不同水灰比条件下塑化剂对混凝土性能的影响.pdf

第 4 l 卷第 2 期 2 0 1 4 年 2 月 建筑技术开发 Bu d i l d i n g T e c h n i q u e De v e l o p me n t Vo 1 41 No 2 Fe b 2 01 4 不 同水 灰 比条 件 下 性 能 的 塑化 剂 对 混 凝 土 影 响 夏义兵 张乐 马强 王靖 ( 北京市建筑工程研 究院有限责任公司， 北京 1 0 0 0 3 9 ) 【 摘 要】 针对减水剂类型不同所引起的凝结时间差异， 选择聚羧酸减水剂和氨基磺酸盐减水剂对比不同水灰比， 不同 掺量下混凝土凝结时间、 早期强度以及后期强度的影响。最后得出， 随着两种减水剂掺量的增加 ， 无论是高水 灰比还是低水灰比， 凝结时间都有一定的延 长。并且随着掺量的增加， 混凝土的早期强度也有一定程度的降 低， 但是后期强度差别不大。 关键词】 聚羧酸减水剂； 活性粉末混凝土； 凝结时间 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 2 8 文献标志码】 A 文章编号】 1 0 0 1 5 2 3 X ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 2 8 0 4 UNDER THE CoNDI TI oN oF DI FF ERENT W ATER CEM ENT RATI o PLAS TI CI ZER I N THE I NFLUENCE oF THE PERFoRM ANCE oF CoNCRETE X i a Y i b i n g Z h a n g L e Ma Q i a n g Wa n g J i n g K e y w o r d s 】 F o r t h e s e t t i n g t i me d i f f e r e n c e o f d i f f e r e n t p l a s t i c i z e r ， c h o o s e p o l y c a r b o x y l a t e p l a s t i c i z e r a n d a mi n o s u l f o n a t e p l a s t i c i z e r ， t h r o u g h d i f f e r e n t wa t e r c e me n t r a t i o ， d i f f e r e n t p r o p o r t i o n o f p l a s t i c i z e r c o mp a r e d s e t t i n g t i me o f c o n c r e t e ， e a r l y s t r e n g t h a n d i n t h e l a t e s t r e n g t h o f t wo k i n d s o f p l a s t i c i z e r F i n a l l y i t i s c o n c l u d e d t h a t ， wi t h t h e i n c r e a s e o f d o s a g e o f t w o k i n d s o f p l a s t i c i z e r ， h i g h w a t e r c e me n t r a t i o a n d l o w wa t e r c e me n t r a t i o ， s e t t i n g t i me h a s a c e rt a i n e x t e n d Wi t h t h e i n c r e a s e o f d o s a g e ， t h e e a r l y s t r e n g t h o f c o n c r e t e i s a l s o a c e r t a i n d e g r e e o f r e d u c e d ， b u t t h e r e w a s S O l i t t l e d i f f e r e n c e a t l a t e s t r e n g t h p o l y c a r b o x y l a t e pl a s t i c i z e r ； r e ac t i v e p o wd e r c o nc r e t e； s et t i n g t i me 随着混凝土技术的发展 ， 减水剂应用也越来越 广泛。使用范围已经从一些特殊混凝土发展到普通 混凝 土。减水剂技术发展也是 日新月异 ， 从最早 的 木质素磺 酸盐为代表 的普 通减水剂 到后 来 的以萘 系、 氨基磺酸盐和脂肪族为代表的高效减水剂， 如今 减水剂 已经发展为第三代聚羧酸盐减水剂u 。 但是 ， 在实际生产过程 中我们常常遇到这样 的 问题 ， 达到同样的施工性能， 使用不同类型的减水剂 对混凝土的凝结 时间以及早期强度 的影响也不 同， 甚至会影响混凝土的后期强度。本文主要研究在不 同水灰比条件下， 氨基磺酸盐减水剂与聚羧酸减水 剂对混凝土性能的影响” _ 2 l 。 收 稿 日期 ： 2 0 1 31 1 一l 5 作者简介 ： 夏义兵( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 毕业于沈阳建筑 程学院， 大学本科 I i 程师， 现从事建筑材料研究和应用。 28 1 主要原材料 、 混凝土配合比及试验方法 1 1 主要原材料 水泥： 冀东P 0 4 2 5 ； 粉煤灰 ： 石景山电厂， 二级粉煤灰 ； 矿粉 ： 唐山唐龙 ， $ 9 5 级 ； 掺合料： 活性粉末混凝土专用掺合料， 北京市建 筑_T程研究院有限责任公司生产 ； 河砂 ： 中砂 ， 细度模数为2 7 ； 石英砂 ： 2 0 7 0目连续级配 ； 石子 ： 碎石 、 5 - 2 0 ram连续级配 ； 减水剂 ： P C 7 0 0 0 聚羧酸减水剂 ( 4 0 ) ， A N 3 0 0 0 氨基磺酸盐减水剂( 3 0 ) ， 两种减水剂均由北京市 建筑工程研究院有限责任公司生产； 水 ： 自来 水 。 1 2 混凝土配合 比( 表 l 表 3 ) 第 4 1卷 夏义兵， 等： 不同水灰比条件下塑化剂对混凝土性能的影响 第 2期 表 1 C 3 0 混凝土配合比 材料名称 水 水 泥 粉煤 灰 矿粉 砂 石 减水剂 每方用 量 k g 1 7 0 2 2 0 1 0 H0 6 0 7 6 8 1 0 6 2 依 据实际掺量 表2 C 5 0 混凝土配合比 材料名称 水 水泥 粉煤灰 矿粉 砂 石 减水剂 每方用量 k g 1 5 O 3 4 0 9 5 5 0 7 2 2 1 0 8 3 依据实际掺量 表3 活-眭粉末混凝土配合比 材料名称 水 水泥 掺合料 石英砂 钢纤维 减水剂 每方用量 k g 1 6 5 7 0 6 2 1 O 1 2 5 0 1 2 0 依据实际掺量 1 3试 验 方 法 选择 C 3 0 、 C 5 0 以及活性粉末混凝土三种在工程 中比较有代表性的配合比进行试验。测定氨基磺酸 盐 减水 剂 和 聚 羧酸 减 水 剂分 别 在不 同掺 量下 对 C 3 0 、 C 5 0 和活性粉末混凝土凝结 时间以及抗压强度 的影响。 其 中C 3 0 、 C 5 0 混凝 土的凝结 时间按照 G B 8 0 7 6 2 0 0 8 中的方法进行测定 ， 而活性粉末混凝土凝结 时 间的测定则拌制不掺加钢纤维的活性粉末混凝土， 然后对搅拌出的浆体按照G B 8 0 7 6 2 0 0 8 中的方法进 行凝结时间的测定 。 2 试验结果与讨论 2 1 不同类型减水剂对 C 3 0混凝土性能的影响 不 同掺量减水剂对 C 3 0 混凝土凝结时间结果见 图 1 和图 2 。 置 宣 厘 窖 掺量 ( 折 合 固体 ) ， 图1 氨基磺酸盐减水剂不同掺量 对C 3 0 混凝土凝结时间的影响 从图1 中可以看出， 随着氨基磺酸盐减水剂掺 量 的增加 ， 混凝土的凝结时间略有延长 。在图 2 中 ， 随着聚羧酸减水剂掺量的增加混凝土凝结时间增长 较为明显 ， 尤其掺量超过0 3 时更为 明显 。 这是由于聚羧酸减水剂分子与氨基磺酸盐分子 自身结构所决定的。研究表明， 聚羧酸减水剂分子 减水功能主要取决于其静电斥力作用和侧链的空间 量 厘 鲁 姆 掺 量 ( 折合 同体 ) 图2 聚羧酸盐减水剂不同掺量 对C 3 0 混凝土凝结时间的影响 位阻。结构中的羟基 、 羧基、 磺酸基和聚乙氧基等官 能团通过 吸附 、 络合 、 静电斥力以及空间位阻的作用 有效的抑制初期 C 。 A 和c ， s 的水化， 且随着掺量的增 加 ， 缓凝效果越 明显” 。因而在图 2 中 ， 随着聚羧酸 减水剂掺量的增加， 缓凝效果增强。 氨基磺酸盐减水剂作用在水泥中， 其分子在水 泥颗粒上呈环状、 线状或齿轮状吸附， 分子吸附在水 泥颗粒表面 ， 通过静 电斥力达到减水功能。由于分 子中的氨基含有孤对电子能螯合 c a “ ， 从而具有一定 的缓凝效果51 ， 但是随着掺量的增加， 其对 C 3 0 混凝 土的凝结时间影响较小， 说明在C 3 0 混凝土中， 氨基 磺酸盐减水剂对混凝土凝结时间影响较小。 不 同掺量减水剂对 C 3 0 混凝土抗压强度的结果 见表4和表5 。 表4 氨基磺酸盐减水剂不同掺量对 C 3 0 混凝土抗压强度的影响 掺量( 折合 坍落度 扩 抗压强度 M P a 固体) 展度 r a m 3 d 7 d 2 8 d O- 3 7 0 1 3 5 2 5 7 3 5-2 0-4 1 6 5 4 0 0 1 4 2 2 6 3 3 6 O 0 5 21 O ， 5 2 0 1 4 4 2 64 3 7-3 0 6 2 2 0 6 0 0 1 3 7 2 5 8 3 5 6 O 7 23 0 6 4 0 1 3 I 2 46 3 4 4 0 8 2 3 5 6 5 0 1 3 0 2 44 3 3 9 第 2 期 夏义兵， 等： 不同水灰比条件 下塑化荆对混凝 土性能的影响 第 41卷 表5 聚羧酸减水剂不同掺量对 C 3 0 混凝土抗压强度的影响 掺量( 折合 坍落度， 扩 抗压强度 M P a 固体 ) 展度 ram 3 d 7 d 2 8 d O 1 5 8 5 1 3 8 2 6 7 3 7 1 0_2 2 0 0 48 0 l 56 2 8 3 3 95 O-2 5 2 2 0 5 9 0 1 4 6 2 7 9 3 8 5 0 3 2 2 0 6 2 0 1 5 1 2 8 1 3 9 7 O 35 2 3 O 6 4 0 1 1 0 2 4 4 3 4 1 0 4 2 3 5 6 5 0 1 0 2 2 4 7 3 4 8 从表 4 和表 5中可 以看出， 随着氨基磺酸盐减水 剂掺量的增加， 当掺量较高时， 混凝土的早期以及后 期强度都有一定的降低。聚羧酸减水剂随着掺量的 增加 ， 混凝土 3 d 强度有一定程度降低 ， 当掺量超过 0 3 之后 ， 强度降低较快 ， 图 2 中凝结时间也验证 了 这一点 。这是 由于减水剂的掺量过高引起的缓凝作 用和混凝土中 自南水的增多 ， 产生泌水 ， 影响混凝 土 的结构双重作用的结果。 2 2 不同类型减水剂对C 5 0 混凝土性能的影响 不同掺量减水剂对 C 5 0 混凝 土凝结时间试验结 果见图3 和图4 。 三 旦 b 0 4 O 5 0 6 0 7 0 8 0 9 掺量 ( 折合同体 ) 图3 氨基磺酸盐减水剂不同掺量 对 C 5 0 混凝土凝结时 间的影 响 0 2 0 2 5 0 3 0 3 5 0 4 0 4 5 掺鼍 ( 折合固体 ) 4 聚羧酸盐减水剂不同掺量 对 C 5 0 混凝土凝结时问 的影 响 从 图 3 和 图4可 以看 出 ， 随着减水 剂掺量 的增 加 ， 无论氨基磺酸盐减水剂还是聚羧酸减水剂 ， 其凝 结时间都有较为明显的延长 ， 而聚羧酸减水剂对凝 结时间延长比较 明显 。 这是由于随着水灰比的降低 ， 要达到适宜的流 动性 。无论聚羧酸减水剂还是氨基磺 酸盐减水剂 ， 掺量都有所增加 ， 因此相对于 C 3 0 混凝土 ， C 5 0 混凝 土中分配到单个水泥颗粒表面的减水剂分子数量有 所增加 ， 因而其相应的缓凝基团也增加 。这正是图3 和图4 中凝结时问增加的主要原因。 不同掺量减水剂对 C 5 0 混凝土抗压强度的结果 见表 6 和表 7 。 表 6氨基磺酸盐减水剂不同掺量对 C 5 0 混凝土抗压强度的影响 掺量( 折合 坍落度 扩 抗压强度 M P a 同体) 展度 m m 3 d 7 ( 1 2 8 d 0 4 1l 0 3 8 7 5 0 1 58 9 O 5 2 0 0 ， 4 40 3 8 5 4 8 7 5 73 0 6 2 1 0 5 40 3 8 2 4 6 5 5 7 5 0 7 2 2 5 6 O 0 3 5 5 4 6 1 5 8 3 08 2 3 0 6 2 0 3 38 4 5 5 5 67 0 9 2 3 5 6 3 0 3 2 0 4 5 3 5 6 _ 2 表 7 聚羧酸减水剂不 同掺 量对 C 5 0 混凝 土抗压 强度的影 响 掺量( 折合 坍落度 扩 抗压强度 M P a 固体 ) ， 展度 ram 3 d 7 d 2 8( 1 O 2 1 5 【 ) 42 - 3 5 2 1 6 0 6 0 - 2 5 2l 0 5 2 0 43 1 51 5 5 8 9 O 3 2 2 0 5 8 0 4 0 6 4 9 8 6l _2 O - 3 5 2 2 5 6 0 0 3 8 7 4 7 9 6 0 3 0 _ 4 2 3 0 6 3 0 3 7 8 4 74 5 96 0 4 5 2 3 O 6 5 0 3 7 6 4 56 5 9 1 从表6 和表7 可以看出， 随着掺量的增加， 掺加 两种减水剂 的混凝土早期强度都有一定 的降低 ， 这 是 由于两种减水剂的缓凝所引起的。随着龄期的增 加 ， 掺量对混凝土强度 的影响逐渐减小 。 2 3 不同类型减水剂对活性粉末混凝土的影响 不 同掺量减水剂对活性粉末混凝土凝结时问试 验结果见图5 和图6 。 从 图5 和图6 可以看 出， 掺加两种减水剂的活性 粉末混凝土凝结时间都要远远大于 C 3 0和C 5 0 混凝 m 0 2 0 8 6 4 2 O 2 O 8 6 4 2 第 4 1卷 夏义兵 ， 等 ： 不 同水灰 比条件下 塑化剂对混凝土性能 的影响 第 2期 2 8 0 0 主24 0 0 t m , 翅2 130 0 1 6 0 o 1 2 0 0 1 5 2 2 5 3 3 5 4 掺量 ( 折合固体 ) 图5 氨基磺酸盐减水剂不同掺量 对活性粉末混凝土凝结时间的影响 0 8 1 1 2 1 4 1 6 1 8 掺量 ( 折合固体 )， 图6 聚羧酸盐减水剂不同掺量 对活性粉末混凝土凝结时间的影响 土。这和活性粉末混凝土 中减水剂的掺量高有关 。 由于活性粉末混凝土极低 的水胶 比， 使得我们需要 加入大量的减水剂， 平均分配到每个水泥颗粒表面 的减水剂分子个数要高于普通混凝土几倍 。 在活性 粉末 混凝土 中， 两种减水剂分子数量都 有大量 的提高 ， 而氨基磺酸盐减水剂分子要远小于 聚羧酸分子。因而在这种混凝土中， 氨基磺酸盐分 子大量吸附于水泥颗粒表面， 阻止水泥颗粒与水进 一 步接触 ， 从而起到了严重的缓凝的效果 。 表 8 氨基磺酸盐减水剂不 同掺量对 活性粉末混凝土抗压强度的影 响 掺量( 折合 坍落度 扩 抗压强度 M P a 固体) 展度 m m 3 d 7 d 2 8 d 1 5 6 4 3 7 8 3 4 1 1 6 8 2 1 4 0 - 41 _2 8 1 _ 2 1 1 3 9 2 5 2 0 O 3 8 0 4 0 6 78 4 1 1 2 2 3 2 2 0 ， 4 4 0 3 8 1 7 9 1 l O 8 3 5 2 3 0 5 0 0 3 5 6 7 7 8 1 1 2 9 4 2 40 5 3 0 3 4 1 7 5 _ 3 l 1 1 _ 3 不同掺量减水剂对活性粉末混凝土抗压强度的 结果见表 8 和表 9 。 表9 聚羧酸减水剂不同掺量对 活性粉末混凝土抗压强度的影响 掺量( 折合 坍落度 扩 抗压强度 M P a 同体 ) ， 展度 mm 3 d 7 d 2 8 d 0 _ 8 8 5 5 2 1 9 56 1 1 8 4 1 O 1 3 0 5 4 3 9 2 1 I 】 7 1 1 _ 2 1 8 0 3 8 0 51 _ 3 9 03 1 21 3 1 -4 2 0 0 4 1 0 5 08 8 8 2 l 】 9 1 1 6 2 2 0 4 8 0 4 9 5 8 8 5 l l 5_3 1 8 2 3 0 5 4 0 4 67 8 4 4 1 1 74 从表 8 和表 9可以看出 ， 随着掺量 的增加 ， 两种 减水剂早期强度都有一定的降低 ， 但是 2 8 d 强度 降 低幅度相对于早期强度明显较少。从上表中还可以 看 出 ， 使用聚羧酸减水剂的活性粉末混凝土强度要 高于使用氨基磺酸盐减水剂。 3 结论 1 ) 随着聚羧酸减水剂 和氨基磺酸盐减水剂掺量 的增加， 无论是高水灰比还是低水灰比， 凝结时间都 有一定 的延长 ； 2 ) 减水剂掺量 的增加在引起缓凝 的同时 ， 混凝 土的早期强度也有一定程度的降低 ， 但是后期强度 差别不大 ； 3 ) 其它条件相同的情况下， 掺加聚羧酸减水剂 的混凝土强度要高于掺加氨基磺酸盐减水剂的混凝 土 参考文献 1 陈建奎 混凝土外加剂 原理与应用( 第二版) f MJ j E 京： 中国计 划出版 社 ， 2 0 0 4 1 0 8 8 2 覃维 祖 聚羧 酸系高效 减水 剂的发展 与应用 J 1 施 T技术， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 9 一l 3 3 】 马保国， 谭洪波， 董荣珍 ， 等 聚羧酸减水剂缓凝机理的研究 J 长江 科学院院报， 2 0 0 8 ( 6 ) ：9 3 9 5 f 4 黄雪红， 郑木霞， 林埔， 等 聚羧酸共聚物侧链结构对水泥水化及硬 化过程的影响 J 分子科学学报，2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 2 3 - 1 2 9 5 贺奎， 王万金， 杨国武 氨基磺酸盐减水剂泌水的解决办法 J 1 国外 建材科技， 2 0 0 4 ( 4 1 ： 1 0 5 1 0 7 6 V S R a m a c h a n d r a n ， C o n c r e t e A d mi x t u r e s Ha n d b o o k ， N o y e s P u b ， P a r k Ri d g e ， NJ ，1 9 8 4 7 M Mo s q u e t ，Y c h e v a l i e r P o l y o x y e t h y l e n e D i P h o s p h o n a t e s a s Effi c i e n t Di s p e r s i n g P o l y me r s f o r Aq u e o u s S u s p e n s io n s 31 8 4 O 6 2 2 2 2 1 1 眉 ， 垦留