CTF分散性對混凝土性能的影響研究

楊冬，馮漢峰

（1.深圳市東大洋混凝土有限公司龍崗分公司，廣東 深圳518114；2.深圳市東大洋投資集團(tuán)公司，廣東 深圳518114）

1 前言

CTF增效劑作為一種新型混凝土摻加外加劑已經(jīng)在一些地區(qū)的混凝土生產(chǎn)企業(yè)中得到逐步的應(yīng)用。對于一種新型材料而言，我們對其性能的了解程度還相當(dāng)?shù)牡?，不過在逐步的使用過程中，我們也逐漸深化對其性能的了解。在這里我們通過對CTF增效劑使用過程中出現(xiàn)的一些性能做簡要闡述，就CTF增效劑使用的分散原理進(jìn)行論證研究，并就其在混凝土中通過分散原理所表現(xiàn)出的一些優(yōu)異性能進(jìn)行研究。

2 性能

2.1 節(jié)約材料及成本

CTF增效劑為一種復(fù)合型材料，其中以有機(jī)物為主體，其作用機(jī)理類似于塑化劑。若用CTF增效劑和萘系減水劑復(fù)合使用來分散無機(jī)不溶顆粒，其分散效果明顯好于單獨(dú)使用萘系減水劑來分散無機(jī)不溶顆粒。這樣就使水分子與無機(jī)不溶顆粒充分接觸。因此，使用CTF增效劑能有效減少混凝土體系中存在的不水化或水化不充分的現(xiàn)象。

所以，在摻量為混凝土配合比中膠凝材料重量的0.6%～1.0%時(shí)，即可以減少水泥用量的10%～15%。而混凝土的成本組成中，水泥的成本約占一半左右，所以10%～15%的水泥的節(jié)約對成本節(jié)約的貢獻(xiàn)可想而知。

2.2 改善混凝土和易性

由于CTF增效劑的塑化性，所以其塑化效果也非常明顯，這一點(diǎn)從CTF增效劑在使用中若發(fā)生超摻現(xiàn)象后混凝土呈現(xiàn)類似于一種多孔的形態(tài)即可以證明。所以摻有CTF增效劑的混凝土包裹性明顯變好，抗泌水能力提高，泵送摩擦力減小。

2.3 降低混凝土水化熱

既然CTF增效劑與萘系減水劑復(fù)合使用后能有效減少水泥用量，那么單位體積內(nèi)的水泥顆粒將會(huì)減少，降低混凝土水化熱，減少了原來混凝土體系中存在的局部水泥顆粒比重偏大的不均勻現(xiàn)象，從而解決了由這一現(xiàn)象引起的局部水化熱不均勻的問題。所以其從以上兩方面改善了由于混凝土的水化熱偏高或局部水化熱不均勻引起的混凝土結(jié)構(gòu)開裂。這一點(diǎn)對于大體積混凝土，以及長墻、寬板結(jié)構(gòu)部位尤其適用。

2.4 提高抗凍性，抗碳化的能力

從筆者公司得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，以C30為例，摻加CTF增效劑的混凝土的含氣量由未摻加CTF增效劑的混凝土的含氣量的4.0%上升到5.5%。有效延長了在低溫條件下達(dá)到混凝土凍融破壞的臨界飽和度的時(shí)間，減少冰凍時(shí)混凝土體系中毛細(xì)孔中的水對混凝土的膨脹破壞作用。同時(shí)，由于單位體積中的有效水泥顆粒的增加，其抗碳化的能力也有所提高。

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.1 CTF增效劑與減水劑的復(fù)合分散研究

3.1.1 作用機(jī)理

水泥水化后，由于離子間的范德華力作用以及水泥水化礦物、水泥主要礦物在水化過程中帶不同電荷而產(chǎn)生凝聚，導(dǎo)致了混凝土產(chǎn)生絮凝結(jié)構(gòu)。減水劑大多屬陰離子型表面活性劑，摻入到混凝土中后，減水劑中的負(fù)離子-SO-、-COO-就會(huì)在水泥粒子的正電荷Ca2+礦的作用下而吸附于水泥粒子上，形成擴(kuò)散雙電層(Zeta電位)的離子分布，在表面形成擴(kuò)散雙電層的離子分布，使水泥粒子在靜電斥力作用下分散，使混凝土流動(dòng)化。Zeta電位的絕對值越大，減水效果就越好。

但是水泥在水中極易水化，產(chǎn)生的是絮狀水化物結(jié)構(gòu)，且水化后會(huì)產(chǎn)生一定的強(qiáng)度，不易清洗和觀察。因此，必須選擇一種與水泥顆粒的離子表面極性相似，且與水泥和減水劑的作用機(jī)理相似的物質(zhì)來替代水泥做分散觀察。經(jīng)過對大量無機(jī)物進(jìn)行考證，最終我們選擇TiO2作為進(jìn)行分散實(shí)驗(yàn)時(shí)水泥的替代品。

TiO2和水泥在水中的分散機(jī)理極其相似。TiO2表面有很多羥基，它能夠吸附極性粒子，使固體表面帶有相同的電荷，因同種電荷排斥而分散。且粒子的比表面能很大，表面收縮而降低表面能，使分散體系穩(wěn)定化。懸浮在水中的TiO2粒子，在電場的作用下會(huì)發(fā)生遷移運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為“電泳”，電泳現(xiàn)象表明TiO2表面是帶電的，其原因是在TiO2粒子與水接觸后，被羥基化的TiO2表面能離解或吸附水中的氫離子或氫氧根離子。

實(shí)際上，TiO2在水中分散的過程同水泥一樣也是雙電層形成的過程。若加入一定濃度的高分子分散劑（如混凝土減水劑），由于高分子分散劑中的-COO-或OH-等基團(tuán)會(huì)吸附在TiO2顆粒的表面，吸附一層相反電荷后，構(gòu)成了雙電層。這種雙電層可以看作是四周被同一電荷所包圍的粒子，當(dāng)布朗運(yùn)動(dòng)使兩個(gè)粒子靠近時(shí)，相同性質(zhì)的電荷之間產(chǎn)生斥力，當(dāng)這種斥力大于范德華引力時(shí)，則粒子分開，體系處于分散穩(wěn)定狀態(tài)。鑒于此，我們選擇TiO2作為分散試驗(yàn)中取代水泥的無機(jī)物質(zhì)。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1.2.1 分散性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

因此，我們選用日常經(jīng)常使用的C30泵送以及民用建筑中所能使用到的高強(qiáng)度等級(jí)C50泵送作為研究對象（表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)用配合比 kg/m3

若以C30配合比為研究對象，并且在摻入CTF增效劑以基礎(chǔ)摻量0.6%來計(jì)算的話，那么此時(shí)的萘系減水劑的摻量為1.8%，并以減少15%的水泥量為基準(zhǔn)，此時(shí)的CTF增效劑與萘系減水劑的摻量比為1:3。同時(shí)由于CTF增效劑的允許摻量范圍為0.6%～1.0%，在高強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，為保證上述2者的比例依然達(dá)到1:3，其CTF增效劑摻量相對于0.6%的原摻量必然提高（因萘系減水劑的摻量提高），見表2。

表3中，將水泥加上煤灰的質(zhì)量均以TiO2來取代，為便于在水溶液中觀察，因此我們將水相對于其他材料擴(kuò)大10倍。以此來觀察CTF增效劑對混凝土體系分散性的影響，并探討CTF增效劑與萘系減水劑的摻量比的影響。

3.2 應(yīng)用性設(shè)計(jì)

經(jīng)過分散性實(shí)驗(yàn)后，我們應(yīng)將這其中得出的結(jié)論用到混凝土體系的實(shí)際使用中。按表3中的配合比進(jìn)行大量的試配實(shí)驗(yàn)，觀察CTF增效劑對混凝土和易性的影響，通過試件成型觀察其對混凝土強(qiáng)度的影響，并且通過在養(yǎng)護(hù)室和室外兩種養(yǎng)護(hù)條件下，碳化情況的對比來觀察CTF增效劑對混凝土碳化的影響。

3.3 實(shí)驗(yàn)儀器及材料

（1）100 ml的量筒若干

（2） 500ml的燒杯若干

（3） 200ml燒杯若干

（4） 50 ml燒杯若干

（5） TiO2(俗稱：鈦白粉)，攀枝花鼎星鈦業(yè)公司。

（6）廣東塔牌水泥P·O42.5R

（7）廣東東莞產(chǎn)中砂

（8）廣東惠陽產(chǎn)5～25mm碎石

（9）廣東汕頭產(chǎn)Ⅱ級(jí)粉煤灰。

（10）廣州市三駿建材科技有限公司產(chǎn)CTF增效劑

（11）深圳五山建材實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)萘系減水劑

（12）電子稱。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.4.1 分散性實(shí)驗(yàn)

經(jīng)過48小時(shí)后觀察各個(gè)實(shí)驗(yàn)樣的沉降高度為：

王震副主席是一位中外聞名、已載入史冊的偉人，他卻視我——一名普通的技術(shù)人員為朋友。這是我此生最為難得、最為珍貴的際遇。

表4中看出，單純以CTF增效劑作為混凝土的分散劑效果十分不理想，且攪拌完成后即開始出現(xiàn)沉淀，1min后即可以看到明顯分層。圖中實(shí)驗(yàn)樣3沉降量大于實(shí)驗(yàn)樣1，同時(shí)實(shí)驗(yàn)樣4沉降量大于實(shí)驗(yàn)樣1，證明CTF增效劑與萘系減水劑復(fù)摻的的效果好于單純使用萘系減水劑作為分散劑。表中，實(shí)驗(yàn)樣5的沉降量略好于實(shí)驗(yàn)樣4，CTF增效劑摻量的提高對實(shí)驗(yàn)體系略有影響，但這種影響從這個(gè)實(shí)驗(yàn)來看不是十分明顯，有待進(jìn)一步觀察。

3.4.2 應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)

表2 摻入CTF增效劑后的配合比 kg/m3

表3 TiO2取代粉料量后的試驗(yàn)配比 kg/m3

表4 分散實(shí)驗(yàn)的沉降高度

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們應(yīng)用表3.2中的設(shè)計(jì)進(jìn)行試配工作。我們選取1，3，4，5四個(gè)編號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)以觀察摻加CTF增效劑對混凝土的影響（編號(hào)2沒摻外加劑不予選取），以及在不同摻量情況下CTF增效劑對混凝土的影響。

表5 試配結(jié)果

從表5中的1，3兩個(gè)編號(hào)的試驗(yàn)來看摻加CTF增效劑會(huì)使混凝土的坍落度以及擴(kuò)展度減小，混凝土的流動(dòng)性變差，粘聚性變大，含氣量增大，直觀上來看砂率變大，顯然在施工中這是不利的影響因素，因此需要提高外加劑的摻量，同時(shí)降低1%的砂率以達(dá)到與未摻加CTF增效劑相同的坍落度、擴(kuò)展度以及流動(dòng)性。摻加CTF增效劑后,相對于其減少15%的水泥用量而言，試塊成型強(qiáng)度減少只降低3.5 MPa，但也達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的120%。所以，摻加CTF增效劑對混凝土的強(qiáng)度貢獻(xiàn)還是相當(dāng)大的。

從4，5兩個(gè)編號(hào)的實(shí)驗(yàn)來看，CTF增效劑的提高依然會(huì)使混凝土坍落度、擴(kuò)展度減少，流動(dòng)性變差，但其強(qiáng)度卻有所增加。不同強(qiáng)度等級(jí)的最佳CTF增效劑的摻量有待后續(xù)研究。

對于低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土而言，其水泥用量和粉料總量均較少，為保證其強(qiáng)度，因摻加CTF增效劑所減少的水泥量應(yīng)適當(dāng)減少，而強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土，在節(jié)約水泥用量的前提下應(yīng)適當(dāng)提高CTF增效劑的摻量來保證強(qiáng)度。

3.4.3 碳化測試

表6 碳化情況

由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，抗碳化能力跟水泥的用量有著最主要的關(guān)系，即C50強(qiáng)度的混凝土其抗碳化的能力要明顯好于C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，并且前者后期抗碳化的能力也要強(qiáng)于后者。

混凝土的碳化主要形成在早期（28d養(yǎng)護(hù)），后期的碳化影響變得緩慢。摻加CTF增效劑的混凝土抗碳化的能力要略好于未摻加CTF增效劑的混凝土，充分證明其與萘系減水劑的復(fù)合使用對水泥的分散效果要好于單純使用萘系減水劑對水泥的分散效果，前者使單位水泥使用量好于后者的單位水泥使用量，這一點(diǎn)充分證明了第一個(gè)分散性實(shí)驗(yàn)的結(jié)論的正確性。

當(dāng)提高CTF增效劑的摻量(0.73%)后在60d內(nèi)對混凝土碳化的影響相對于未提高摻量（0.6%）的混凝土未有特別明顯的改善，其長期的影響情況有待于進(jìn)一步長期觀察。

4 結(jié)論

（1）CTF增效劑不能單獨(dú)作為減水劑使用。

（2）CTF增效劑與萘系減水劑的復(fù)合使用的分散性要好于單純使用萘系減水劑的分散性。

（3）摻加CTF增效劑，可減少15%水泥用量，混凝土強(qiáng)度要略低于未摻加CTF增效劑的混凝土強(qiáng)度。具體減少水泥用量的百分比可根據(jù)實(shí)際試配強(qiáng)度情況確定。

（4）同種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，在有效范圍內(nèi)適當(dāng)提高摻加CTF增效劑的摻量，其強(qiáng)度略有增加。

（5）摻加CTF增效劑的混凝土抗碳化的能力要好于未摻加CTF增效劑的混凝土，適當(dāng)提高其摻量的混凝土抗碳化的能力相對于未提高的混凝土的抗碳化能力未有明顯的提高。

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