聚羧酸系減水劑對(duì)活性粉末混凝土性能的影響

黃春霞

摘 要：研究聚羧酸系減水劑摻量對(duì)活性粉末混凝土性能的影響。試驗(yàn)采用單因素對(duì)照試驗(yàn)的方法進(jìn)行活性粉末混凝土（RPC）配合比設(shè)計(jì)，測(cè)定其坍落度、流動(dòng)度等工作性能，且將其在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下分別養(yǎng)護(hù)7、28 d，測(cè)定其抗壓強(qiáng)度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)水膠比為0.25，聚羧酸系減水劑的摻量為1.14%時(shí)，活性粉末混凝土的工作性能與力學(xué)性能最佳。

關(guān)鍵詞：聚羧酸系減水劑;活性粉末混凝土;水膠比;養(yǎng)護(hù)時(shí)間;抗拉強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TU528.31 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2022）02-0116-04

聚羧酸減水劑是20世紀(jì)80年代初日本率先研制的一種具有摻量低、減水率高、保坍性好的高性能減水劑，目前在公路、橋梁、高層建筑等混凝土工程中廣泛使用[1]。有學(xué)者通過(guò)摻加高效減水劑，配制出適合預(yù)制混凝土構(gòu)件的快速蒸汽養(yǎng)護(hù)制度的超高強(qiáng)混凝土[2];優(yōu)化復(fù)合礦物摻合料和高性能聚羧酸外加劑，使配置的混凝土具有高強(qiáng)、高性能和高體積穩(wěn)定性[3]。研究聚羧酸減水劑對(duì)于活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，簡(jiǎn)稱RPC）的性能影響的較少。

活性粉末混凝土是在1993年由法國(guó)Bouygues公司Richard等研制的一種新型水泥復(fù)合基材料[4]。這種材料將水泥、硅灰、石英砂、高效減水劑和鋼纖維按一定配合比配制，并通過(guò)高溫、高壓或熱水等養(yǎng)護(hù)方式形成的高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性的混凝土[5]。RPC的問(wèn)世為解決混凝土建筑物或構(gòu)筑物遭受腐蝕、凍融破壞、碳化等導(dǎo)致保護(hù)層剝落、鋼筋銹蝕等耐久性問(wèn)題提供了新的思路[6]。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)RPC的配合比設(shè)計(jì)理論和試驗(yàn)方法等做了較多的研究，但是大多試驗(yàn)中活性粉末混凝土的水膠比較低，與普通混凝土相比，攪拌和成型難度較大。研究大多注重活性粉末混凝土養(yǎng)護(hù)方式的改進(jìn)與強(qiáng)度的提高，忽視了混凝土工作性能方面的研究，缺乏較為系統(tǒng)、全面的減水劑對(duì)活性粉末混凝土工作性能與力學(xué)性能的影響分析。本文基于單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究了4種摻量的聚羧酸系減水劑對(duì)活性粉末混凝土強(qiáng)度及工作性能的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 原材料

水泥：P · O42.5普通硅酸鹽水泥;礦粉：S95礦粉;鋼纖維：直徑0.22 mm，長(zhǎng)度13 mm，長(zhǎng)徑比60，表觀密度7 854 kg/m3;拌和水為自來(lái)水。

石英砂、硅灰（平均粒徑為0.1～0.3 μm，細(xì)度小于1 μm的占80%以上）和粉煤灰（顆粒形狀為標(biāo)準(zhǔn)球形，球體密度為2.5 kg/cm3，堆積密度為0.7 kg/cm3，顏色為灰白色，觸變指數(shù)為8）的成分如表1所示。高效減水劑：用量為膠凝材料的0.8%～1.2%，減水率25%，其均勻性指標(biāo)見表2。

1.2 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用單因素對(duì)比試驗(yàn)的方法將整個(gè)試驗(yàn)分為2個(gè)組。A組水膠比為0.25，減水劑摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別為0.91%、1.00%、1.14%和1.36% 4個(gè)水平;B組水膠比分別為0.22、0.25、0.28，減水劑摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）均為1.14%。配合比中鋼纖維摻量為體積分?jǐn)?shù)，其余為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。各組配合比如表3所示。

1.3 拌合物的制備與養(yǎng)護(hù)

參照GB/T 31387—2015《活性粉末混凝土標(biāo)準(zhǔn)》的要求，使用HJW-30強(qiáng)制式單臥軸混凝土攪拌機(jī)。攪拌時(shí)，先投入石英砂、鋼纖維，預(yù)攪拌2.5 min;當(dāng)加入水泥、礦粉、粉煤灰、硅灰后，再攪拌2.5 min。然后將減水劑與水混合均勻，分兩次加入混合材料中，攪拌5 min。采用分批次加入材料的方法可有效減少鋼纖維抱團(tuán)現(xiàn)象。

將材料拌合后，先測(cè)定活性粉末混凝土的坍落度，再測(cè)定流動(dòng)度及維勃稠度，最后將混凝土澆筑于100 mm×100 mm×100 mm的立方體試模中，并置于振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)2 min后，用刮刀將模具表面多余混凝土刮除，置于養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)24 h后，拆模，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。本次試驗(yàn)養(yǎng)護(hù)方式采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，即溫度為（20±2） ℃，相對(duì)濕度為95%。1.4 工作性能與強(qiáng)度的測(cè)定

參照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定混凝土的坍落度、維勃稠度與流動(dòng)度;試件分別養(yǎng)護(hù)7 d與28 d后，參照GB/T 50107—2010《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定混凝土試塊的強(qiáng)度，每組3個(gè)試塊，其平均值作為該組試塊的抗壓強(qiáng)度，測(cè)定結(jié)果如表4所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 減水劑摻量對(duì)RPC工作性能的影響

由圖1可知，當(dāng)水膠比為0.25時(shí)，隨著減水劑摻量的增加，RPC的維勃稠度明顯減小;坍落度和流動(dòng)度呈現(xiàn)先明顯增加，后緩慢增加的趨勢(shì)，流動(dòng)性明顯改善。說(shuō)明隨著減水劑摻量的增加，RPC拌合物吸附了減水劑，使水泥顆粒更好的分散，絮凝結(jié)構(gòu)解體，釋放出被包裹的水。同時(shí)，水泥顆粒表面的減水劑吸附膜與水分子形成穩(wěn)定的水膜，降低水泥顆粒間的滑動(dòng)阻力，從而使RPC拌合物的流動(dòng)性和坍落度增大[7]。當(dāng)減水劑摻量大于等于1.14%時(shí)，減水劑摻量逐漸接近膠凝材料的飽和吸附量;因此，隨著減水劑摻量的繼續(xù)增加，釋放的自由水量變化較小，從而使其流動(dòng)度、坍落度等工作性能變化較小。

2.2 減水劑摻量對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的影響

有學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，減水劑摻量為1%時(shí)，混凝土性能最優(yōu)[8];但也有學(xué)者試驗(yàn)得出的最佳減水劑摻量為2%[6]。本次試驗(yàn)試配時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水膠比為0.25，減水劑摻量超過(guò)1.36%時(shí)，混凝土沁水離析較嚴(yán)重因此設(shè)計(jì)配合比時(shí)，將減水劑摻量設(shè)計(jì)為4個(gè)水平：0.91%、1.00%、1.14%和1.36% 。

由表4及圖2可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混凝土水膠比為0.25時(shí)，隨著減水劑摻量的增加，混凝土7、28 d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)摻量為1.14%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大;當(dāng)摻量為大于1.14%時(shí)，抗壓強(qiáng)度減小。gzslib202204012259

2.3 水膠比對(duì)RPC工作性能的影響

分析B組試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)減水劑摻量為1.14%時(shí)，隨著水膠比的增大，活性粉末混凝土的維勃稠度逐漸降低，坍落度與流動(dòng)度均逐漸增大。表明增大水膠比可以有效地提高RPC的流動(dòng)度、坍落度和維勃稠度等工作性能。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，RPC的工作性能雖然隨著水膠比的增大發(fā)生變化，但變化的幅度不一樣。當(dāng)水膠比小于0.25時(shí)，維勃稠度、坍落度與流動(dòng)度變化較快;而當(dāng)水膠比大于0.25時(shí)，維勃稠度、坍落度與流動(dòng)度變化較緩慢，說(shuō)明水膠比對(duì)RPC工作性能的影響存在最佳值。但當(dāng)超過(guò)最佳水膠比時(shí)，對(duì)RPC工作性能的改善意義不是很大。

目前混凝土多采用泵送施工，對(duì)于泵送混凝土來(lái)說(shuō)，混凝土能否達(dá)到良好的泵送效果，適宜的流動(dòng)度等工作性能是關(guān)鍵。通過(guò)分析可知，當(dāng)減水劑摻量為1.14%，水膠比為0.25時(shí)，RPC具有良好的工作性能。

2.4 水膠比對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的影響

圖4為水膠比與7、28 d抗壓強(qiáng)度的關(guān)系圖。

從圖4中可以看出，RPC的抗壓強(qiáng)度隨著水膠比的增加而先增大后減小，表明水膠比是影響RPC抗壓強(qiáng)度的主要因素之一。7 d時(shí)0.22水膠比的抗壓強(qiáng)度為70.9 MPa，0.25水膠比的抗壓強(qiáng)度為95.5 MPa，0.28水膠比的抗壓強(qiáng)度為62.9 MPa;28 d時(shí)0.22水膠比的抗壓強(qiáng)度為102.2 MPa，0.25水膠比的抗壓強(qiáng)度為115.7 MPa，0.28水膠比的抗壓強(qiáng)度為109.5 MPa。

當(dāng)水膠比為0.25時(shí)，該組試驗(yàn)的抗壓強(qiáng)度值最高。經(jīng)分析，當(dāng)水膠比為0.22時(shí)，試件中的自由水含量較少，活性材料的活性難以充分發(fā)揮，使其后期強(qiáng)度無(wú)法充分發(fā)揮;而當(dāng)水膠比增大至0.28時(shí)，自由水含量過(guò)大，試塊成型后，基體孔隙率過(guò)大而導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度下降。因此，0.25是較為適宜的水膠比。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）當(dāng)水膠比為0.25時(shí)，RPC的工作性能隨著減水劑摻量的增大而得到改善，但存在最佳摻量;同時(shí)，RPC的抗壓強(qiáng)度隨著減水劑摻量的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);

（2）當(dāng)減水劑摻量為1.14%時(shí)，RPC的工作性能隨著水膠比的增大先明顯改善后緩慢增加;抗壓強(qiáng)度隨著水膠比的增大先增加后減小;

綜上所述，本次試驗(yàn)的最佳配合比為A-3（B-2），即水膠比為0.25，減水劑摻量為1.14%。

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