聚羧酸減水劑與水泥的相容性研究

李一可,陳錦

(長沙理工大學(xué),湖南長沙 410004)

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聚羧酸減水劑與水泥的相容性研究

李一可,陳錦

(長沙理工大學(xué),湖南長沙 410004)

摘要:針對目前市場上常用于公路工程的3種聚羧酸減水劑,選擇不同廠家生產(chǎn)的6種水泥樣品進(jìn)行水泥凈漿相容性試驗(yàn)和摻加減水劑砼性能試驗(yàn),闡述了砼外加劑與水泥相容性的機(jī)理;從水泥溫度、水泥化學(xué)和物理性能及外加劑等方面分析了聚羧酸減水劑與水泥的相容性關(guān)系,提出了改善兩者相容性的措施。

關(guān)鍵詞:公路;水泥;聚羧酸減水劑;相容性

近年來,第三代新型砼高效減水劑的應(yīng)用技術(shù)得到飛速發(fā)展,其中以聚羧酸高效減水劑為代表的新型減水劑,在摻量極小的條件下,能使砼用水量減少,保持流動性基本不變,并使摻加減水劑后的砼具有低泌水性、低收縮性和高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。目前全國許多在建工程如武靖(武岡—靖州)、興華(興寧—五華)高速公路等預(yù)拌砼攪拌站和城市商品砼攪拌站都使用聚羧酸減水劑配置的砼。

隨著聚羧酸減水劑不斷應(yīng)用于工程中,對其性能和特點(diǎn)的認(rèn)識不斷深化,發(fā)現(xiàn)某些類型聚羧酸減水劑與水泥之間可能存在相容性的問題。該文通過水泥凈漿相容性試驗(yàn)和摻加減水劑砼試驗(yàn),探討聚羧酸減水劑和水泥相容性的影響因素,并提出改善相容性的方法,以正確使用和充分發(fā)揮聚羧酸減水劑的優(yōu)良性能。

1 試驗(yàn)材料

(1)水泥。選用廣東省某在建高速公路預(yù)拌砼生產(chǎn)常用的2種P.O 42.5水泥,按照GB/T 1346 -2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗(yàn)方法》對水泥的常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行檢測,其主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

(2)減水劑。選取用于在建工程的3種聚羧酸減水劑,其常規(guī)性能檢測結(jié)果見表2。

表1 水泥的物理性能檢測結(jié)果

表2 減水劑常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果

(3)集料。粗集料采用碎石,其性能指標(biāo)見表3。細(xì)集料采用機(jī)制砂,其性能指標(biāo)見表4。

2 水泥凈漿相容性試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

聚羧酸減水劑與水泥的相容性試驗(yàn)依據(jù)JC/T 1083-2008規(guī)定的流動度法進(jìn)行。稱取廣東塔牌P.O 42.5水泥500 g,水取145 m L,水灰比為0.29,減水劑摻量分別取水泥用量的0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%。由于使用的為液態(tài)減水劑,根據(jù)要求應(yīng)將其折算成固態(tài)粉劑含量,同時在加水量中減去其中的含水量。

水泥凈漿的攪拌按JC/T 729中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行,攪拌完成后,立即將漿體緩慢倒入位于玻璃板中間的圓模內(nèi),使?jié){體慢慢充滿圓模。然后用刮刀將高出圓模頂面的漿體刮除并抹平,隨即提起圓模。約1 min后,用游標(biāo)卡尺測量橢圓狀漿液的最長徑方向與其垂直方向的長度,將兩者平均,得到初始流動度。測完初始流動度后,立即將玻璃板上的漿體回收至指定容器內(nèi),并用保鮮膜封住容器口,防止水分散失。待60 min后將其重新攪拌,按上述方法依次測定60 min后各摻量下漿體的流動度。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 聚羧酸減水劑與塔牌水泥的相容性試驗(yàn)

分別測試3種減水劑在不同摻量下的初始和60 min后流動度,結(jié)果見表5、圖1。

表3 粗集料的試驗(yàn)結(jié)果

表4 細(xì)集料的試驗(yàn)結(jié)果

表5 3種聚羧酸減水劑與塔牌水泥凈漿的流動度

圖1 3種聚羧酸減水劑與塔牌水泥凈漿的流動度

從表5、圖1可知:1)廣州建盛外加劑配置出的水泥凈漿具有較好的初始流動度,漿體沒有出現(xiàn)泌水現(xiàn)象;當(dāng)減水劑摻量為0.6%,初始流動度和60 min流動度都隨著摻量的增加而呈現(xiàn)出明顯增大的趨勢;當(dāng)減水劑摻量大于1.2%時,初始流動度不再繼續(xù)明顯增加,而是穩(wěn)定在330 mm左右,說明減水劑已處于飽和狀態(tài)。其60 min流動度是3組中損失最大的。2)南京優(yōu)爾西減水劑與塔牌水泥配置出的水泥凈漿具有最好的初始流動度,漿體沒有出現(xiàn)沉底及泌水現(xiàn)象,初始流動度和60 min流動度都在摻量為0.6%時開始顯著增加;摻量大于1.2%時,流動度維持在高位區(qū)間且變化幅度不大,說明摻量已飽和,其最佳摻配區(qū)間為0.6%～1.2%。3)重慶天耀減水劑與水泥凈漿的流動度是3組中最低的,其流動度基本上為180～270 mm,且變化幅度不大。與前2組一樣,流動度顯著增加的摻量為0.6%,在該摻量下,初始流動度、60 min流動度都開始呈現(xiàn)顯著增加的趨勢;當(dāng)減水劑摻量大于1.0%時,流動度的變化越來越平穩(wěn),緩慢增加。這種情況可能是由于該組聚羧酸減水劑在水泥顆粒表面的吸附量較小,但由于其帶有許多支鏈,可產(chǎn)生空間位阻效應(yīng),摻量很低時就可實(shí)現(xiàn)較好的塑化效果。同時該組聚羧酸減水劑是3組中唯一一組出現(xiàn)60 min后流動度增加的,這可能與外加劑摻量過飽和有關(guān)。該組減水劑推薦采用較小的摻量區(qū)間,即0.6%～1.0%。

2.2.2 水泥溫度對水泥凈漿相容性能的影響

分別將水泥溫度控制在30、50和70℃,比較3組聚羧酸減水劑與水泥的相容性,結(jié)果見圖2～4。

圖2 廣州建盛減水劑與塔牌水泥凈漿流動度隨溫度的變化

圖3 南京優(yōu)爾西減水劑與塔牌水泥凈漿流動度隨溫度的變化

圖4 重慶天耀減水劑與塔牌水泥凈漿流動度隨溫度的變化

從圖～4可以看出:水泥溫度對水泥漿液的初始流動度損失影響不是很明顯,基本上在20 mm以內(nèi),但隨著水泥溫度的升高,流動度損失負(fù)偏差總體上增大。主要原因是當(dāng)水泥溫度升高時,水泥水化速度較快,水泥、水和外加劑體系的熵值較大,水泥與減水劑的適應(yīng)性降低,導(dǎo)致流動度出現(xiàn)一定程度的損失。

2.2.3 水泥化學(xué)和物理性能對水泥凈漿相容性能的影響

水泥主要由C2S、C3S、C3A和C4AF礦物成分組成,這4種礦物成分與減水劑分子的吸附程度強(qiáng)弱順序?yàn)镃3A＞C4AF＞C3S＞C2S,說明聚羧酸減水劑分子對氯酸鹽的吸附作用強(qiáng)于硅酸鹽。主要原因是大多數(shù)聚羧酸減水劑表面活性劑為陰離子,C3A、C4AF水化反應(yīng)呈現(xiàn)正電荷,由于C3A的活性大于C4AF,減水劑分子優(yōu)先吸附在C3A;而C3S、C2S水化反應(yīng)呈負(fù)電荷,其與減水劑分子吸附能力較弱。因此,水泥中的C3A、C4AF比例較高時,該水泥與外加劑的相容性較差。

水泥顆粒的粗細(xì)對外加劑分子的吸附性有強(qiáng)弱之分,在摻加外加劑的水泥凈漿中,越細(xì)的水泥顆粒吸附的外加劑分子越多,而且顆粒越細(xì),水泥顆粒的絮凝作用越明顯,在相同摻量減水劑下,破壞這種絮凝現(xiàn)象需要更多的減水劑分子,兩者的相容性較差。

3 砼試驗(yàn)

3.1 配合比及試驗(yàn)方法

設(shè)計一組C40水泥砼,各部分原材料用量見表6。按規(guī)范要求制件并對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù),檢測其規(guī)定齡期的力學(xué)性能指標(biāo)。

表6 C40水泥砼的原材料用量

在配合比相同和摻量相同(1.0%)的情況下,分別對3種減水劑摻加2種不同廠家的水泥進(jìn)行對比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖5、圖6、表7。

圖5 塔牌水泥與減水劑配制的砼的強(qiáng)度

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

選用2組水泥分別與3組外加劑按固定摻量制件,試驗(yàn)時以坍落度為控制指標(biāo)。根據(jù)測得的減水率,控制實(shí)際用水量,使剛出機(jī)的砼坍落度盡可能控制在210 mm左右。從表7來看,瑞溪水泥與聚羧酸減水劑配制的砼的坍落度保持性能較差,均有一定的損失。但由于聚羧酸減水劑有引氣的作用,通過引入大量均勻的小氣泡,可在一定程度上改善砼的流動性能,在一定范圍內(nèi),坍落度的保持與含氣量呈一定的相關(guān)性。從圖5、圖6來看,2組水泥和3組外加劑配制的砼的各齡期強(qiáng)度增長不僅差別不大,而且呈現(xiàn)出較好的規(guī)律。

圖6 瑞溪水泥與減水劑配制的砼的強(qiáng)度

表7 摻加減水劑的水泥砼試驗(yàn)結(jié)果

4 相容性的控制措施

(1)配制砼時,保證水泥、集料等原材料的質(zhì)量,水泥的各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足出廠要求,集料的各項(xiàng)物理性能指標(biāo)要滿足規(guī)范要求。同時應(yīng)按設(shè)計要求,合理科學(xué)地設(shè)計砼配合比。

(2)配制砼時要根據(jù)實(shí)際工程需要和設(shè)計要求正確選用減水劑種類及摻量,根據(jù)各類型聚羧酸減水劑的特點(diǎn)加以應(yīng)用。

5 結(jié)論

(1)在不同摻量條件下,3種聚羧酸減水劑與水泥都呈現(xiàn)出較好的相容性,但由于不同種類減水劑成分不同,使用時應(yīng)通過相容性試驗(yàn)尋求最佳摻配區(qū)間,以發(fā)揮聚羧酸減水劑的最佳效果。

(2)水泥溫度對水泥凈漿的影響程度有限,但普遍來說流動度呈現(xiàn)負(fù)偏差,主要是因?yàn)樗嗟臏囟仍礁?水泥水化速度越快,過快的水化速度會使水泥與減水劑兩者間的適應(yīng)性減弱,最終導(dǎo)致流動度出現(xiàn)不同程度損失。

(3)對于不同種類的水泥,聚羧酸減水劑在低摻量范圍內(nèi)增加減水劑用量,砼坍落度保持效果增加明顯;但當(dāng)摻量繼續(xù)增加時,砼和易性能會下降。3組聚羧酸減水劑配置的砼的齡期-強(qiáng)度增長規(guī)律基本相同,都是前期強(qiáng)度增加幅度大于后期增長幅度,呈現(xiàn)出較好的強(qiáng)度增長規(guī)律。

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收稿日期:2015-05-12

中圖分類號:U416.216

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0101-04