不同減水劑對混凝土性能影響的試驗研究

周灝川

（濟(jì)南市人防建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，道路、橋梁和民用建筑等工程不斷增多，水泥混凝土是這些工程廣泛應(yīng)用的人造石材之一[1]。當(dāng)前，混凝土正朝著高性能方向發(fā)展，外加劑包括減水劑已經(jīng)成為其不可或缺的重要成分[2]。減水劑的加入可以在不影響混凝土和易性的基礎(chǔ)上，減少混凝土拌和用水量，并保持坍落度基本不損失，達(dá)到泵送等施工要求[3]。減水劑的摻加不僅可以改善混凝土的坍落度、含氣量、泌水率、凝結(jié)時間等工作性能，還可適當(dāng)增加其抗壓強(qiáng)度。葛新文等研究發(fā)現(xiàn)，減水劑對混凝土拌合物坍落度具有明顯增大作用。鑒于建設(shè)工程對高性能混凝土有著廣泛需求，本文就不同種類及摻量的減水劑對混凝土性能的影響進(jìn)行研究，以供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

（1）水泥：P·O42.5級水泥，其化學(xué)組成如表1所示。

（2）集料：粗集料為5～25mm粒徑的碎石，細(xì)集料選用中砂，其技術(shù)指標(biāo)分別如表2、表3所示。

表2 碎石技術(shù)指標(biāo)

表3 中砂技術(shù)指標(biāo)

（3）拌合水：自來水。

（4）減水劑：選用萘系、脂肪族及聚羧酸類三種減水劑，其物理指標(biāo)如表4所示。

表4 三種減水劑的物理指標(biāo)

1.2 試驗方法

（1）混凝土配合比。本文為探究不同類型及摻量的減水劑對混凝土性能的影響，確保水灰比、砂率等其它因素不會對混凝土性能產(chǎn)生影響，針對減水劑對混凝土性能影響進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計，其配合比如表5所示（其中N、Z、J 分別為萘系、脂肪族及聚羧酸類三種減水劑縮寫）。

表5 混凝土配合比

（2）測量內(nèi)容。依照表5各組混凝土配合比配置混凝土，參照相關(guān)規(guī)范，分別測定拌合完成后的坍落度、泌水率、凝結(jié)時間等工作性能以及養(yǎng)護(hù)成型后不同齡期的各組混凝土的抗壓強(qiáng)度。

本試驗用到的試驗儀器如表6所示。

表6 試驗儀器

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 混凝土的工作性能

利用上述儀器測得的各組混凝土的工作性試驗結(jié)果如表7所示。

表7 各組混凝土工作性試驗結(jié)果

（1）坍落度。依據(jù)表7繪制坍落度柱狀圖，見圖1。

圖1 各組混凝土坍落度

由圖1 可知，各組混凝土的坍落度范圍處于165±10mm，滿足泵送的要求。相較于對照組，添加減水劑的各組混凝土的坍落度總體呈現(xiàn)增大趨勢，聚羧酸類減水劑對混凝土坍落度的提升效果最高，萘系和脂肪族減水劑對坍落度的提升效果相當(dāng)，較聚羧酸類減水劑對混凝土坍落度的提升效果不顯著；同種類型減水劑，在一定的摻量范圍內(nèi)，隨著減水劑摻量的逐漸增加，混凝土坍落度均呈現(xiàn)逐漸上升趨勢。

（2）泌水率。依據(jù)表7繪制泌水率柱狀圖，見圖2。

圖2 各組混凝土泌水率

由圖2 可知，各組混凝土的泌水率范圍為0.2%～2.0%，較高的泌水率對于混凝土而言是不利的，泌水率越高，新拌混合料表面的含水量較高，進(jìn)而產(chǎn)生大量的浮漿，最終發(fā)生混凝土上下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不均的現(xiàn)象。相較于對照組，添加聚羧酸類減水劑的混凝土泌水率呈現(xiàn)降低趨勢，聚羧酸類減水劑的摻加改善了混合料的泌水性，而添加萘系和脂肪族減水劑的各組混凝土的泌水率總體呈現(xiàn)增大趨勢，相同摻量范圍內(nèi)，較萘系減水劑，添加脂肪族減水劑的混凝土泌水率更高；在一定的摻量范圍內(nèi)，隨著減水劑摻量的逐漸增加，混凝土泌水率均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。

（3）凝結(jié)時間。依據(jù)表7 繪制凝結(jié)時間柱狀圖，見圖3。

由圖3 可知，各組混凝土的初凝時間范圍為300～600min，各組混凝土的終凝時間范圍為500～1000min，凝結(jié)時間關(guān)系到混凝土的攪拌、運(yùn)輸、養(yǎng)護(hù)、拆模等工程建設(shè)情況，對于工程建設(shè)而言，混凝土的初凝時間應(yīng)盡量較長，有利于混凝土的攪拌及運(yùn)輸，混凝土的終凝時間應(yīng)盡量較短，有利于混凝土養(yǎng)護(hù)成型后的拆模，利于工程建設(shè)下道工序的開展，從而加快施工進(jìn)度。

圖3 各組混凝土凝結(jié)時間

相較于對照組，添加減水劑的各組混凝土的初凝時間均呈現(xiàn)增大趨勢；聚羧酸類減水劑和萘系減水劑對混凝土初凝時間延長效果較高且相當(dāng)，脂肪族減水劑對混凝土初凝時間的延長效果較低。

相較于對照組，減水劑的摻入使得各組混凝土的終凝時間均具有延長趨勢；萘系減水劑的摻入對混凝土終凝時間的延長作用最佳，聚羧酸類和脂肪族減水劑的摻入對混凝土終凝時間的延長作用相當(dāng)，少于萘系減水劑對混凝土終凝時間的延長時間；同類型減水劑中，在一定的摻量范圍內(nèi)，混凝土終凝時間伴隨三種減水劑摻量的逐漸增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。

2.2 混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度

利用上述儀器測得的各組混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果如表8所示

依據(jù)表8繪制各組混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的柱狀圖，見圖4。

表8 各組混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果

由圖4可以看出：

圖4 各組混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度

（1）整體而言，在28d齡期內(nèi)，三種減水劑的摻入對3d 和7d 齡期的各組混凝土抗壓強(qiáng)度的提升效果較明顯，對28d齡期混凝土抗壓強(qiáng)度的提升效果不明顯，甚至摻加脂肪族減水劑的混凝土的抗壓強(qiáng)度較對照組抗壓強(qiáng)度低；摻加三種減水劑的混凝土前期抗壓強(qiáng)度的提升速率較快，而后期對于混凝土抗壓強(qiáng)度的提升作用不明顯。

（2）對不同種減水劑而言，不同齡期內(nèi)對混凝土抗壓強(qiáng)度的提升效果大體排序為：萘系＞聚羧酸類＞脂肪族；相同齡期內(nèi)，隨著三種減水劑含量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

3 結(jié)束語

（1）對摻減水劑混凝土的工作性能進(jìn)行分析，聚羧酸類減水劑效果最佳，在混凝土坍落度方面改善作用較大，也只有聚羧酸類減水劑改善了混凝土的泌水性，從而降低了混凝土的泌水量，避免出現(xiàn)混凝土上下強(qiáng)度不均的現(xiàn)象。

（2）對摻減水劑混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析，萘系和聚羧酸類減水劑起到了增強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度的功效，不同齡期內(nèi)對混凝土抗壓強(qiáng)度的提升效果大體排序為：萘系＞聚羧酸類＞脂肪族。

（3）基于以上研究成果，推薦工程中應(yīng)用聚羧酸類減水劑，避免使用脂肪族減水劑。摻加減水劑的同時，混凝土各項工作性能及抗壓強(qiáng)度均會發(fā)生變化，減水劑摻入量并非越大越好，應(yīng)結(jié)合實際工程控制不同的減水劑摻入量。