聚羧酸系和萘系高效减水剂复合使用对混凝土蒸养强度的影响.pdf

2 0 1 2年第 1 1 期 l 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONC RET E AND C E MEN T P RODUC 201 2 No 1 1 No v e mb e r 聚羧酸系和萘系高效减水剂复合使用 对混凝土蒸养强度的影响 袁泽洋 ， 伍勇华 ， 南 峰 ， 何志旗 ， 李 论 ， 何 冬 z ( 1 西安建筑科技大学材料与矿资学院， 7 1 0 0 5 5 ； 2 西安康特管桩技术有限公司， 7 1 0 2 0 1 ) 摘要 ： 研 究 了聚羧 酸 系减水 荆( P C) 和萘 系减水剂 ( F DN) 单掺及 复掺 对混凝土坍落度和蒸养强度的影响。结 果表 明， P C和 F DN 单掺时 ， 随掺量增 大， 混凝土拌合物流动性增大 ， 但对 强度 而言 ， 存在最佳掺量 ， 此 时蒸养强度及 蒸养后 再标 养 2 8 d强度达 到最大。而 P C 和 F DN 复掺 时 ， 与单掺 P C相 比， 混凝土拌合物流动性降低 ， 在 最佳掺量 时， 蒸养强度和 蒸养后再标养 2 8 d强度所达到的最大值也 降低 。 关键词 ： 聚羧酸 系高效减水剂； 萘 系高效减水剂； 蒸汽养护 ； 强度 Ab s t r a c t ： T h e e f f e c t s o f a d d i n g p o l y c a r b o x y l i c a c i d ( P C )a n d p o l y n a p h t h a l e n e s u l p h o n a t e s u p e r p l a s t i c i z e r( F D N ) a l o n e a n d a d d i n g t o g e t h e r o n t h e s l u mp a n d the s t e a m- c u r e d s t r e n g t h o f c o n c r e t e s p e c i me n s a r e s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e fl u i d i t y o f t h e c o n c r e t e i s e n h a n c i n g w i t h t h e i n c r e a s i n g d o s a g e o f P C a n d F DN a d d i n g a l o n e ，b u t t h e r e e x i s t s o p t i mu m d o s a g e s f o r t h e s t r e n g t h o f s t e a m c u ri n g a n d s t a n d a r d c u ri n g f o r 2 8 d a f t e r s t e a m c u rin g ， wh i c h w i l l b e r e a c h e d t o t h e ma x i mu m a t t h e mo me n t Ho we v e r ， wh e n P C a n d F DN a r e a d d e d t o g e t h e r ， the fl u i d i t y o f t h e c o n c r e t e i s w o r s e t h a n a d d i n g P C a l o n e ，a n d b o t h t h e ma x i mu ms o f t h e s t r e n g t h o f s t e a m c u ri n g a n d s t a n d a r d c u ri n g for 2 8 d a f t e r s t e a m c u r i n g a r e a l s o r e d uc e d whe n t he o p t i mum do s a g e i s us e d Ke y wo r d s ： P o l y e a r b o x y l i c a c i d s u p e r p l a s t i c i z e r ； P o l y n a p h t h a l e n e s u l p h o n a t e s u p e r p l a s t i c i z e r ； S t e a m c u ri n g ； S t r e n g t h 中 图分 类 号 ： TU5 2 8 0 4 2 文 献 标 识 码 ： A 文 章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 01 2) 1 1 1 8 0 4 0前言 混凝土预制构件在 1 9世纪末就 已在建筑结构 中得到应用 。近年来 ， 随着高效减水剂的成熟应用 ， 进一步促进了预制构件的应用和发展 ， 尤其在预制 高强混凝土制品中， 高效减水剂的应用已成为关键 因素 。 目前 ， 萘系高效减水剂以减水 、 增强 、 价格适 中 等特点 ， 在蒸养混凝土中得到广泛应用口 】 。与萘系高 效 减水 剂 相 比 ，聚 羧酸 系 高效 减水 剂 具 有低 掺 量 、 高减水率 、 混凝土拌合 物坍落度经时损失小 、 增强 效果显著、 低收缩及生产使用过程 中环境友好等优 势2 1 ， 在高强和高性能混凝土中的应用 日益增长 。 近年来 ， 一些 学者对 聚羧酸系和萘系高效减水 剂在普通混凝土中的复合使用做了一些研究。 吴芳四 认为二者复合使用对混凝土标养 2 8 d强度影响不大 ， 而且 聚羧 酸系高效减水剂 的引入能够改善萘 系高 效减水剂保坍性差 的缺陷。蒋 晓飞4 1 认为聚羧酸系 和萘系高效减水剂 的复合使用 ， 使 昆凝土的工作性 比单一高效减水剂 的应用效果要好得多 。麻秀星l5 认为聚羧酸系与萘系高效减水剂复配使用 ， 可使减 水效果和保坍效果都得到明显提高 ， 并且对混凝土 一 】 8 2 8 d强度没有负面影响。 但付长虹 6 3 以水泥净浆流动 度为指标 ， 测试了聚羧酸系和萘系高效减水剂复配 的效果 ， 认为聚羧酸系和萘系高效减水剂不能复合 使用 。 可见 ， 研究人员对聚羧酸系和萘系高效减水剂 复合使用的效果认识还不统一 ， 且 目前 尚未系统研 究过两者复合使 用对混凝土蒸养强度的影 响。因 此 ， 本文对聚羧酸系和萘系高效减水剂复合使用对 高强混凝土蒸养强度的影响进行 了研究和探讨。 1 试 验 1 1 原材料 试 验所用水泥为陕西某公司生产的 P 0 4 2 5 级水 泥 ， 其 性 能见 表 1 ； 砂 为 西安 灞 河 细 砂 ， 细 度 模 数 为 2 1 ， 含泥量 为 2 O ； 石 子为粒 径 5 2 5 ram连 续 级配碎石 ， 压碎指标为 7 5 ； 矿粉为西安某公司生 产 的 $ 9 5级矿 粉 。 减 水 剂 为 山西 某 公 司生 产 的 固 含 量 为 2 6 的 聚羧酸系高效减水剂 ( P C ) ， 分子结构如图 1 所示 ； 陕西某公司生产的萘系高效减水剂( F D N) 粉剂。本 文中减水剂掺量按胶凝材料 总量的百分 比计算 ， 聚 羧酸减水剂掺量为折算为固体的掺量。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 袁泽洋 ， 伍勇华 ， 南 峰 ， 等 聚羧酸系和萘系高效减水剂复合使用对混凝土蒸养强度的影响 K K -t C H 2 - - c H 厂 【 l Jm l l J n C O O H C O X 一 ( C H2 C H R O y R 图 1 聚羧酸系高效减水剂分子结构示意 图 1 2 试 验方 法 混 凝 土 基 准 配 合 比见 表 2 。试 模 尺 寸 为 1 0 0 m mx 1 0 0 mmx 1 0 0 mm， 蒸汽养护制度为 ： 静停 3 h + 升温 3 h + 恒温 1 0 h ( 8 5 c c ) + 降温 3 h 。蒸养结束后 ， 一 组立即测试蒸养强度 ， 另一组放入标准养护室再养 护 2 8 d后 ， 测试其蒸养后再标养 2 8 d的强度 。 表 2 蒸养混凝土基准配合 比 k g m。 2试 验 结果 与讨 论 2 1 F D N单掺对混凝土坍落度和蒸养强度的影响 首先测试 了 F D N单掺对混凝 土流动性和蒸养 强度的影响， 试验结果见表 3 、 图 2 。 由表 3可以看出， 混凝土坍落度随着 F D N掺量 的增加而增大 ， 但增大 的幅度 较小 ， 在 F D N掺量为 1 4 时 ， 坍落度也仅为 6 0 ra m。 F D N的减水机理为静电斥力理论 ，即 F D N减 水剂分子 中的部分一 S 0 3 2 - 阴离子基团吸附在水泥颗 粒上带正 电的吸附空位 ，剩余 阴离子基 团朝 向水 中， 使水泥颗粒都带负 电， 从而相互排斥 ， 释放出絮 凝团中的 自由水 ， 起到一定 的分散作用。 由图 2可知 ， 随着 F D N掺量的增加 ， 混凝土蒸 养强度和蒸养后再标养 2 8 d强度都呈现先增大后 减小 的趋势 ， 二者 的最佳掺量分别为 1 O 和 1 2 。 表 3 F D N单掺对混凝土坍落度 的影 响 这是 由于掺入高效减水 剂可以有效提 高水 泥颗粒 的分散性 ， 使硬化水泥石结构更为均匀 ， 缺陷更少 ， 因而可 以提高强度 ；但高效减水剂掺量过大时， 会 延长凝结时间 7 ， 使静停后进入蒸养时的混凝土初 始结构强度降低 ， 从而影响蒸养强度及蒸养后再标 养 2 8 d的强度 。因此 ， 在水灰 比不变的条件下 ， 高效 减水剂存在一最适宜的掺量 ， 此时蒸养强度最高。 岂 憩 糕 F D N掺量， 图 2 F DN单 掺 对 混 凝 土 蒸 养 强 度 的 影 响 2 2 P C单掺对混凝土坍落度和蒸养强度的影响 测试 了 P C高效减水剂单掺对混凝土流动性和 蒸养强度的影响 ， 试验结果见表 4 、 图 3 。 由表 4可 以看出 ，混凝土坍落度随 P C掺量的 增加而增大 ， 与掺 F D N的混凝土相 比， 其增长幅度 更为显著， P C掺量为 0 3 6 时，混凝土坍落度可达 1 70 mm 。 P C为梳状高分子， 其减水机理主要为空间位阻 作用 ， P C主链上所带的极性阴离子活性基团吸附在 强极性的水泥颗粒表面 ， 具有 亲水性的聚醚侧链伸 展于水溶液 中， 从而在所吸附的水泥颗粒表面形成 具有一定厚度的亲水性立体吸附层 ， 当水泥颗粒靠 近时 ， 吸附层开始重叠 ， 即在水泥颗粒 间产生空间 位阻作用 ， 使得水泥颗粒之间分散圈 。 由图 3可以看出，和掺 F D N的混凝土一样 ， 随 着 P C掺量 的增加 ，混凝土蒸养强度和蒸养后再标 养 2 8 d强度都呈现先增大后降低 的趋势 ， 二者的最 佳掺量分别为 0 2 1 和 0 - 3 1 。分析原因 ， P C减水 剂 的分散作用使水泥颗粒与水接触机会 大大增加 ， 因此水化速率更一 t 9 1 ， 早期强度更高 ； 另外 ， P C类减 水剂基 团增大了 C S H 中硅氧四面体的聚合度 ， 增 一 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 1 1 期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 9期 表 4 P C单掺对混凝土坍落度的影响 表 5 日 窒 撼 骥 PC掺 量， 图 3 P C单 掺对混凝 土蒸养强度 的影响 加 了 C S H的结 晶程 度 ， 同 时其 中的一 C O O M一 基 团 能够嵌入到 C S H结构的层 间 ， P C有机大分子基 团将通过一 C O O M一 与 C a 2 + 连接 ， 而 C a 2 + 另一端与一 O s i O 一 键连接 ， 最后形成一个离子型交联结构嗍 ， 这 两种作用使得单掺 P C时的混凝土硬化后的内部结 构更密实 ， 有利于混凝土强度的提高。而 P C掺量过 大时 ， 也会 由于缓凝及引气作用增强 ， 而使混凝土 蒸养强度降低 。由于 P C减水效果更强， 因而其最佳 掺量 比 F D N更 低 。 2 3 P C和 F D N复合使 用对混凝土坍落度和蒸养 强 度 的影 响 2 3 1 P C和 F D N不同复合 比例对混凝土坍落度和 蒸养强度的影响 P C和 F D N按照不同比例 ( 均按 固体含量计算) 复合配成固含量为 2 6 的溶液 ， 测定其对混凝土坍 落度和蒸养 强度的影响 ， 其中复合减水剂总掺量为 0 2 6 ( 按 固含 量计 ) ， 试验 结果 见表 5 、 图 4 。 从表 5可以看出， F P 一 1为单掺 P C， 其坍落度为 1 0 0 mm。P C和 F D N复合使用时 ， 随着 F D N复合比 例的提高 ， 混凝土坍落度值逐渐减小 。当 F D N复合 比例增加到 9 5 时， 混凝土坍落度值为 O mm。 以上试验结果表明 ， P C和 F D N减水剂 复合使 用对混凝土坍落度的影 响是不利的 ， 二者不适宜复 合使用。究其原因， P C和 F D N复合使用时 ， 存在阴 离子基团一 C O O 一 与一 S 0 ， 一 竞争吸附现象 ， 先吸附于水 泥颗粒表面的基 团， 就会对水泥颗粒的分散性起到 一 2 0一 P C和 F D N按不 同比例复合使用对混凝 土 坍落度的影响 山 癌 fi 9 U l U 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 l O U F DN复合 比例 图 4 P C和 F D N复合使 用时 F D N复合 比例对混凝土 强度的影响 主导作用。 与 P C高效减水剂 中一 C O O 一 等阴离子基冈 相 比 ， F D N高效 减水 剂 中大量 的一 S O ， 一 阴离 子基 团 的 吸附速度较快 ，从而阻止 了 P C分子对水泥颗粒的 吸附， 使 P C高效减水剂 的塑化效应无法充分发挥。 因此 ， P C与 F D N高效减水剂复合使用时 ， 减水效果 往往会受到影响l lo l 。 从 图 4中可 以看出 ， P C和 F D N复合使用时混 凝土蒸养强度及 蒸养后 2 8 d强度均呈 S形变化规 律 ， 即存在最佳复合 比例 ： F D N ： P C = 1 0 ： 9 0 ， 此时 蒸养强度及蒸养后 2 8 d强度达到最高 ； 随着 F D N掺 量的继续增加 ，蒸养强度及蒸养后 2 8 d强度降低 ， 并且当 F D N： P C ： 7 5 ： 2 5 时 ， 蒸养强度及蒸养后再 标养 2 8 d强度达到最低 ， 超过此 比例后 ， 蒸养强度 及蒸养后再标养 2 8 d的强度又继续增大 ， 但其原因 尚不 明确 。 2 3 2 P C与 F D N复合使用时总掺量对 昆 凝 土坍落 度和蒸养强度的影响 P C和 F D N按照 固含量 9 ： l比例复合配制成 固 含量为 2 6 的液体外加剂 ， 改变其总掺量 ， 测试其 对混凝土坍落度和蒸养强度 的影 响， 试验结果见表 6 、 图 5 。表 7为 P C和 F D N单掺及复掺对蒸养强度 影 响 的对 比。 帅 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 袁泽洋 ， 伍勇华 ， 南峰， 等聚羧酸系和萘系高效减水剂复合使用对混凝土蒸养强度的影响 由表 6可以看 出， 随着复合减水剂总掺量的增 加 ，混凝土拌合物坍落度有较大 幅度增长 ；表 6与 表 3 、 表 4相比， 在 0 3 6 的相同掺量时 ， 单掺 P C的 P 一 6坍落度大于复合使用时 F H一 6的坍落度 ，而单 掺 F D N在掺量为 1 4 时 F 一 6的坍落度只有 6 0 ram， 与前两者相比相差悬殊 。 表 6 复 合 减 水 剂 总掺 鼍 对 混凝 土坍 落 度 的影 响 日 皇 鳗 糕 ：【l；9 o 1 1 0 1 6 021 O 2 6 0 3 1 O - 3 6 复合减 水剂 掺量 图 5 复合减水剂总掺量对混凝土蒸养强度的影响 表 7 单 掺和复掺减水剂时蒸养强度对 比 从 F D N和 P C的作用机理来看 ，在 相同掺量 时 ， P C的减水效果要远大于 F D N， 故二者复合使用 时 ， 随着 减水 剂 总掺量 的增 大 ， P C的量 也 逐渐增 大 ， 故混凝土坍落度随着复合减水剂总掺量 的增 大而 增大 ， 这和单掺 P C的规律相同。同时 ， 由于一定量 F D N的加入而出现竞争 吸附现象 ，使得一部分 P C 无法发挥塑化作用 ， 导致复合使用时混凝土的坍落 度小于单掺 P C时的坍落度。 由图 5可以看出， 随着复合高效减水剂掺量的 增加 ， 混凝土蒸养强度及蒸 养后再标养 2 8 d强度也 呈现先增大后减小的趋势。由表 7可以看 出， 减水 剂种类不 同，最佳掺量和最大强度值都不相同， P C 和 F D N按 9 ： 1复合使用时 ， 蒸养强度及蒸养后再标 养 2 8 d强度最大值均小于单掺 P C、 F D N时的。 以上试验结果表明，单掺 P C对混凝土 的增强 效果较为显著 ， 而 P C与 F D N按 9 ： l 复合使用后 ， 对 蒸养及蒸养后再标养 2 8 d强度造成不利影响 ， 故从 后期强度发展看 ， P C和 F D N不宜复合使用。 有些研 究 称 P C和 F D N复合使用对标养条件下混凝 土 强度无负面影响 ， 但在本文选取 的试验材料和方法 情况下 ， 这种作用并没有在试验结果中得到体现。 3结论 ( 1 ) P C和 F D N单掺使用时 ， 均存在最佳掺量 ， 此时蒸养强度和蒸养后再标养 2 8 d强度达到最高。 ( 2 ) P C和 F D N复合使用 ， 在总掺量为 0 2 6 时， 存在最佳复合 比例 P C ： F D N = 9 O ： 1 0 ，此时的蒸养 强度和蒸养后再标养 2 8 d强度达到最大值。 ( 3 ) 与 P C单掺相 比， P C和 F D N复合掺入 ， 使混 凝土拌合物流动性降低 ， 并且最佳掺量时蒸养强度 及蒸养后再标养 2 8 d强度 的最大值均降低 ，因此 ， 在采用蒸 汽养护时 ， 试验所选取 的 P C和 F D N不宜 复合使用。 参考文献 ： 1 缪昌文 高性能混凝土外加剂 M 北京： 化学工业出版社 ， 2 008 ：l 3 3一l 3 4 2 郭延辉， 郭京育 第二届全 国混凝土外加剂应 用技 术专业 委员会年会论文集【 M 】 北京： 机 械工业 出版社， 2 0 0 6 ： 8 4 - 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