清水混凝土化學(xué)外加劑的復(fù)配及表觀試驗(yàn)研究

張遠(yuǎn)，甘戈金，王斌，李孟佳

（中建西部建設(shè)西南有限公司，四川 成都 610041）

清水混凝土是直接利用混凝土的原始狀態(tài)作為飾面效果的混凝土，它要求混凝土的外觀幾何尺寸精確，表面無(wú)明顯宏觀缺陷，使得混凝土的主體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出自然的清秀外觀[1]。近年來(lái)，隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ 169—2009《清水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的發(fā)布實(shí)施，規(guī)范了清水混凝土在設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量驗(yàn)收等方面的工作，使其在國(guó)內(nèi)得到了快速的發(fā)展。但與此同時(shí)也暴露出諸多的質(zhì)量問(wèn)題，如混凝土的表面氣泡多、色澤不均勻和表面微裂縫等，產(chǎn)生原因主要與混凝土拌合物的工作性能以及施工工藝有關(guān)[2-4]。因此，為優(yōu)化混凝土拌合物的工作性能，提高清水混凝土結(jié)構(gòu)物的表觀質(zhì)量，本試驗(yàn)針對(duì)所用原材料開(kāi)展了清水混凝土專用化學(xué)外加劑的復(fù)配及清水混凝土表觀試驗(yàn)的研究。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥采用重慶冀東 P·O42.5，超細(xì)粉煤灰（UFA）采用重慶珞璜電廠產(chǎn)品，化學(xué)組成見(jiàn)表 1；減水劑采用三個(gè)廠家（ZJ、XK、BSF）生產(chǎn)的減水型（J 型）和保坍型（B 型）聚羧酸母液，母液的固含量均為 50%；消泡劑采用某企業(yè)生產(chǎn)的非離子性聚醚消泡劑；粘度調(diào)節(jié)劑采用某企業(yè)生產(chǎn)的 N-I 型粘度改性劑。

表 1 膠凝材料的化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)以 C40 混凝土作為研究對(duì)象，采用水泥—超細(xì)灰二元膠材體系，混凝土設(shè)計(jì)容重為 2420kg/m3，清水混凝土的配合比見(jiàn)表 2?；炷涟韬衔锏墓ぷ餍阅芎土W(xué)性能分別按照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。試驗(yàn)中，減水劑摻量為減水劑與膠材總量的質(zhì)量百分比，消泡劑和粘度改性劑的摻量為兩者與減水劑的質(zhì)量百分比。

表 2 C40 清水混凝土配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 清水混凝土專用化學(xué)外加劑的復(fù)配研究

2.1.1 減水劑母液與水泥的適應(yīng)性

表 3 和圖 1 為不同減水型（J 型）聚羧酸母液摻量下水泥漿體的流動(dòng)度?？梢钥闯?，三種母液在摻量為0.6%～1.0% 時(shí)，ZJ-J 型母液凈漿的流動(dòng)度明顯大于其余兩種，說(shuō)明了 ZJ-J 型母液與試驗(yàn)水泥的適應(yīng)性較其余兩種更好。表 4 為不同 B 摻量下水泥凈漿的流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果。由表 4 可以看出，隨著保坍型母液摻量的增加，水泥凈漿的 1h 流動(dòng)度逐漸增大，對(duì)比三種保坍母液，ZJ-B 型母液凈漿的 1h 流動(dòng)度增幅最高，達(dá)到 40%以上，說(shuō)明在試驗(yàn)水泥中，ZJ-B 型母液的保坍效果最好。因此，后續(xù)外加劑的復(fù)配試驗(yàn)將基于 ZJ-J 和 ZJ-B型母液進(jìn)行。

表 3 不同 J 摻量下水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果

2.1.2 消泡劑對(duì)清水混凝土性能的影響

前期試驗(yàn)結(jié)果表明，ZJ-J 型母液和 ZJ-B 型母液的摻入比例為 8:3 時(shí)，減水劑在由試驗(yàn)原材料所配制的混凝土中具有較好的減水與保坍性能。因此本次試驗(yàn)，減水劑是由兩種母液在此比例下與消泡劑復(fù)配而成，其中消泡劑的摻量分別為 1‰、2‰ 和 3‰。

圖 1 不同 J 摻量下水泥凈漿流動(dòng)度曲線

消泡劑對(duì)混凝土性能的影響結(jié)果見(jiàn)表 5 所示。圖 2和圖 3 分別為消泡劑對(duì)混凝土工作性和力學(xué)性能的影響。由圖 2 可知，在同等條件下混凝土拌合物的初始流動(dòng)度隨著消泡劑摻量的增加而逐漸增大，3h 流動(dòng)度損失則逐漸減小。分析認(rèn)為，混凝土拌合物的工作性能與含氣量存在一定關(guān)系，適量的氣泡有利于改善混凝土拌合物的和易性，但含氣量過(guò)高反而會(huì)降低混凝土的流動(dòng)度，摻入消泡劑后，在消除拌合物中對(duì)工作性能不利的大氣泡的同時(shí)，仍保留了部分對(duì)工作性能有利的小氣泡，因此拌合物的流動(dòng)度增大，3h 流動(dòng)度損失減小。在力學(xué)性能方面，由于消泡劑的摻入不僅降低了混凝土拌合物的含氣量，增加了混凝土的密實(shí)度，還消除了對(duì)強(qiáng)度不利的大氣泡。正如圖 3 所示，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著消泡劑摻量的增加而逐漸增大，當(dāng)消泡劑的摻量為3‰ 時(shí)，混凝土的 28d 強(qiáng)度達(dá)到了空白樣的 112.8%。但在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在消泡劑摻量為 3‰ 時(shí)，由于混凝土的含氣量過(guò)低，拌合物的包裹性明顯變差，在其四周出現(xiàn)了輕微的泌漿現(xiàn)象。因此，綜合考慮消泡劑對(duì)混凝土工作性能的影響，本次試驗(yàn)消泡劑在減水劑中的最佳摻量不宜超過(guò) 2‰。

表 5 摻入消泡劑后混凝土性能測(cè)試結(jié)果

表 4 不同 B 摻量下水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果

圖 2 消泡劑對(duì)混凝土拌合物流動(dòng)度的影響

圖 3 消泡劑對(duì)混凝土拌合物抗壓強(qiáng)度的影響

2.1.3 粘度改性劑對(duì)清水混凝土性能的影響

為了提高混凝土的強(qiáng)度，目前主要的技術(shù)手段是摻入高性能減水劑來(lái)降低混凝土的水膠比，但同時(shí)導(dǎo)致了混凝土粘度的增加。對(duì)于清水混凝土而言，拌合物粘度的增加導(dǎo)致了其內(nèi)部氣泡在振搗過(guò)程中不易排出，從而在混凝土表面形成氣泡。當(dāng)然導(dǎo)致混凝土拌合物的粘度大有多方面的因素，如原材料質(zhì)量、配合比設(shè)計(jì)、外加劑等，本試驗(yàn)主要是從外加劑的角度研究粘度改性劑對(duì)混凝土拌合物的粘度以及力學(xué)性能的影響?；?2.1.2的研究結(jié)果，試驗(yàn)用減水劑中消泡劑摻量為 2‰，粘度調(diào)節(jié)劑的摻量分別為 0.8%、1.0%、1.2% 和 1.5%，測(cè)試消泡劑摻量對(duì)混凝土性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表 6。

本試驗(yàn)，混凝土的粘度是通過(guò)倒坍落度桶內(nèi)混凝土拌合物的排空時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)，圖 4 為粘度調(diào)節(jié)劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響曲線。由表 7 可以看出，摻入粘度調(diào)節(jié)劑對(duì)混凝土拌合物的流動(dòng)度和含氣量的影響不大，在0.8%～1.5% 的摻量范圍內(nèi)，混凝土拌合物的流動(dòng)度與基準(zhǔn)組相近，均在 (600±10)mm 以內(nèi)，含氣量在 1.6%左右，但可顯著降低混凝土拌合物的粘度，當(dāng)粘度調(diào)節(jié)劑摻量為 1.2% 時(shí)，倒坍落度桶內(nèi)混凝土拌合物的排空時(shí)間僅為 2.7s，較基準(zhǔn)組降低 2.1s，而且拌合物的包裹性明顯好于基準(zhǔn)組。在力學(xué)性能方面，摻入粘度改性劑后，對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度并未出現(xiàn)不利影響，相反在摻量為 1.0%～1.2% 時(shí)，28d 抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組還略微有所增加，這是由于本試驗(yàn)所采用的 N-I 型粘度調(diào)節(jié)劑具有豐富的支鏈結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的吸附性能，相較于多數(shù)粘度調(diào)節(jié)劑通過(guò)引氣來(lái)達(dá)到降粘的效果，這種粘度調(diào)節(jié)劑是通過(guò)分子自身的多支鏈結(jié)構(gòu)，使其在水泥顆粒表面的吸附厚度增加，降低屈服應(yīng)力，可在不增加含氣量的情況下降低拌合物的粘度。綜合考慮，本次試驗(yàn)粘度改性劑在減水劑中的最佳摻量為 1.2%。

表 6 粘度改性劑對(duì)混凝土性能影響試驗(yàn)結(jié)果

圖 4 粘度調(diào)節(jié)劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

2.2 清水混凝土的表觀試驗(yàn)研究

2.2.1 脫模劑對(duì)清水混凝土表觀質(zhì)量的影響

本試驗(yàn)采用的是水性脫模劑，其特點(diǎn)是經(jīng)乳化可在模板表面形成一層光滑堅(jiān)硬的涂膜，由于它與混凝土表面的附著力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于與模板的附著力，因此混凝土硬化后可在模板表面自由地滑動(dòng)，從而形成非常光潔且如鏡面的產(chǎn)品表面。基于 2.1 的試驗(yàn)結(jié)果，清水混凝土外加劑的配方組成如表 7 所示。脫模劑選擇了國(guó)內(nèi)外知名品牌的三種水性脫模劑，分別用 A、B、C 表示，采用500mm×400mm×150mm 的鋼模成型，脫模劑采用涂刷的方式。須注意的是水性脫模劑切勿涂刷過(guò)多，否則會(huì)出現(xiàn)掛珠破乳后下流（如圖 5 所示），清水混凝土脫模后表面會(huì)出現(xiàn)波浪狀斑痕。混凝土試件采用振搗棒分兩層振搗成型，試驗(yàn)過(guò)程保證各對(duì)比組的振搗方式及時(shí)間一致（60s），控制混凝土的流動(dòng)度在 (580±10)mm之間，混凝土成型 1d 后脫模，三種脫模劑的脫模效果見(jiàn)圖 6。

表 7 清水混凝土減水劑配方 %

圖 5 水性脫模劑涂刷過(guò)多的狀態(tài)

圖 6 三種脫模劑的側(cè)面脫模效果圖

從圖 6 可以看出，水性脫模劑 B 的側(cè)面脫模效果最好，整個(gè)表面平整光亮、色澤均勻、棱角平直、幾乎無(wú)可見(jiàn)氣泡，其次是脫模劑 A，僅在試樣中部出現(xiàn)少量微小氣泡；脫模劑 C 的使用效果較差，在試樣的下部出現(xiàn)了大量氣泡。但三種脫模劑均未出現(xiàn)模板沾帶混凝土的情況，說(shuō)明了成膜效果均較好。

2.2.2 振搗方式對(duì)清水混凝土表觀效果的影響

為了考察混凝土振搗方式對(duì)其表觀質(zhì)量的影響，本次試驗(yàn)采用兩種振搗方式：（1）一次分兩層振搗成型，每層振搗時(shí)間 60s；（2）二次振搗成型，即按（1）成型 2h 后進(jìn)行二次振搗。為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)振搗方式對(duì)清水混凝土表觀質(zhì)量的影響，本試驗(yàn)選擇 2.2.1 中使用效果較差的脫模劑 C 開(kāi)展相關(guān)研究。不同振搗方式混凝土的脫模效果見(jiàn)圖 7。

由圖 7 可以看出，二次振搗可以明顯減少混凝土表面的氣泡含量。采用一次振搗成型時(shí)（見(jiàn)圖 7a），混凝土的中下部存在大量氣泡，而二次振搗后，中下部的氣泡含量明顯減少（見(jiàn)圖 7b），試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，混凝土在一次振搗 60s 后，表面會(huì)出現(xiàn)薄層浮漿，此時(shí)幾乎再無(wú)氣泡從內(nèi)排出，但靜止 2h 后，二次振搗時(shí)發(fā)現(xiàn)表面再次出現(xiàn)大量氣泡，說(shuō)明了經(jīng)過(guò)一次振搗后，在混凝土拌合物內(nèi)部仍存在大量氣泡未排出，它們可能仍吸附在模板表面，靜止一段時(shí)間后，發(fā)生集聚形成大氣泡，如不進(jìn)行二次振搗，這些大氣泡將遺留在混凝土表面，從而影響清水混凝土的表觀質(zhì)量。

圖 7 不同振搗方式混凝土的表觀效果圖

4 結(jié)論

（1）ZJ 減水劑母液與試驗(yàn)水泥的適應(yīng)性最好，相同摻量下水泥漿體的初始流動(dòng)度最大，1h 流動(dòng)度放大率最高；聚醚類消泡劑在減水劑中的摻量不宜超過(guò)2‰，在此摻量范圍內(nèi)，不僅可以提高混凝土拌合物的初始流動(dòng)度，增加混凝土的抗壓強(qiáng)度，而且還可以減小拌合物 3h 流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失；摻入 N-I 型粘度改性劑后，混凝土的含氣量及抗壓強(qiáng)度并未發(fā)生明顯變化，但顯著降低了拌合物的粘度。

（2）對(duì)比研究了三種水性脫模劑對(duì)混凝土表觀效果的影響，其中水性脫模劑 B 的側(cè)面脫模效果最好，表面幾乎無(wú)可見(jiàn)氣泡。通過(guò)對(duì)不同振搗方式對(duì)混凝土表觀效果的影響研究后，發(fā)現(xiàn)二次振搗可以有效減少混凝土表面的氣孔含量，改善其表觀質(zhì)量。