【 4 蒋亚清 混凝土外加剂应用基础 M _ 京： 化学工业出版社 ， 2 00 4 作者简介 联 系地址 联系电话 刘斯凤( 1 9 7 0 一 ) ， 女， 副教授， 硕士生导师。 上海币嘉定区曹安公路 4 8 0 0 号 同济大学材料科学与 工程学院( 2 0 1 8 0 4 ) 0 21 -6 9 58 2 1 4 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m