聚羧酸高性能減水劑制備 C40高性能混凝土

侯格妹，何均輝，張勇

（1.東莞市洪信混凝土有限公司，廣東　東莞　523160；2.東莞市光泰混凝土有限公司，廣東　東莞　523160）

聚羧酸高性能減水劑制備 C40高性能混凝土

侯格妹1，何均輝1，張勇2

（1.東莞市洪信混凝土有限公司，廣東東莞523160；2.東莞市光泰混凝土有限公司，廣東東莞523160）

聚羧酸減水劑具有減水率高、摻量低等優點，本文介紹了CC-AI 型聚羧酸高性能減水劑制備 C40高性能混凝土。通過復摻聚羧酸減水劑、礦物外加劑和膨脹劑，制備出流動性好、坍落度損失小，抗壓強度、抗裂性能和耐久性優異的高性能混凝土，有效解決了混凝土體積穩定性難題，提高耐久性。

聚羧酸減水劑；高性能混凝土；工作性；膨脹劑；體積穩定性

混凝土是世界上用量最大的建筑材料?；瘜W外加劑、礦物摻合料的使用和技術進步，使得混凝土性能和技術水平不斷提高，應用領域不斷拓寬。減水劑是一種對商品混凝土極其重要的外加劑，可以在保證混凝土相同工作性前提下，大幅減少用水量，從而顯著改善混凝土孔結構，提高混凝土強度。尤其是聚羧酸高性能減水劑，它具有減水率高（＞25%）、摻量低、坍落度損失小等優點[1]，賦予混凝土前所未有的工作性能、力學性能和耐久性，廣泛應用于工民建、橋梁、公路和隧道等重點工程[2-4]。本文主要介紹了用聚羧酸減水劑制備 C40泵送高性能混凝土，抗滲等級 P10，坍落度控制在 (180±30)mm，混凝土含氣量控制在3.0%～4.0%。并且，混凝土的施工性能、力學性能、抗裂防滲性能和耐久性能可以協調發展。

1　原材料及試驗方法

1.1原材料

水泥，海螺水泥有限責任公司生產的 P·O42.5普通硅酸鹽水泥，比表面積320m2/kg，堿含量0.90%，28d 抗壓強度42.8MPa。

礦渣，S95礦渣粉，比表面積410m2/kg，流動度比100%，燒失量0.30%，28d活性指數98%。

粉煤灰，I 級灰，45μm 篩余5.0%，需水量比95%，燒失量0.30%，28d 活性指數95%，游離氧化鈣含量0.14%，燒失量3.5%。

膨脹劑，深圳市豹鳴股份有限公司生產的 CSA 膨脹劑，水中7d 限制膨脹率0.046%，28d 抗壓強度42.4MPa。

砂，河砂，中砂，細度模數2.4。

石，碎石，連續級配，粒徑5～25mm。

減水劑，聚羧酸系高性能減水劑，5種，產品型號分別為 CC-AI 型、VF-1型、KPL 型、JW-11型和 Rawy-101型。

1.2試驗方法

聚羧酸減水劑性能測試，依據 GB8076－2008《混凝土外加劑》和 GB/T8077－2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行。

按表1給出的配合比稱取原材料拌制混凝土，測試混凝土拌合物性能后，制備試件，對硬化混凝土進行力學性能和耐久性能測試。

表1　混凝土配合比　kg/m3

混凝土拌合物性能測試，依據 GB/T50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。

力學性能測試，依據 GB/T50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行。

耐久性測試，依據 GB/T50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行。

2　結果與分析

2.1聚羧酸減水劑的優選

5種聚羧酸減水劑的化學成分及性能檢測結果見表2。

表2　聚羧酸減水劑性能指標

由表2可知，5種聚羧酸減水劑的各項性能指標都符合國家緩凝型高性能減水劑技術指標要求。其中，Rawy-101固含量最高達27.06%， KPL 最低為19.58%；Cl-含量在0%～0.11% 之間，遠低于規范規定的0.6%；減水率均較高，達到37%～39% 之間，其中 CC-AI 最高為39%，此外，CC-AI 保水性能較好，常壓下未見泌水；幾種減水劑緩凝效果明顯， KPL 減水劑和 JW-11減水劑緩凝時間差較長，減水劑樣品凝結時間差為225～320min；7d 抗壓強度比172%～218% 之間，高于規定的125%。

綜合考慮各項性能指標，CC-AI 型聚羧酸減水劑的減水率最高、常壓泌水率比最低、抗壓強度比高，因此，本工程的減水劑優選 CC-AI 型聚羧酸高性能減水劑。

2.2混凝土拌合物性能

按表1制備的3組混凝土拌合物性能測試結果見表3。

表3　混凝土拌合物性能

由表3可知，3組混凝土拌合物的工作性均滿足施工要求。隨著膠凝材料總量和聚羧酸減水劑摻量的增加，水膠比的降低，混凝土拌合物的坍落度由170mm 增加到210mm，并且1h 后坍落度保持在150～175mm，坍落度損失較小。混凝土的容重在2360～2370kg/m3之間，混凝土拌合物和易性好。3# 配合比混凝土拌合物的出機狀態和1h 坍落度見圖2。

圖2　新拌混凝土坍落度

2.3混凝土的力學性能

按表1制備的3組混凝土抗壓力學性能測試結果見表4。

表4　硬化混凝土的抗壓強度　MPa

混凝土強度等級為 C40，強度標準差取5.0MPa，則混凝土的配制強度應 ≥48.2MPa。

由表4可知，除1# 外，2#、3# 配合比混凝土的28d 抗壓強度滿足設計要求，并且3# 配合比混凝土強度最高，達到52.7MPa。并且，各配合比混凝土的早期強度相對較低，但后期強度增長較多，這主要是混凝土配合中使用了大量的礦渣、粉煤灰和膨脹劑，占總膠材用量的40%。早期礦物摻合料水化較少，后期在水化產物 Ca(OH)2激發作用下，產生C-S-H 凝膠，填充孔隙，改善孔結構，從而顯著提高混凝土后期強度。

2.4混凝土的抗滲性能

混凝土試件養護27d 時取出，將表面晾干，采用松香－石蠟混合物作為密封材料，進行抗滲性能試驗。從0.2MPa 加壓至1.5MPa，試驗結束時，3組配合比所有混凝土試件均未出現滲水現象，表明：混凝土的抗滲等級達到 P13。

試驗結束后，將混凝土試件置于壓力試驗機上劈開，試件滲水高度在1.2～2.6cm 之間，以上結果說明，3組混凝土的抗滲性均較好。一方面得益于聚羧酸高性能減水劑的使用，它大幅度降低混凝土單方用水量（160kg/m3），既減水混凝土總孔隙又改善孔結構[5]。另一方面，礦物摻合料的使用，其微珠效應和火山灰活性效應，進一步密實混凝土。

2.5混凝土的限制膨脹率

混凝土限制膨脹率采用中國建筑材料科學研究總院開發的現場膨脹測試方法[6]，見圖3?；炷料拗婆蛎浡蕼y試結果見表5。

表5　混凝土限制膨脹率　%

由表5可知，3組混凝土的限膨脹率0.019%～0.022%，說明摻入膨脹劑在混凝土內部產生有效膨脹，在約束作用下，在混凝土內部儲存了一定的預壓應力，可以用來抵消干燥收縮引起的拉應力，從而顯著提高混凝土的抗裂防滲性能，這一點對于沉管隧道的正常使用至關重要。

此外，研究表明，聚羧酸減水劑具有低收縮的特性，摻聚羧酸減水劑的混凝土體積穩定性較其他混凝土相比，有較大提高。因此，聚羧酸減水劑和膨脹劑的復合使用，顯著改善混凝土的抗裂性能，有助于解決沉管隧道工程混凝土的體積穩定性難題。

2.6混凝土的耐久性能

混凝土的耐久性能以電通量方法表征，表6給出了測試結果。

表6　混凝土電通量　C

由表6可知，3組配合比混凝土28d 電通量495～590C，56d 電通量進一步降低，在418～512C，均在100～1000C 之間，依據標準，可以判定3組混凝土的氯離子滲透性為“很低”。也就是說3組混凝土的抗氯離子滲透能力均較強，有助于提高混凝土的耐久性能[7]，尤其是3# 配合比混凝土。該結果與混凝土的抗滲透性能結果相吻合。

綜上所述，3# 配合比混凝土的工作性能、力學性能、抗裂性能和耐久性能最佳。按3# 配合比拌制混凝土進行現場混凝土施工，經現場檢驗，混凝土質量穩定，混凝土的工作性、力學性能、耐久性能均滿足設計和施工要求。拆模后，混凝土外觀質量較好，這符合聚羧酸減水劑拌制混凝土的特點。

3　結論

（1）聚羧酸高性能減水劑制備的 C40高性能混凝土流動性好、坍落度損失小，抗壓強度、抗裂防滲性能和耐久性能優異。

（2）聚羧酸高性能減水劑和礦物摻合料復合使用，顯著降低混凝土的孔細隙，改善孔結構，密實混凝土，從而顯著提高混凝土的抗滲性能和耐久性。

（3）聚羧酸高性能減水劑和混凝土膨脹劑復合使用，顯著改善混凝土的抗裂性能，有助于解決混凝土的體積穩定性難題。

[1] 羅亮江．聚羧酸高性能減水劑在南寧樞紐工程中應用[J]．鐵路建筑技術，2012,9:100-101．

[2] 胡孟其，仇建剛，馬治平，等．聚羧酸高性能減水劑在南水北調中線工程中的應用[C]．第三屆全國混凝土外加劑應用技術專業委員會年會論文集，2007：371-380．

[3] 田曉霞．聚羧酸系減水劑在甘竹溪特大橋工程中的應用[J].公路，2009,7：333-336．

[4] 段彬，齊淑芹．新型聚羧酸系高性能減水劑在海陽核電工程中的應用[J]．混凝土，2010,4：83-84+88．

[5] 龔明子，陳龍，蔣亞清．聚羧酸減水劑對大摻量粉煤灰自密實混凝土水硬化性能的影響[J]．粉煤灰，2009,4：11-13．

[6] 趙順增．圖解說明現場檢測補償收縮混凝土限制膨脹率的方法和儀器[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2012,3：28-30．

[7] 謝友均，馬昆林，龍廣成，等．礦物摻合料對混凝土中氯離子滲透性的影響[J]．硅酸鹽學報，2006,11:1345-1350．

［通訊地址］廣東省東莞市洪梅鎮金鰲沙村東莞市洪信混凝土有限公司（523160）

侯格妹（1984－），女，工程師。