改性聚羧酸減水劑與C30自密實混凝土性能的關(guān)系①

張 林， 楊健英， 劉斯鳳， 李 林， 王培銘

(1．同濟大學(xué)先進土木工程材料教育部重點實驗室，上海201804;2．巴斯夫化學(xué)建材亞太區(qū)，上海200001)

0 引言

自密實混凝土這一概念最早由日本學(xué)者Okamura于1986年提出[1]．當時的自密實混凝土水泥用量較大，一般高于500kg/m3，而最近出現(xiàn)的低強度等級自密實混凝土水泥用量明顯降低，在380 kg/m3以下．配制這種低強度自密實混凝土需用適當?shù)臏p水劑．楊健英[2]、閻培渝[3]等在研究一種低強度自密實混凝土(稱之為“智能動力混凝土(SDC)”)時利用了改性聚羧酸減水劑．

他們[2－4]研究了用水量波動、石子顆粒級配、減水劑過摻對低強度自密實混凝土新拌及耐久性能的影響，同時對低強度自密實混凝土與“傳統(tǒng)”自密實混凝土的新拌性能和耐久性能進行對比．本文則重點觀察這種改性聚羧酸減水劑對低于50%機制砂替代河砂配制的低強度等級自密實混凝土的適應(yīng)性．

1 原材料及試驗方法

1．1 原材料

水泥:海螺P·O 42．5級水泥，標準稠度用水量 28．4%．

礦粉:寶田S95礦粉，主要性能指標見表2．

粉煤灰:石洞口Ⅱ級灰．

天然砂:細度模數(shù)為2．5

減水劑:改性聚羧酸減水劑Glenium 6＊＊＊，固含量14．68%;萘系減水劑Rheobuild561，固含量37．56%．

表1 水泥、粉煤灰、礦粉的化學(xué)組成

表2 礦粉的主要性能指標

表3 機制砂的主要性能指標

表4 混凝土配合比/(kg/m3)

1．2 試驗方案

保持每組混凝土0．45的水膠比不變，分別研究減水劑種類、機制砂與天然砂比例對自密實混凝土強度及碳化深度的影響．混凝土配合比見表4．

2 結(jié)果與討論

2．1 新拌混凝土的性能

本文研究了膠凝材料用量、人工砂和天然砂、減水劑種類對自密實混凝土坍落擴展度經(jīng)時損失的影響．(New PCE為改性聚羧酸減水劑，BNS為萘系減水劑)

圖1為改性聚羧酸減水劑與不同膠凝材料用量混凝土保坍性能的關(guān)系．從圖中可以看出，當膠凝材料用量從360kg/m3提高到380kg/m3時，新拌混凝土的擴展度由580mm提高到635mm，1h的坍落擴展度損失由90mm減小到70mm;說明在360～380kg/m3范圍內(nèi)增加混凝土的總膠用量，可以提高新拌混凝土的坍落擴展度，同時減小混凝土坍落擴展度經(jīng)時損失．

圖2為改性聚羧酸減水劑與不同機制砂摻量混凝土保坍性能的關(guān)系．從圖中可以看出，當機制砂摻量為35%時，新拌混凝土的擴展度由580mm下降到530mm，但1h的坍落擴展度損失由90mm減小到80mm;繼續(xù)增加機制砂摻量至50%，新拌混凝土的擴展度由580mm提高到610mm，1h的坍落擴展度損失由90mm上升到130mm;由此可見，35%機制砂取代天然砂對混凝土坍落擴展度損失影響不大，當機制砂摻量增加到50%時混凝土坍落擴展度損失會提高．

圖3為減水劑種類與混凝土保坍性能的關(guān)系．從圖中可以看出，使用萘系減水劑時，新拌混凝土的擴展度由580mm下降到455mm，1h的坍落擴展度損失由使用改性聚羧酸減水劑的90mm提高到255mm;結(jié)果表明改性聚羧酸減水劑的保坍性能遠優(yōu)于萘系減水劑．

圖1 改性聚羧酸減水劑與不同膠凝材料用量混凝土保坍性能的關(guān)系

圖2 改性聚羧酸減水劑與不同機制砂摻量混凝土保坍性能的關(guān)系

圖3 減水劑種類與混凝土保坍性能的關(guān)系

圖4 膠凝材料用量與混凝土抗壓強度的關(guān)系

圖5 砂與混凝土抗壓強度的關(guān)系

2．2 立方體抗壓強度

圖4為膠凝材料用量與混凝土抗壓強度的關(guān)系．從圖中可以看出，當膠凝材料用量從360kg/m3提高到380kg/m3時，混凝土3d強度提高1．5MPa，7d強度降低2．7MPa，28d到90d之間兩者強度相差不大．由此可見，相同水膠比條件下，360～380kg/m3范圍膠凝材料用量的提高可以提高混凝土3d前的抗壓強度，而對后期強度幾乎沒有影響．

圖5為砂的種類與混凝土抗壓強度的關(guān)系．從圖中可以看出，當機制砂摻量為35%時，7d之前強度均提高4．0MPa以上，之后強度基本相同，當機制砂摻量增加到50%時，混凝土各齡期強度稍有降低，但各齡期降幅均小于3．0MPa;由此可見，機制砂摻量在50%以下對于自密實混凝土強度幾乎沒有負面作用．

圖6 膠凝材料用量與混凝土碳化深度的關(guān)系

圖7 減水劑與混凝土碳化深度的關(guān)系

圖8 砂與混凝土碳化深度的關(guān)系

2．3 混凝土抗碳化性能

圖6為膠凝材料用量與混凝土碳化深度的關(guān)系．從圖中可以看出，當膠凝材料用量從360kg/m3提高到380kg/m3時，3～28d各齡期混凝土碳化深度均有提高，其中28d碳化深度提高了1．5mm，說明相同水膠比條件下，在360～380kg/m3范圍內(nèi)膠凝材料用量的增加會促進混凝土的碳化．

圖7為減水劑與混凝土碳化深度的關(guān)系．從圖中可以看出，3d時使用萘系減水劑和使用改性聚羧酸減水劑的混凝土碳化深度相當，7～28d時使用改性聚羧酸減水劑的混凝土碳化深度比使用萘系減水劑的混凝土低1mm;說明與萘系減水劑相比，改性聚羧酸減水劑各齡期抗碳化能力稍強．

圖8為砂的種類不同時混凝土碳化深度結(jié)果．從圖中可以看出，用天然砂拌制的混凝土3～28d各齡期碳化深度增加比較均勻，當機制砂摻量由35%提高到50%時，3～28d的混凝土碳化深度均增加了約0．5mm，但總體碳化深度都小于用天然砂配制的混凝土的碳化深度;由此可見，用低于50%的機制砂配制的自密實混凝土的抗碳化能力沒有下降．

3 結(jié)論

1)在360～380kg/m3范圍內(nèi)增加混凝土的總膠用量，可以提高C30新拌混凝土的坍落擴展度，同時減小混凝土坍落擴展度經(jīng)時損失;35%機制砂取代天然砂對自密實混凝土坍落擴展度損失幾乎沒有影響，50%機制砂的摻入會增加混凝土坍落擴展度損失;改性聚羧酸減水劑的保坍性能遠優(yōu)于萘系減水劑．

2)相同水膠比條件下，360～380kg/m3范圍膠凝材料用量的變化可以提高混凝土3d前的抗壓強度，而對后期強度幾乎沒有影響;機制砂摻量在50%以下對于自密實混凝土強度幾乎沒有影響．

3)相同水膠比條件下，在360～380kg/m3范圍內(nèi)膠凝材料用量的增加會促進混凝土的碳化;與萘系減水劑相比，改性聚羧酸減水劑各齡期抗碳化能力稍強;低于50%機制砂的摻入不會降低混凝土的抗碳化能力．

[1] OKAMURA Hajime，OUCHI Masahiro．Self－ compacting Concrete:Development，Present Use and Future[A]In:SKARENDAHL A，PETERSSON O eds．Proceedings of 1st International RILEM Symposium on Self－ compacting Concrete[C]．Paris:RILEM Publication SARL，1999:3 －14．

[2] 楊健英，吳慧華，Bruce Christensenl，等．智能動力混凝土——低強度普通混凝土高性能化的探索與實踐(一)[J]．混凝土，2009，(10)，47 －49．

[3] 閻培渝，阿茹罕，趙昕南．低膠凝材料用量的自密實混凝土[J]．混凝土，2011，(1)，1 －4．

[4] 楊健英，Bruce Christensen，李林，等．智能動力混凝土——低強度等級普通混凝土高性能化的探索與實踐(二)[J]．混凝土，2009，(12)，11 －14．