聚羧酸系高效减水剂对海工自密实高性能混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 2年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONCRE T E AND C EMEN T P R0DUC T S 2 01 2 No 4 Ap r i l 聚羧酸系高效减水剂对海工 自密 混凝土性能的影响 王成启 ， 张悦然 ( 中交上海三航科学研究 院有限公 司， 2 0 0 0 3 2 ) 实高性能 摘 要 ： 研 究 了聚 羧 酸 系减 水 剂 配 制 的 海 工 自密 实 高 性 能 混 凝 土 的 拌 合 物 性 能 、 抗 压 强度 和 抗 氯 盐 侵 蚀 性 能 。 试验 结果表 明， 四种聚羧酸 系高效减水剂与海 工 自密实高性 能混凝 土胶凝材料 的适应性 良好 ， 配制 的海工 自密实高 性能混凝 土拌合物性 能 良好 ， 且具有较 高的抗压强度和 耐久性 ， 能满足海工混凝土结构耐久性 的要 求。 关键词 ： 聚羧 酸 系减水剂； 拌合物性能 ； 抗 压强度 ； 抗氯盐侵蚀 Ab s t r a c t ： I 、h e wo r k a b i l i t y c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d c h l o r i d e r e s i s t a n c e o f h i g h p e r f o r ma n c e s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e f o r ma ri n e s t r u c t u r e wi t h p o l y c a r b o 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 s a r e s t u d i e d Ex p e ri me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e a d a p t a b i l i t y b e t we e n b i n d e r ma t e ri a l s o f h i g h p e r f o r ma n c e s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e for ma ri n e s t ruc t u r e a n d f o u r k i n d s o f p o l y c a r b o 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 s i s g o o d ， t h e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e mi x t u r e a r e fin e ，a n d t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d c h l o r i d e r e s i s t a n c e a r e h i g h ， wh i c h c a n me e t t h e d u r a b i l i t y d e ma n d s o f c o n c r e t e for ma r i n e s t r u c t u r e Ke y wo r d s ：P o 1 y c a r b 0 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 s ；P r o p e rti e s o f c o n c r e t e mi x t u r e ；Co mp r e s s i v e s t r e n g t h ；C h l o ri d e r e s i s t a nc e 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 2 2 文 献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 4 - 0 7 - 0 4 0前 言 自密实混凝土无需振捣 ， 依靠 自身重力密实成 型 ， 工作性能是 自密实混凝土 的重要特性 ， 不仅关 系到混凝土 的可施工性 ， 同时也会影响混凝土 的微 观结构、 均质性和力学性能等。因此 ， 自密实混凝土 的关键技术是在新拌 阶段能够依靠 自重作用充填 、 密实 ， 而不需要额外 的人工振 捣 ， 它包括流动性或 填充性 、 间隙通过性 以及抗离析性等三个方面_ 1 。而 海工 自密实高性能混凝土不仅需要满足 自密实混 凝土的工作性和力学性能的要求 ， 而且需具有 较高 的抗氯盐侵蚀能力 ， 满足海洋环境混凝土结构耐久 性的要求嘲 。在配制海工 自密实混凝土过程 中， 应对 海工 自密实混凝土 的胶凝材料用量 、 用水量 、 单位 体积粗骨料含量 、 单位体积粉体含量 、 水粉 比( 水胶 比) 、 矿物掺合料用量等配制参数进行综合设计 ， 以 使海工 自密实高性能混凝土的力学性能 、 工作性和 耐久性等性能满足设计要求 。 高效减水 剂是配制海 工 自密实高性能混凝 土 的重要组成材料 ， 是海工 自密实高性 能混凝土获得 良好工作性的重要保证 。由于萘系 、 脂肪类和氨基 磺酸盐类高效减水剂本身性能 的局 限性及原料供 基金项 目：上海 市科学 技术 委员 会 资助项 目 ( 项 目编号 0 9 2 3 1 2 0 0 5 0 2) 。 应问题 ， 且合成时废气 、 废水污染问题 ， 已不能满足 现代工程和“ 节能 、 环保 、 降耗 ” 的要求 3 1 。聚羧酸系 减水剂具有掺量低 、 高减水率 、 低坍落度损失 、 低收 缩 、 后期增强效果 好 、 生产过程 中不污染环境 等优 点4 。本文选用 四种聚羧 酸系减水剂 ， 开展海工 自 密实高性能混凝土的工作性能、 力学性能以及抗氯 盐侵蚀性能的试验研究。 1试验 原材 料 1 1 水 泥 采 用 5 2 5级 型硅 酸盐 水泥 。 对水 泥 的胶砂 强 度 、 安定性 、 细度 、 凝结时间等指标进行 了试验 ， 其 性 能指标测试结果如表 1所示 ， 安定性合格 ， 性能 达到了 G B 1 7 5 2 0 0 7 通用硅酸盐水泥 罔 标准 中 5 2 5级 型硅 酸盐水 泥 的质量 标 准。 1 2 粉煤灰 采用镇江某发 电厂生产的 I 级粉煤灰 ， 其性能 指标测试结果如表 2所示 ，达到了 G B T 1 5 9 6 - 2 0 0 5 用于水泥和混凝土 中的粉煤灰 翻标准 的质量要 求 。 1 3 矿 渣粉 采用 $ 9 5矿渣粉 ， 对流动度 比、 比表面积 、 含水 量 、 烧失量 、 三氧化硫含量 、 需水量 比、 活性指数等 性能进行 了试验 ， 测试结果如表 3所示 ， 达到了 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 一7一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 2期 渣粉 明 标准的质量要求。此外 ， 测定矿渣粉的密度 为 2 7 9 c m 3 。 1 4 骨 料 1 4 1 细 骨料 采用河砂 ， 其有关性能指标检测结果如表 4 、 表 5所示。由表 4和表 5可知 ， 该河砂为细度模数 2 7 6 的区中砂 ， 级配 良好 ， 符合 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 的质量要求 。河 砂 中粒径小于 0 1 6 mm的石粉含量为 1 4 ， 符合国 内外 自密实混凝土的基本要求。 表 1 水泥的物理力学性能指标测试 结果 流动度 比 比表 面积 含水量 烧失量 三氧化硫 需水量 比 活性指数 ( m Z k g 、 7 d 2 8 d 5 oo 2 50 l - 25 0 63 0- 31 5 0 1 6 1 0 0 3 5-5 6 5 3 5 8 5- 71 9 58 0 1 0 09 0 1 0 0 2 5- 0 50 -1 0 70 -41 92 70 1 00- 90 1 0 0 1 5 0 25- 0 40 -1 6 85 5 5 1 00 90 5 80 1 9 6 3 5 8 5 54 8 7 0 9 8 6 1 4 2 粗骨料 由于海工 自密实 高性能混凝土 多用 于薄壁构 件 以及钢筋较为密集的混凝土构件 ， 粗骨料 的粒径 不宜过大。同时， 国内外 白密实混凝土相关标准规 定 ， 粗骨料的最大粒径不宜大于 2 0 m m， 否则将增大 混凝土拌合物的流动阻力和分层离析的几率。 试 验采用 5 - 2 0 m m 连续 级 配 的碎 石 ，由 5 1 0 ram和 1 0 - 2 0 ra m两级配配制而成 ， 将 5 - 1 0 ra m和 1 0 2 0 ram的碎石分别进行 比例为 l ： 9 、 2： 8 、 3 ： 7筛 分试验 ， 其性能指标及筛分试验结果如表 6 、 表 7所 示 。从表 6 、表 7可 以看出，粗骨料最大粒径小于 2 0 mm， 针片状颗粒含量小于 8 ， 空隙率小于 4 0 ， 含泥量不大于 l ， 泥块含量不大于 0 5 ， 满足配制 自密实混凝土的基本要求 。从表 7筛分试验结果可 以看出 ， 由 5 1 0 mm和 1 0 2 0 mm碎石按比例 3 ： 7配 一 R 一 制的连续级配碎石级配 良好 ， 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 【 1 规定的级 配要求 。因此 ，采用 5 - 1 0 m m和 1 0 - 2 0 m m 比例 3 ： 7 的碎石 配 制海工 自密实混 凝 土 。 1 5 减 水剂 采用 巴斯夫 有限公 司产 R P 2 5 、 A S T P 5 0 4 1聚 羧酸系高效减水剂、 格雷斯公 司产 A D V E R1 5 2聚羧 酸高效减水剂及上海华登 H P 4 0 0聚羧酸系高效减 水剂 ， 其性能指标的检测结果 如表 8所示 。四种减 水剂的减水率均达到 G B 8 0 7 6 2 0 0 8 混凝土外 加 剂旧的质量要求。 2混凝土配合比与试验方法 2 1 混凝土配合 比 选取 复掺粉煤灰与矿渣粉海工 自密实高性能 混凝土 ，采用巴斯夫 R P 2 5 、 A S T P 5 0 4 1 、上海华登 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王成 启 ， 张悦 然 聚羧 酸 系高效 减水 剂对 海工 自密 实 高性能 混凝 土 的影 响 表 8聚羧酸高效减水剂 检测结果 H P 4 0 0 、格雷斯 A D V E R1 5 2四种 聚羧酸高效 减水 剂 ，分别配制了 四种海工 自密实高性 能混凝土 ， 编 号依 次为 W1 、 W2 、 W3 、 W4，试验 配合 比如表 9所 示 。 2 2 试验 方 法 2 2 1 工作 性试 验 工作性能试验主要包括坍落度 、坍落扩展度 、 T 5 0 0 、 L型仪 、 V型仪 、 U型仪拌合物稳定性跳桌等 试验 ， 工作性试验方法参照 C C E S 0 2 2 0 0 4 ( 自密实 混凝土设计与施工指南 和 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 自密实 混凝土应用技术规程 等标准的有关规定进行。 2 2 2 耐久 性试 验 耐久 性试 验 主要包 括 电通量 、 扩散 系数 。电通 量 试验按 AS T M C1 2 0 2 混凝土抗氯离子渗透性标准 试验方法 l 3 进行 ； 扩散系数试验按 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 ( R C M法 ) 卅 的有关规定进行 。 2 2 - 3 力 学性 能试 验 抗压强度试验按 J T J 2 7 0 9 8 水运工程混凝土 表 9 不 同减水剂海工 自密实 高性 能混凝土 的配合 比 k g m 试验规程 的有关规定进行。 3试 验结 果与 讨论 分析 3 1 拌合物性能 不 同聚羧 酸高效减水 剂配制的海工 自密实高 性能混凝土 的拌合物性能测试结果 如表 1 O所示 。 表 l 0的测试结果表 明，使用 四种聚羧酸高效减水 剂后混凝土 的坍落度在 2 5 5 - 2 6 5 mm之 间 ；扩展度 7 2 0 7 4 0 mm 之 间 ； V 型 漏 斗 时 间 在 2 1 - 3 - 2 4 5 s之 间 ； L型仪高度 比均大于 0 8 0 ； U型仪填充高度均大 于 3 2 0 mm； 振动离析率均小于 1 0 。因此 ， 四种聚羧 酸高效减水剂配制 出的海工高性能混凝 土的拌 合 物性 能差别不大 ， 均能满足海工 自密实高性能混凝 土拌合物施工质量要求。 不同聚羧酸减水剂海工 自密实高性 能混凝 土 的 2 h坍落度和扩展度损失测试结果如表 1 1所示 。 表 1 1的测试结果表明， 2 h坍落度在 2 1 0 - 2 4 0 m m； 2 h 扩展 度 在 5 9 0 6 8 5 m m 之 间 ， 扩展 度均 大 于 5 5 0 mm， R P 2 5减水剂配制的海工 自密实高性能混凝土工作 性的保持性能较好 ， 2 h的工作性达到一级 自密实混 凝土的质量要求 ， 其它三种减水剂配制 的 自密实高 性能混凝土工作性的保持性能稍差 ， 但也达到了二 级 自密实混凝土的工作性要求。 3 2 抗 压强 度 测试 了四种不 同聚羧酸高效减水剂配制 的海 工 自密实高性能混凝土 的抗压强度 ， 7 d 、 2 8 d 、 5 6 d和 9 0 d龄期的测试结果如表 l 2所示。从表 1 2可以看 出， 四种聚羧酸高效减水剂配制的海工高性能混凝 土 2 8 d抗压 强 度 在 5 1 9 5 8 2 MP a之 间 ，均大 于 一 9 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 2期 表 1 1 四种减水剂海工 自密实高性能混凝土的 坍落度 和扩展度损失 表 1 2四种减水剂海工 自密实高性能 混凝 土的抗压强度 MP a 5 5 MP a ； 9 0 d抗 压强 度 在 6 1 4 - 6 7 1 MP a 之 间 ， 均 大于 6 0 MP a ， 其中 R P 2 5配制的海工 自密实高性能混凝土 的抗压强度稍高。因此 ， 四种聚羧酸高效减水剂配 制 的海工 自密实 高性能混凝土基本满足海工混凝 土抗压强度的要求。 3 3 抗氯盐侵蚀性能 测试 了四种聚羧酸高效减水剂配制 的海工 自 密实高性能混凝土的抗 氯盐侵蚀耐久性 ， 包括 电通 量 和 R C M法扩散系数 ， 测试结果如表 1 3所示 。表 1 3的测试结果表明， 四种聚羧酸高效减水剂配制的 海工 自密实高性 能混凝 土的电通量和扩散系数相 差不大 ， 5 6 d的 电通量在 6 6 4 7 9 1 C之间 ， 9 0 d的电 通 量在 4 1 4 6 1 5 C之 间 ， 9 0 d的扩散 系数在 1 0 5 8 x 1 2 0 1 x l O 2 n 1 V s之 间 ， 5 6 d和 9 0 d的 电通 量 均 小 于 1 0 0 0 C， 9 0 d扩散系数均小于 1 5 x 1 0 n 1 2 s ， 均具有较 高的抗氯盐侵蚀性能。 表 1 3 四种减水剂海工 自密实高性能混凝土的 电通量和扩散系数 一 l O一 4结语 聚羧酸高效减水剂是 配制海工 自密实高性 能 混凝土的主要组成材料 ， 对海工 自密实高性能混凝 土的工作性 、 力学性能和耐久性产生重要影响。采 用四种聚羧酸高效减水剂 ， 研究 了海工 自密实高性 能混凝土的拌合物性能 、 抗压强度以及抗氯盐侵蚀 性能。研究结果表明， 四种聚羧酸高效减水剂与海 工 自密实高性能混凝土胶凝材料适应性 良好 ， 配制 的海工 自密实高性能混凝土拌合物性能 良好 ， 且具 有较高的抗压强度和耐久性 ， 可用于海工混凝土结 构的施工。 参考文献 ： 1 】 王成启 ， 张悦然 粉煤灰海工 自密实 高性 能混凝土配合 比 参数的试验研究 J 混凝土与水泥制 品， 2 0 1 1 ( 8 ) ： 1 - 7 2 】 王成启 ， 张悦然 粉煤灰海工 自密实高性能混凝土 的试验 研究 J 新 型建筑材料 ， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 6 3 6 6 【 3 黄沙 ， 胡 欣 ， 施 鳞芸 我 国聚羧 酸减水剂 的发展 现状及性 能改进途径 J 江西建材 ， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 8 - 9 4 韩 利华 ， 张学丽 ， 封孝信 聚羧 酸系高效 减水剂 的研究进 展及发展现状 J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 9 6 9 8 5 房娟娟 ， 于爱红 ， 逢鲁峰 新 型聚羧酸 高效减 水剂 的研 制 J 1 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 1 2 ) ： 7 1 7 2 6 】 王 自为 ， 赵婷婷 ， 窦琳 ， 等 一种 新型聚羧酸盐减水剂 的合 成及应用 J 混凝 土， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 7 6 7 8 【 7 周忠群 ， 陈小平 ， 申迎华 ， 等 新 型聚羧酸系高效减水剂 的 合成及应用性能 J 混凝 土， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 7 0 7 2 8 G B 1 7 5 - 2 0 0 7 ( 通用硅酸盐水泥 S 9 G B T 1 5 9 6 - 2 0 0 5 ( 用于水泥和混凝土 中的粉煤灰 S 1 O 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 S 】 【 1 1 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 f S 】 【 1 2 G B 8 0 7 6 - 2 0 0 8 混凝土外加剂 S 1 3 J T J 2 7 5 - 2 0 0 0 ( 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范 【 S 】 1 4 】 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 S 1 5 J T J 2 7 0 - 9 8 ( 水运工程混凝土试验规程 【 S 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 0 2 作者简介 ： 王成启 ( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 教授 级高工。 通讯地址 ： 上海市肇家浜路 8 2 9号 联 系电话 ： 1 3 9 1 6 1 1 5 5 4 8 E - ma i l ： t j u wc q 1 6 3 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m