脂肪族減水劑對C40混凝土的改性作用研究

耿 國 帥

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

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脂肪族減水劑對C40混凝土的改性作用研究

耿 國 帥

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

結(jié)合南京市緯三路過江通道工程，在C40混凝土原始配合比基礎(chǔ)上進(jìn)行對比試驗(yàn)，研究不同摻量脂肪族減水劑對混凝土坍落度、坍落度經(jīng)時損失以及抗壓強(qiáng)度的影響，以充分發(fā)揮脂肪族高效減水劑的改性作用。

脂肪族減水劑，坍落度，混凝土強(qiáng)度，最優(yōu)摻量

隨著建筑工程的發(fā)展，混凝土技術(shù)的提高和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，外加劑已成為混凝土使用過程中不可缺少的組成材料，而減水劑則被公認(rèn)為是繼鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)之后的第三次技術(shù)飛躍。減水劑對水泥顆粒有吸附分散作用、潤滑作用和濕潤作用,只要摻加很少量，就能使新拌混凝土的工作性顯著改善，在坍落度基本相同的條件下，通過減少拌合用水量，減小水膠比，以達(dá)到增加混凝土強(qiáng)度和改善其耐久性的目的。

其中脂肪族減水劑是在20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種高效減水劑,是以丙酮和甲醛為原料合成的水溶性磺化丙酮—甲醛縮合物(簡稱SAF)，其分子鏈中含有磺酸基親水基團(tuán)。由于對水的表面張力影響較小，所以SAF作為一種非引氣的高效減水劑，具有減水率高、含氣量低的特點(diǎn)，同時冬天無結(jié)晶沉淀現(xiàn)象，對鋼筋無銹蝕作用，有利于制備高強(qiáng)、高性能混凝土。南京市緯三路過江通道盾構(gòu)段在江中段采用雙層盾構(gòu)，盾構(gòu)直徑為14.5 m，內(nèi)設(shè)上下層雙向四車道；隧道主體C40混凝土主要用于立柱、縱梁、側(cè)墻、防撞側(cè)石以及排煙通道底板的現(xiàn)場澆筑，要求混凝土強(qiáng)度與和易性的良好統(tǒng)一，同時控制坍落度的經(jīng)時損失。本文在C40混凝土的配合比基礎(chǔ)上，擬從SAF最優(yōu)摻量的選取以及對混凝土拌合物坍落度經(jīng)時損失和抗壓強(qiáng)度的影響兩個角度出發(fā)，以便充分發(fā)揮SAF的改性作用，重視其在實(shí)際應(yīng)用過程中的摻量與性能的研究，所采用的試驗(yàn)方法與所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)對SAF在隧道工程中的推廣應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

1 試驗(yàn)材料

1)水泥:盤固牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度54.2 MPa，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為26.5%；2)細(xì)集料:江西贛江砂,Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6,含泥量為1.4%，泥塊含量為0；3)粗集料:和縣卓廟鄉(xiāng)中山石料廠碎石，采用連續(xù)級配，摻配比例為小碎石(4.75 mm～16 mm)20%，大碎石(16 mm～26.5 mm)80%，含泥量為0.7%，泥塊含量為0；4)粉煤灰：南京化電粉煤灰有限公司規(guī)格Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度為15.3%，含水率為0.1%，無潮濕結(jié)塊；5)外加劑：江蘇百瑞吉新材料有限公司BRJ-Y2脂肪族高效減水劑，固質(zhì)量為40%，推薦摻量為1%～2%；6)C40混凝土配合比：未摻加減水劑的情況下,水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶水=411∶56∶695∶1 043∶210，水膠比為0.45，坍落度為170 mm。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

所選脂肪族高效減水劑為液體，根據(jù)廠家推薦摻量設(shè)定摻量上下限數(shù)值，并以0.2%為階段間距分為六組進(jìn)行對比試驗(yàn)，另設(shè)立不摻加減水劑的空白試驗(yàn)組，試驗(yàn)編號為0，如表1所示。

首先通過水泥凈漿試驗(yàn)計(jì)算不同摻量下各組減水率；然后結(jié)合隧道主體用C40混凝土，根據(jù)減水率確定用水量，測定并記錄各組新拌混凝土的初始坍落度及坍落度經(jīng)時損失；每個摻量制作兩組標(biāo)準(zhǔn)試塊，分別養(yǎng)護(hù)7 d，28 d齡期，并進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，記錄各組強(qiáng)度值。綜合分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定SAF的最優(yōu)摻量范圍。

3 試驗(yàn)步驟

3.1 水泥凈漿試驗(yàn)

按GB/T 1346—2001水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時間安定性測定方法的標(biāo)準(zhǔn)法對水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量進(jìn)行驗(yàn)證，用不變水量法測定加入不同摻量減水劑時水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，并計(jì)算各試驗(yàn)組減水率。1)稱量水泥500 g，倒入凈漿攪拌機(jī)鍋內(nèi)，準(zhǔn)確稱取加水量132.5 g，進(jìn)行拌合，用水量應(yīng)能使試桿沉入水泥凈漿并距底板6 mm±1 mm，確定未摻加減水劑時標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為26.5%。2)保持水泥量500 g不變，按減水劑的摻量準(zhǔn)確稱取，與水一同加入，攪拌完畢裝模后，用維卡儀測定試錐下沉深度s，根據(jù)公式：p=33.4-0.185s,計(jì)算不同摻量減水劑對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量p，結(jié)果精確到一位小數(shù)。3)計(jì)算各組減水率，結(jié)果精確到一位小數(shù)。按測定的減水率計(jì)算各組摻加減水劑的500 g水泥的實(shí)際用水量，準(zhǔn)確稱量后進(jìn)行拌合，驗(yàn)證是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)凈漿稠度。4)若減水率超過15%，可預(yù)先扣減15%加水量，如表1中4組，5組，6組試驗(yàn)，最后將測得的減水率加上15%，即為外加劑的減水率，這樣做可以減小試驗(yàn)誤差。

表1 各組水泥凈漿減水率測定

3.2 混凝土試驗(yàn)

在未摻加減水劑C40混凝土的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同摻量SAF的減水率(考慮組細(xì)集料的吸水，混凝土拌制過程中的減水率通常比水泥凈漿中減水率小1%～2%)，經(jīng)多次試配確定水灰比，將坍落度控制在170 mm～180 mm范圍內(nèi)，每組拌制25 L混凝土，測定各組混凝土初始坍落度及經(jīng)時損失，制作標(biāo)準(zhǔn)試塊，養(yǎng)護(hù)不同齡期后測定抗壓強(qiáng)度值。

1)按照GB/T 50080—2002普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的方法，用坍落度儀測定各組新拌混凝土的初始坍落度，拌制完成后1 h內(nèi)，間隔20 min測定一次坍落度經(jīng)時損失，精確到5 mm，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。

2)將不同摻量的拌合物制成尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試塊各兩組，放入溫度為20 ℃±2 ℃、濕度為95%以上的養(yǎng)護(hù)室分別養(yǎng)護(hù)7 d和28 d，到齡期后按《水泥混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行混凝土試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。記錄試驗(yàn)結(jié)果，精確至0.1 MPa。

4 試驗(yàn)分析

4.1 SAF摻量對減水率的影響

如圖1所示，在試驗(yàn)研究范圍內(nèi)，隨著減水劑摻量的增加，減水率逐漸提高。摻量在1.0%～1.8%范圍內(nèi)，水泥凈漿的分散性明顯提高，減水率大幅提升；當(dāng)減水劑摻量大于1.8%時，繼續(xù)增加減水劑摻量，對水泥漿的分散性提高不明顯，增加0.2%的摻量后,減水率只能增加0.5%，說明摻量在1.8%以上時，SAF中的陰離子表面活性基團(tuán)在水泥顆粒表面上的吸附已經(jīng)趨于飽和吸附點(diǎn)。因此摻量大于1.8%時，不能充分發(fā)揮SAF的減水效果。

以SAF的摻量與其對應(yīng)的減水率作為數(shù)據(jù)源，將減水劑摻量作為自變量X，對應(yīng)的減水率作為因變量Y，如圖2所示，建立指數(shù)函數(shù)回歸曲線，回歸方程為：

如表2所示，其中A=-54.8，B=1.03，C=34.2，擬合曲線的可決系數(shù)R2=0.980，大于0.8，說明曲線擬合優(yōu)度較好，應(yīng)用回歸分析模擬摻量與減水率之間的關(guān)系具有合理性，在實(shí)踐應(yīng)用中降低了減水劑摻量選取的盲目性，具有推廣意義。

表2 指數(shù)回歸函數(shù)參數(shù)值

4.2 SAF摻量對坍落度和抗壓強(qiáng)度的影響

1)如表3所示，在C40混凝土中加入不同摻量SAF，根據(jù)減水率適當(dāng)降低用水量后，新拌混凝土坍落度經(jīng)時損失有所增加。主要是由于脂肪族減水劑與水泥的適應(yīng)性不夠理想，其次是加入減水劑后，用水量減少，在環(huán)境中水分揮發(fā)，同時游離水逐漸轉(zhuǎn)化為水化產(chǎn)物的結(jié)合水，導(dǎo)致坍落度經(jīng)時損失增加。減水劑摻量越大,用水量越少，坍落度經(jīng)時損失就越明顯。同一摻量的試驗(yàn)組，坍落度損失隨時間呈遞增關(guān)系。

2)對比空白試驗(yàn)組，SAF的摻加對混凝土早期強(qiáng)度增長非常有利，1組～6組7 d齡期的抗壓強(qiáng)度值由28 d齡期強(qiáng)度值的60%增長到70%以上，第5組7 d強(qiáng)度值甚至可以達(dá)到28 d齡期的78%。同時混凝土后期強(qiáng)度也有不同程度的增長，減水劑摻量越大，28 d齡期抗壓強(qiáng)度值越高。這是由于減水劑摻量增加，拌制混凝土用水量相應(yīng)減小，拌合物中水灰比降低，使抗壓強(qiáng)度不同程度提高。

表3 各組混凝土坍落度經(jīng)時損失與抗壓強(qiáng)度測定

5 結(jié)語

從施工角度考慮，為了方便現(xiàn)場澆筑，要求混凝土坍落度在140 mm～180 mm范圍內(nèi)，考慮從拌制完成到現(xiàn)場澆筑的時間，1 h之內(nèi)的坍落度應(yīng)保持在140 mm以上。如欲進(jìn)一步提升混凝土的保坍性能，SAF還需配合其他減水劑使用以提升與水泥的適應(yīng)性，在充分發(fā)揮其減水作用的同時減小坍落度經(jīng)時損失，優(yōu)化混凝土和易性。

從質(zhì)量角度考慮，要求28 d抗壓強(qiáng)度在50 MPa以上，如表3所示，減水劑摻量大于1.4%時，3組～6組拌制的混凝土試塊均能滿足該強(qiáng)度要求。隧道主體混凝土抗壓強(qiáng)度值應(yīng)盡可能提高，所以SAF摻量的選擇上應(yīng)盡量偏大。

從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，在試驗(yàn)研究摻量范圍內(nèi)，減水率隨著SAF摻量的增加持續(xù)增長，當(dāng)摻量高于1.8%時，由于離子趨于飽和，減水率增長不明顯，SAF不能充分發(fā)揮其改性作用，造成一定程度的浪費(fèi)。

綜合施工、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)三個方面分析，對于隧道主體用C40混凝土，SAF的最優(yōu)摻量范圍為1.6%～1.8%。合理選擇外加劑的摻量，充分利用SAF的改性作用，對于配制高性能混凝土具有極大的應(yīng)用價(jià)值，對于實(shí)現(xiàn)工程綜合效益最大化有著重要意義。

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Study of aliphatic water reducer’s performance for C40 concrete

Geng Guoshuai

(CCCCTunnelEngineeringCo.，Ltd,Beijing100088，China)

According to the tunnel crossing river of Weft Three Road in Nanjing, based on mix proportion of C40 concrete, this paper which employs contrast test, shows that different percent of aliphatic admixture produce different effect on concrete slump, slump constant loss and compressive strength. In order to develop the ability of aliphatic efficient admixture as completely as possible.

aliphatic admixture, slump, concrete strength, optimal content

1009-6825(2015)01-0117-02

2014-10-27

耿國帥(1990- )，男，助理工程師

TU528.042

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