萘系和聚羧酸系高效减水剂对混凝土性能的影响比较.pdf

2 0 1 1 年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NC RE T E AND C EME NT P RODUC T S 2 01 1 No 7 J u l y 萘 系和 聚羧酸系高效减水剂对 混凝土性能的影响比较 张海亚 ， 张斌 ( 1 江苏城市职业学院 ， 南京 2 1 0 0 3 6 ； 2 南京栖霞建筑材料中心实验室 2 1 0 0 3 8 ) 摘要： 通 过试验 对萘 系高效减水剂和聚羧酸 系高效减 水 fI1 的减 水效 果以及对混凝 土性能的影响进行 了对 比。 试验结果表 明： 聚羧酸 系高效减水剂的减水效 果更好 ； 聚羧 酸 系高效减水 剂提 高混凝土 的抗 压强度 、 抗 渗性和抗 碳 化性能的效果更为显著 ，而提 高抗 冻性 的效果与萘 系高效减水剂相 当；聚羧 酸 系高效减水剂能减小混凝 土的收缩 值 ， 而萘 系高效减水剂对减少收缩没有作用 ， 后期 甚至有 负面影响。 关键 词： 高效减水 剂； 减水率 ； 混凝土 ； 性能 Ab s t r a c t ：A c o mp a ri s o n b e t we e n t h e e f f e c t s o f n a p h t h a l e n e s e r i e s s u p e r p l a s t i c i z e r a n d p o l y c a r b o x y l a t e s e ri e s s u p e r p l a s t i c i z e r o n t h e c o n c r e t e S p e r f o r ma n c e s i s ma d e b y e x p e r i me n t s T h e r e s u l t s s h o w t h a t p o l y c a r b o x y l a t e s e ri e s s u p e r p l a s t i c i z e r i s b e t t e r i n r e d u c i n g wa t e r a n d mo r e e f f e c t i v e i n i n c r e a s i n g t h e c o n c r e t e S c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ，p e r me a b i l i t y r e s i s t a n c e a s w e l l a s c a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e ；b u t i t i s a s e f f e c t i v e a s n a p h t h a l e n e s e r i e s s u p e r p l a s t i e i z e r i n i n c r e a s i n g t h e c o n c r e t e s f r o s t r e s i s t a n c e I n a d d i t i o n ，p o l y c a r b o x y l a t e s e r i e s s u p e r p l a s t i c i z e r i s a b l e t o r e d u c e t h e s h ri n k a g e o f c o n c r e t e ， w h i l e n a p h t h a l e n e s e rie s s u p e r p l a s t i c i z e r i s u n a b l e ， a n d e v e n h a s n e g a t i v e e f f e c t i n t h e l a t e r a g e o f c o n c r e t e Ke y wo r d s ：S u p e r p l a s t i e i z e r ； W a t e r r e d u c i n g r a t i o ； C o n c r e t e ； P e rf o rm a n c e s 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 O O O 一 4 6 3 7 ( 2 O 1 1 ) 0 7 - 1 O 一 0 4 0前言 混凝土减水剂是最常用的外加剂之一 。 早在 2 0 世纪 4 O年代 ，木质素系减水剂 和具有 同等效果 的 各种减水剂的开发和研究工作就已发展起来 ， 6 O年 代初 以萘系减水剂 为代表的第 二代高效减水剂 问 世 ，到 了 8 0年代 出现了以聚羧酸系减水剂为代表 的第三代高性能减水剂 。作为萘系等第二代减水剂 的理想更新换代产品， 聚羧酸系高效减水剂性能的 提高是全面的 ， 无论从减水效果还是技术性能上来 说都有质的飞跃 。本文通过试验详细对比了萘系高 效减水剂和聚羧酸系高效减水剂减水率 的差异及 其对混凝土性能的不同影响。 1 试 验 1 1 原材 料 水泥 ：P 5 2 5级硅酸盐水 泥( 以下简写 为 O) 、 P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥( 以下简写为 H) ， 其 主要技术指标见表 1 。 掺合料 ： 磨细二级粉煤灰 ， 密度 2 1 O g e m ， 比表 面积 3 7 5 m 2 k g ， 细度 8 0 1 m筛余 2 8 。 集料 ： 碎石 ， 粒径 5 2 5 mm， 表 观密度 2 7 4 0 k g m ，含水率 1 0 ；中砂 ，细度模数 2 6 ，表观密度 2 6 6 5 k g m ，含水率 0 1 6 ，含泥量 3 0 ，吸水率 1 1 。 外加剂 ： 萘系高效减水剂 ( 以下简写为 R H) 、 聚 羧酸系高性能减水剂 ( 以下简写为 S P ) 。 1 2 试 验方 法 按照 G B T 2 4 1 9 2 0 0 5 水泥胶砂流动度测定方 法 测试外加剂 的减水率 ， 水泥胶砂流动度控制在 1 7 5 - 1 8 5 ram 之 间 ， R H 和 S P的设 计掺 量 分 别 在 0 8 - 2 0 和 0 5 - 2 5 之间变化 。 混凝土抗压强度测试参照 G B 厂 r 5 O 0 8 1 2 0 0 2 ( 普 通混凝 土力学性 能试验 方法标 准 ，试件 尺寸 为 1 5 0 ramx 1 5 0 mmx 1 5 0 mm ， 养护温 度为( 2 0 3 ) c C， 湿 度不小于 9 0 ， 养护到规定龄期后进行抗压试验。 表 1 水泥的主要技术指标 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张海亚 ， 张斌 萘系和聚羧酸系高效减水剂对混凝土性能的影响 比较 参照 G B J 8 2 8 5 普通混凝土长期性能和耐久性 能试验方法 ，测定硬化后混凝 土的抗渗性 、抗冻 性 、 抗碳化性能 和收缩性能 。其中抗冻性试验采用 快冻法 ，冻融试件尺寸为 1 0 0 mm x 1 0 0 mmx 4 0 0 m m， 试件每组三块 ， 在冻融达到以下三种情况时停止 ： a 已达到 3 0 0次循环 ； b 相对动弹性模量下降到 6 0 以下 ； c 质量损失达 5 以上 。混凝土抗快速冻融次 数应 以同时满足相对动 弹性模量值不小于 6 0 和 重量损失率不超过 5 时的最大循环次数来表示。 1 3 试验方案 基准配合 比按照 C 3 5强度等级设计。各组混凝 土配合 比的粉煤灰掺量均 占水泥量的 2 5 ， 砂率均 为 3 8 5 ， 坍落度控制在( 1 9 0 +_ 2 0 ) mm。混凝土配合 比及新拌混凝土性能如表 2所示。 表 2 混凝土 配合 比及新拌 混凝 土性 能 2结果 与讨 论 2 1 减水率 两种水泥分别掺加 R H和 S P高效减水剂 ， 其减 水率随掺量的变化如图 1 所示。 2 0 0 1 5 O 褂 羹1 0 0 50 O 褂 * 餐 减水剂 掺量 ( a ) 硅酸盐水泥 减 水 剂 掺 量 ( b ) 普通硅酸盐水泥 图 l 减水率随 t, g l 剂掺量 的变化 由图 1可见 ， 聚羧酸系减水剂对硅酸盐水泥和 普通硅酸盐术泥的减水率均 明显优于萘系减水剂 。 聚羧酸系减 剂用于硅酸盐水泥时 ， 掺量为 0 5 时 就有很显著 的减水效果 ， 随着掺量的增加减水率继 续增加 ， 但掺量增加到 1 0 后减水效果 的提高并不 显著 ， 而萘系减水剂的减水率仍随着掺量增加继续 增加 。聚羧酸系减水剂用于普通硅酸盐水泥时 ， 减 水率随着掺量的增加呈增长趋势 ， 掺量超过 1 6 后 增长趋势渐缓 ， 萘系减水剂 的减水率随掺量增加而 缓慢增加 。 由此可见 ， 聚羧酸系减水剂 的减水率 比萘系减 水 剂高得多， 且用于普通硅酸盐水泥时可达到 比用 于硅酸盐水泥高很多的减水率。 2 2 混凝土的力学性能 对标准养护条件下的各 组混凝土试件分别测 定 3 d 、 7 d和 2 8 d的抗压强度 ， 结果如表 3 。 表 3 混凝土各龄期 的抗压强度 从表 3可以看出 ， 掺加高效减水剂后的混凝土 不同龄期 的抗压强度值均高于基准混凝土。水灰 比 是影响混凝土强度的重要因素， 水灰 比的降低可 以 提高混凝土的密实度 ，进而提高混凝 土的强度 ， 使 用高效减水剂后大大降低了水灰 比， 使得混凝土的 抗压强度显著提高，并且水灰 比最小的 0 一 S P组混 凝土各龄期抗压强度最高。 一 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 3期 2 - 3 硬化混凝土的耐久性 碳化深度如图 3所示。 2 3 1 抗渗性 进行抗渗性试验时 ， 由于试件在规定压力下没 有 出现渗水 ， 则劈开试件 ， 测试其 内部渗水高度 ， 以 评价其抗渗能力。测得各组t 昆凝土试件平均渗透高 度 如 图 2所 示 。 3 5 30 25 20 1 O O 5 0 编号 图 2不 l司配合 比混 凝 土 的 渗 透 高 度 由图 2可见 ， 掺加减水剂后混凝土的渗透高度 明显低于基准混凝土的渗透高度。这是 由于掺加减 水剂后混凝土的水灰 比减小 了， 使得混凝土内部孑 L 隙率下降 ， 从而提高 了混凝土的抗渗性 。尤其是掺 加了聚羧酸系减水剂的硅酸盐水泥混凝土具有最 小的水灰 比， 因此其渗透高度最小 ( 1 0 e ra) ， 抗渗性 最好 。由此可见 ， 两种高效减水剂都 可以提高混凝 土的耐久性 ，并且聚羧酸系减水剂的效果更为显 著 。 2 3 2 抗冻性 测 得各组混凝 土试 件在冻融循环试验 中相对 动弹性模量值如表 4所示 。 表 4 混凝 土的相对 动弹性模 量 从表 4可见 ， 掺加高效减水剂的 4组混凝土相 对动弹性模量损失基本相当 ， 均 比基准混凝土相对 动弹性模量损失小很 多， 说 明两种高效减水剂都可 以很大程度上提高混凝土的抗冻性 ， 且两者的作用 效果相当。 2 - 3 - 3 抗碳化性能 试 验 测 得 各 组混 凝 土试 件 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d 、 5 6 d的 一 1 2 1 8 l 6 昌 1 4 1 2 1 0 8 篷 6 4 2 0 0 0一RH 0一S P H HRH H-S P 编号 图 3不 同 配 合 比 混凝 土 的碳 化 深 度 由图 3可见 ，碳化深度和混凝土 的龄期 成正 比， 掺加 减水剂后能提高混凝土的抗碳化能力 。掺 加 聚羧酸系减 水剂 的混 凝土 1 4 d时未 出现碳 化 ， 2 8 d时用普通硅酸盐水泥配制 的混凝土略有碳化 ， 表 明聚羧酸 系减水剂对提高混凝土抗 碳化性能 的 效果 比萘系减水剂更为显著。 2 3 4收缩性能 测得各组混凝土在不 同龄期的收缩值( ) 如 图 4所 示 。 0 5 0 l 0 0 1 5 0 2 0 0 龄期 d 图 4混 凝 土 收缩 值 随 龄期 的 变化 由图 4可见 ， 掺加萘系减水剂的混凝土各龄期 的收缩值较基准t 昆凝土大 ， 而掺聚羧酸系减水剂的 混凝土各龄期的收缩值 比基准混凝 土小 ， 在 2 8 d龄 期后尤为明显。因此 ， 掺加聚羧酸系减水剂能减小 混凝土的收缩值 ， 对体积稳定性起到很好的改善作 用 ， 而萘系减水剂对减少收缩没有作用， 后期 甚至 有负面影响。 3结论 ( 1 ) 聚羧酸系减水剂的减水效果 显优于萘系 减水剂。聚羧酸系减水剂用于硅 酸盐水泥时， 掺量 增加到 1 0 后减水率的增加趋势变缓 ； 聚羧酸系减 水剂用于普通硅酸盐水泥时 ， 掺量增加副 1 6 后减 ( 下转第 1 6页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 7期 昆 凝土与水泥制品 总第 1 8 3期 龄期观察时可以发现 ， S L 2组已经生成 了大量的 C S H凝胶 ， 使混凝土结构致密从而改善 了混凝土杂 散电流性能。 粉煤灰与矿渣微粉复掺后 ，由于微集料效应 、 填充效应 ， 使得混凝土表面 比较密实 ， 水化 比较完 全 ， 生成的水化产物较为致密。无论是 局部大面积 还是小空隙中，都布满了大量的 C S H凝胶结构 。 这种类 型的凝胶 体相互 分叉 搭接形 成空间网状结 构 ， 并填充于硬化体表面 、 孑 L 坑 、 缝 隙中 ， 使混合胶 凝体系密度增加 ， 保证混合胶凝材料具有一定 的强 度 ， 这就造成 矿物掺合料 复掺后 ， 在混凝土抗杂散 电流性能上具有最佳的效果 。 5结 论 ( 1 ) 粉煤灰与矿渣微粉 的单掺均可 以提高混凝 土的抗杂散电流腐蚀性能 ，并且随着掺量的增加 ， 改善效果逐渐提高。 F 3与 S L 3组混凝土的开裂时间 分别比基准混凝土延长了 2 0 和 9 3 3 。 ( 2 ) 粉煤灰 与矿渣微粉的复掺可以显著改善混 凝土 的抗杂散 电流腐蚀性能 ，尤其 当复掺 总量 为 2 O 时 ，混凝土 的开裂时间 比基准 混凝土延长 了 2 8 6 7 ， 提高效果非常明显 。 ( 3 ) 对不同矿物掺合料的混凝土试件进行 S k i o n场发射扫描电镜试验考察其表面形貌特征 ， 结果 发现 ：粉煤灰与矿渣微粉复掺 的胶凝材料水 化完 全 ， 胶凝体相互分叉连接成空 间网状结构 ， 使得混 凝土表面较为致密 ，并且提高了 昆凝土的阻抗值 ， 因而大大改善了混凝土的抗杂散电流性能。 参考 文献 ： f 1 1 AHMAD S R e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n i n c o n c r e t e s t r u c t u r e s i t s m o n i t o ri n g a n d s e r v i c e l i f e p r e d i c t i o n a r e v i e w f J C e m e n t &C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 4 5 ) ： 4 5 9 4 7 1 2 贺鸿珠， 史美伦 粉煤 灰对地 铁杂 散 电流的抑 制作用 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 1( 1 ) ： 2 1 2 3 3 高敬字， 易友祥 地铁杂散 电流的分析【 J 天津 理工学 院 学报， 1 9 9 6， 1 2( 3 ) ： 5 2 5 5 【 4 】 T A R A F D E R N ， B A N E R J E E S A r c h i t e c t u r a l a n d c o n s t ruc t i o n f a b ri c s A r e v i e w J Ma n ma d e T e x t i l e s i n I n d i a ， 2 0 0 6 ， 4 9 ( 1 】 )： 4 2 9 - 4 3 3 5 王勇 深圳 地铁 杂散电 流防护措施 分析 【 J 】 铁 道机车 车 辆， 2 0 0 1 f 5 ) ： 3 2 3 4 【 6 】 林江， 唐华 地铁 工程用 高阻抗 混凝 土的研 制【 J 】 建筑 材 料学 报， 2 0 0 1 ， 4 ( 4 ) ： 3 7 3 3 7 7 7 T h o m a s J B， A l a n D Z S t r a y c u r r e n t c o r r o s i o n i n e l e c t ri f i e d r a i l s y s t e m s： I T I p r o j e c t s【 R 】 U S A： N o r t h w e s t e r n U n i v e r s i t y o f Ame r i c a ，1 9 9 8 8 】 杜应吉， 李元婷 活性掺合料对地铁杂散 电流 的抑制作用 J 混凝土， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 7 7 7 9 9 陈志 源， 刘 国飞， 史美伦 等 混凝 土中掺加粉煤灰 对杂散 电流的抑制f J 粉煤灰， 1 9 9 9 ( 6 ) ： 2 1 - 2 2 【 1 0 Z H O U X i a o - j u n ， G A O B o ， G U O J i a n - g u o S t u d y o n m e c h a n i s m o f e o n c r e t e f a i l u r e i n d u c e d b y s t e e l c o rro s i o n u n d e r e x t e ma l l y a p p l i e d d i r e c t c u rr e n t J 1 J o u rna l o f S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， 2 0 0 1 ， 9 ( 1 ) ： 2 5 3 4 【 1 1 】 杜应吉， 马少 军， 蔡跃波等 地铁工程混凝土抗 杂散电流 耐久寿命 预测 f J J 水利与建筑工程学报， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 7 - 9 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 5 2 9 作者简介 ： 程飞( 1 9 6 7 一 ) ， 女 ， 高级工程师。 联 系电话 ： 1 5 0 7 7 8 6 1 7 7 1 E - ma i l ： x i a n g b ia o 31 2 3 1 2 6 c o m 坐 妇 妇坐始逝船船逝始啦 出业妇 妇妇 妇嵌妇始些妇逝船龆逝 啦逝船 逝蛊 始业船出嵌 ( 上接第 l 2页) 水率的增加趋势变缓 。 ( 2 ) 掺加聚羧酸系减水剂 和萘系减水剂均有利 于提高混凝土不 同龄期的抗压强度值。 ( 3 ) 聚羧酸系减水剂和萘 系减水剂均能提高混 凝土 的抗渗性 、 抗冻性和抗碳化性能 ， 其 中提高抗 冻性方 面两者效果相当 ； 对于抗渗性和抗碳化性的 改善， 聚羧酸系减水剂效果更为显著。 ( 4 ) 聚羧酸系减水剂有利于减小混凝土 的收缩 值 ， 对体积稳定性能够起到很好的改善作用 ， 而掺 加萘系减水剂 的混凝土后期收缩值大于基准混凝 土 ， 不能起到减少收缩的作用。 一 1 6一 参考文献 ： 1 陈建 奎 混凝土 外加剂 原理 与应用【 M】 北京 ： 中国计划 出 版 社 。 2 0 0 4 【 2 马保 国， 谭洪波， 等 不 同减水剂对 水泥水化 的作用机理 研 究 J J 混凝土 与水 泥制 品， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 6 - 8 【 3 沙峰， 李杰， 等 聚羧 酸系高效减 水剂在 中低强度等级混 凝 土 中的研究与应用 J 0 昆 凝 土， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 7 3 7 5 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 4 2 8 作者简介： 张海亚( 1 9 7 7 一 ) ， 女， 讲师。 通讯地址 ： 南 京市 江东北路 3 9 9号 联 系电话 ： 1 3 8 5 1 5 7 3 2 1 5 E- r n a i l ： h a i y a _z1 6 3 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m