减水剂对混凝土抗冻性能影响的研究.pdf

2 0 1 2年 第 1 1期 (总 第 2 7 7 期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATER j AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 1 0 1 9 减水剂对混凝土抗冻性能影响的研究 董超颖 ，杨超 ，刘 亮亮 z ，姜付义 ，柳瑞翠 ，刘子全 ( 1 同济大学 材料科学与工程学院，上海 2 0 1 8 0 4 ；2 烟台大学 环境与材料工程学院，山东 烟台 2 6 4 0 0 5 ) 摘要： 试验室条件下， 配制普通混凝土、 掺脂肪酸系减水剂混凝土、 掺萘系磺酸盐类减水剂混凝土作为试验试样。 采用冻融循环仪对 混凝土抗冻性进行分阶段 、 全过程的测试。 应用高、 低真空扫描电镜观察水化后的混凝土形貌特征。 结果显示 ： 减水剂的加入显著改善了 混凝土的抗冻性能， 减水剂掺人混凝土后， 主要通过改变水泥水化产物形态， 包括其水化产物的结构、 形貌、 孔隙结构及其分布等， 对混凝 土抗冻性能产生不同影 响。 关键词 ： 减水剂 ；混凝 土；抗冻性 中图分类号 ： T U5 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 2 ) 1 1 - 0 0 5 7 0 3 St udy o n t h e i m p ac t of s upe r pl a s t i ci z e r on t he f r os t r e s i s t an c e o f c onc r e t e DONG Ch a o - y i n g ， YANG Ch a o 2 , L1 U Li a n g- l i a n g2 , J I ANG Fu ， LI U Ru i c u i ， LI U Zi q u a n ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i a l E n g i n e e ri n g ， T o n g j i Un 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 ； 2 S c h o o l o f E n v i r o n me n t a l a n dMa t e ri a l E n g i n e e ri n g ， Ya n t a i Un i v e r s i y ， Yant a i 2 6 4 0 0 5 ， C h i n a ) Abs t r a ct ： Un d e r l a b o r a t o r y c o n d i t i o ns ， p r e p a r e d o r d i n a r y c o n c r e t e ， m ixe d f a t t y a c i d s u p e r p l a s t i c i z e r c o n c r e t e， d o p e d na p h t h a l e n e s u l fo n a t e S U p e r pl a s t i c i z e r c o n c r e a s t h e e x p e r im e n t a l s a mp l e s Th e e x p e rim e n t c a r r i e d o n d i f f e r e n t s t a g e s a n d wh o l e p r o c e s s t e s t b y t h e f r e e z i n g tha wi n g c y - c l e i n s t r u me n t f o r the c o n c r e t e s f r o s t r e s i s t a n c e Wi th the h e l p o f t h e h i gh a n d l o w v a c u u m s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e ， s t u d i e d o n t h e h y d r a t i o n c o n c r e t e m o r p h o l o g y Th e r e s u l t s s h o we d t h a t the s u p e r p l a s t i c i z e r s a d d i n g s i g ni fic an t l y i mp r o v e t h e fro s t r e s i s t a nc e o f c o n c r e t e Afte r mi x i n g c o n c r e t e， s u pe r pl a s t i c i z e r c h a n g e d t he c e me n t h y d r a t i o n p r o d u c t s for m ， i nc l u d i ng h y d r a t i o n p r o d u c t S s t r u c t u r e， mo r ph o l o g y， p o r e s t r u c t u r e a n d i t s d i s t r i b u t i o n t o m a k e d i fie r e n t e f f e c t s o n the f r o s t r e s i s t an c e o fc o n c r e t e Ke y wor ds： wa t e r r e d u c e r ； c o n c r e t e； fros t r e s i s t a n c e 0 引言 混凝土化学外加剂在混凝土的研究发展领域变得越来越 受重视， 已成为混凝土技术发展的重大突破点 。 虽然混凝土 外加剂的掺人量很少， 但是能很显著的使混凝土的某些性能得 以改善 ， 例如提高强度， 提高耐久性 ， 改善和易性及节约水泥等。 由此可见混凝土外加剂的使用不仅带来了结构功能上的改变， 而且带来了更高的经济效益， 所以国内外的工程界都很重视外 加剂的开发和使用。 混凝土所用减水剂有普通减水剂和高效减水剂之分。 脂 肪酸系减水剂是一种在碱性环境下通过碳负离子的产生而缩 合得到的一种脂肪族高分子聚合物5 - 7 。 萘系减水剂是 由工业 萘或煤焦油中萘、 蒽、 甲基萘等馏分， 经硫化缩合而成 ， 它归属 于高效减水剂这一类 。 无论在哪种外加剂中， 减水剂都是最 主要的组成部分 1O l 。 减水剂的作用表现在多个方面 ， 首先 ， 减 水剂可降低达到一定程度坍落度所需的水量 ， 即减少了混凝 土需水量 。 其次， 若不改变水灰比， 且要达到一定坍落度 ， 此 种情况下水泥的用量一般会降低。 最后 ， 减水剂可以用以增加 坍落度而不需要增加水泥和水的用量， 使得困难的浇筑变得 方便 。 1试 验 1 1 制备混凝土所需原材料 水泥 ： 强度等级 P C 3 2 5 级水泥， 密度p c = 3 0 0 g c m3 , 强度等 级富余系数为 1 0 0 。 粗集料： 5 - - 4 01T I 1T I 的碎石， 表观密度p 2 7 0 0 k g m 。 细集料 ： 采用的是 Ms = 2 1 8的细砂， 为 I I 区砂， 表观密度p s = 2 56 0k g m 。 脂肪酸系减水剂： 试验室 自制。 萘系磺酸盐减水剂： 试验室 自制。 1 2主要 仪 器 J S M一 5 6 1 0 L V型高 、 低真空扫描 电镜( S E M) 。 S Q 0 0 7 一 抗冻试验仪。 HB Y一 2 8 D型水泥混凝土恒温恒湿标准养护箱。 Z H DG _ 8 O型混凝土试模振实台。 Z H DG _ 8 0型混凝土振动控制器 。 Y AW 2 0 0 0 C恒应力压力试验机。 1 3三种 混凝 土 配合 比 本次研究选用 C 3 0混凝土配合比， 研究的是减水剂对混凝 土耐久性能的影响， 试验配合比见表 1 。 收稿 日期 ：2 0 1 2 - - 0 5 - 0 5 基金项目：国家自然科学基金( 5 0 9 7 2 1 2 3 ) ； 山东省教育厅科技计划项 目( J 0 8 L A 1 1 ) ； 山东省博士基金( 2 0 0 8 B S 0 5 0 0 6 ) 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( a ) 【 b ) 图 9 掺萘 系减水剂混凝土 2 8 d SE M照片 紧密 ， 其没有发现裂纹， 由此可知混凝土水化程度较高， 微观结 构较密实 ， 其强度较高。 从图 3可以得到， 该试样混凝土水化产 物中存在大量的凝胶物质 ， 其形状多为棉状结构 ， 且颗粒分布 均匀 ， 并呈网络状分布， 此外， 水化过程中还生成了许多针状的 钙矾石 ， 分布在凝胶物质周围， 起到填充孔隙的作用， 由此微观 形态可以说明， 水泥颗粒在萘系磺酸盐减水剂的作用下， 具有 良好的分散性， 从而也使得大量的 A f t 生长在颗粒的缝隙中。 3结论 ( 1 ) 掺减水剂的混凝土的水化产物颗粒间的孑 L 隙分布较均 匀， 抗冻性能比普通 昆 凝土的要高得多。 ( 2 ) 与掺入脂肪系减水剂混凝土相比， 掺入萘系磺酸盐减 水剂的混凝土其水泥水化产物更加致密， 其改善 昆凝土强度 、 抗冻性的能力远高于掺人脂肪系减水。 ( 3 ) 减水剂可能是通过改变水泥浆体水化产物的微观结构， 包括水化后的结构 、 形貌、 混凝土内部孔隙结构和分布， 进而对 混凝土的抗冻性产生影 响。 参考文献 ： 1 徐勇常规混凝土梁桥部分设计和施工问题的研究【 D 重厌： 重庆交 通学院， 2 0 0 5 2 高书言 中国科技纵横， 2 0 1 l ( 1 2 ) 8 4 -8 5 3 刘子全， 王波， 等 泡沫混凝土的研究开发进展【 J J _ 混凝土， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 2 4 2 6 4 李兆海， 刘子全， 等 高性能混凝土的应用发展 J J 福建建材 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 9 一 l 1 5 王彦君， 刘凤英， 等 聚羧酸减水剂的研究 J 1 中国建材科技 ， 2 0 1 1 ， 2 0 ( 5 ) ： 5 1 - 5 4 6 YA MA DA K， T A K AH AS H I T， H AN E H AR A S E f f e c t s o f t h e c h e m i c a l s t r u c t u r e o n t h e p r o p e i e 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 e i z e r J C e m e 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 ( 2 ) ： 1 9 7 2 0 7 7 F E R R AR I G， C E R U L L I T ， C L E ME N T E P I n fl u e n e e o f e a r b o x y l i c a c i d e a r b o x y l i e e s t e r r a t i o o f c a r b o x y l i c a c i d e s t e r s u p e r p l a s t i c i z e r o n c h a r a c t e r i s t i e s o f e e me n t mi x t u r e s C 6 t h C AN ME T A C I I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n e e S u p e r p l a s t i e i z e r s a n d Ot h e r Ch e mi c a l Ad mi x t u r e s i n C o n c r e t e US A： Ame r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ， 2 0 0 0： 5 0 5 8 胡其辉， 郭强 浅谈混凝土9 b O fi U O 水利天地， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 3 9 9 任先艳 几种典型高效减水剂的合成与复合及作用机理研究吲 四川： 西南科技大学， 2 0 0 9 1 0 张克举 国内氨基磺酸盐高效减水剂研究进展【 J I 胶体与聚合物， 2 0 0 9 ( 3 )： 4 1 4 4 1 1 】 崔东霞 外加剂对桥梁混凝土长期耐久性的影响与关键应用技术研 究【 D J 南京 东南大学， 2 0 0 9 作者简介： 董超颖( 1 9 8 9 一 ) ， 女， 研究生， 主要研究方向： 混凝土9 b ；3 0 0 。 联系地址： 山东省烟台大学环境与材料学院( 2 6 4 0 0 5 ) 联系电话 ： 1 3 5 6 2 5 0 4 9 3 1 天然气搅拌车下线三一再添环保新军 近日， 三一天然气搅拌车在湖汽公司邵阳新产业园成功下线， 三一再添环保新军。该产品拥有国内唯一经历过高温 、 高寒、 高原 试验的天然气发动机， 配备了国际领先的车载天然气气瓶及燃料供给系统， 整车性能稳定可靠， 具有极佳的经济性和环保性， 是清 洁能源搅拌车领域的一次重大突破。 在工业排放和汽车尾气严重污染的今天， 工程车辆行业同样面临节能减排的攻关难题。湖气公司研发人员多方走访， 并对各大 国际展会进行深入调研后发现， 要实现绿色环保的目标， 突破原有燃料， 采用新能源势在必行。 那么， 哪一种能源才是最佳选择?“ 天然气是一种非常好的选择， 它资源丰富、 价格低廉， 主要成分是甲烷， 燃烧后不含有毒物质 的气体。燃烧后排放效果可达到国四标准， 能大幅降低对环境的污染 ， 同时能大大降低客户的运营成本。” 对清洁能源的采用， 研究 院达成 了一致 。 于是 ， 一场能源变革在搅拌车研发领域酝酿。2 0 1 2年 3月开始 ， 2 0位平均年龄 3 0岁的研发人员组成一支先锋队， 投入艰难细 致的调研。“ 有一个月 ， 我们接连 3次出差， 把北方地区的新疆、 内蒙、 河北走了个遍， 与各个客户、 厂家沟通。” 回忆项目启动时的情 景， 项 目负责人郑立波记忆犹新， “ 这是个新兴的领域， 很多方面我们从未接触过， 遇到了很多难题 ， 但大家会对设计方案进行反复 的评 审和论证 ” 。 让项 目组感到兴奋的是， 各项试验证明， 天然气搅拌车一方面可满足国家节能降耗更环保的要求， 另一方面又可极大地提升产 品经济性能， 市场前景绝对值得期待。不少客户得知三一正在研制天然气搅拌车后， 也纷纷发来需求 ， 订单达到数百台， 他们希望早 日看 到样机下线 。 三一也不负众望。2 0 1 2年 9 月 2 8日下午 3 点 1 8分， 天然气搅拌车成功下线! 这台产品不但采用独特的底盘与上装同步设计， 使整车协调性能达到最佳状态， 而且拥有国内唯一经历过高温 、 高寒、 高原试验的天然气发动机， 并配备了国际领先的车载天然气 气瓶及燃料供给系统， 各项性能指标都经过苛刻验证。另外， 柔性前悬架 、 前盘后鼓制动器及 自动调整臂等各种新技术的应用， 使整 车舒适及安全性能大幅提升。客户在观摩样机后认为： “ 这是三一将高端技术与绿色能源优势相结合的又一创新成果。” 湖汽公司总经理谈波表示 ， 天然气搅拌车创造了搅拌车行业的又一个突破。公司将继续强化创新主体地位， 增强创新能力， 提 升核心竞争力。 实际上， “ 节能减排， 绿色环保” 是三一一直以来坚持的理念， 其动力控制三大核心节能技术、 超高压泵送新型减震降噪技术、 首 创的超高层水洗技术备受业界推崇。另外， 三一还在国内首次将混合动力概念引入到工程机械的节能研究中， 推出混合动力挖掘机 比传统挖掘机节能 3 0 以上 、 作业效率提高 2 5 以上。三一还拥有双动力驱动的全球首台节能环保旋挖钻机。 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m