高性能混凝土中聚羧酸減水劑研究與應(yīng)用

王彥鵬

（甘肅建投綠色建材產(chǎn)業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730070）

0 前言

近年來(lái)，聚羧酸高效外加劑的研究和應(yīng)用促進(jìn)了混凝土生產(chǎn)和施工工藝及新型混凝土品種的發(fā)展。隨著混凝土向高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性方向不斷進(jìn)步，對(duì)預(yù)拌混凝土企業(yè)及施工單位提出了更高的技術(shù)要求。為了滿足混凝土的預(yù)拌及施工等各項(xiàng)性能指標(biāo)，大多數(shù)混凝土摻加了礦物混合材料，因此需要減水劑對(duì)膠凝材料有良好的適應(yīng)性。聚羧酸系高效減水劑的優(yōu)良綜合性能、與膠凝材料的良好適應(yīng)性使其成為一個(gè)不錯(cuò)的選擇[1-5]，對(duì)混凝土坍落度控制、后期強(qiáng)度增長(zhǎng)及混凝土耐久性能提升都有幫助。

1 試驗(yàn)原材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料的選用

1）水泥：試驗(yàn)所用水泥為祁連山普通硅酸鹽42.5級(jí)水泥，相關(guān)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 P.O42.5普通硅酸鹽水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo)

2）粉煤灰：采用性能良好的Ⅱ級(jí)粉煤灰，產(chǎn)自西固電廠。

3）細(xì)骨料：選用臨洮洗砂，屬中砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，含泥量為2.5%。

4）粗骨料：使用粒徑5-31.5mm的碎石，產(chǎn)自礦業(yè)公司。

5）外加劑：采用北京成城聚羧酸高效減水劑（CC-AI）、萘系高效減水劑（CC-3）。

6）水：使用符合JGJ 63-2006《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》要求的自來(lái)水。

1.2 設(shè)計(jì)配合比

設(shè)計(jì)過程中需重視外加劑的選擇和使用，特別是聚羧酸高效減水劑[6]。設(shè)計(jì)配合比如表2所示。

表2 混凝土配合比

2 試驗(yàn)方案

對(duì)不同外加劑（萘系高效減水劑和聚羧酸高效減水劑）和不同摻量、不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)、不同細(xì)骨料含泥量進(jìn)行了大量試驗(yàn)，通過力學(xué)性能指標(biāo)檢測(cè)和試配過程中混凝土狀態(tài)、坍落度、擴(kuò)展度測(cè)定，得出最優(yōu)外加劑及最優(yōu)摻量。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同減水劑拌和各強(qiáng)度等級(jí)混凝土力學(xué)性能對(duì)比

由圖1和圖2可以看出，CC-AI聚羧酸高效減水劑拌和混凝土抗壓強(qiáng)度優(yōu)于CC-3萘系高效減水劑，且后期強(qiáng)度增幅較大，CC-AI聚羧酸高效減水劑摻量0.5%，CC-3萘系高效減水劑摻量0.6%。根據(jù)試配過程中混凝土狀態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)坍落度檢測(cè)得出，聚羧酸系高效減水劑配制混凝土的整體流動(dòng)性及經(jīng)時(shí)損失優(yōu)于傳統(tǒng)萘系高效減水劑配制混凝土，1h檢測(cè)時(shí)坍損基本為零，2h后經(jīng)時(shí)損失在15%以內(nèi)，解決了傳統(tǒng)減水劑易泌水、坍損大等缺點(diǎn)，對(duì)解決實(shí)際生產(chǎn)及施工過程中離析、堵管等現(xiàn)象有較大幫助。

圖1 不同類型減水劑C30混凝土抗壓強(qiáng)度

圖2 C30混凝土坍落度及經(jīng)時(shí)損失

由圖3與圖4可以看出，在相同摻量下，CC-AI聚羧酸高效減水劑混凝土抗壓強(qiáng)度優(yōu)于CC-3萘系高效減水劑，且后期強(qiáng)度增幅較大，CC-AI聚羧酸高效減水劑摻量為0.65%，CC-3萘系高效減水劑摻量為0.8%。根據(jù)試配過程中混凝土狀態(tài)及坍落度檢測(cè)得出，摻加CC-AI高效聚羧酸外加劑的混凝土流動(dòng)性大，和易性、保水性、粘聚性良好，坍落度經(jīng)時(shí)損失小，減水率高于CC-3萘系高效減水劑，水泥需水量明顯減少，提高了混凝土耐久性能。

圖3 不同類型減水劑C40混凝土抗壓強(qiáng)度

圖4 C40混凝土坍落度及經(jīng)時(shí)損失

由圖5與圖6可以看出，在相同摻量下，CC-AI聚羧酸高效減水劑混凝土抗壓強(qiáng)度整體優(yōu)于CC-3萘系高效減水劑，且后期強(qiáng)度增幅較大，CC-3 萘系高效減水劑摻量為1.0%，聚羧酸系高效減水劑摻量為0.90%。根據(jù)試配過程中混凝土狀態(tài)及坍落度檢測(cè)得出，因聚羧酸系高效減水劑含固量等指標(biāo)優(yōu)良，更適用于高強(qiáng)、高性能混凝土。

圖5 不同類型減水劑C50混凝土抗壓強(qiáng)度

圖6 C50混凝土坍落度及經(jīng)時(shí)損失

3.2 不同含泥量的細(xì)骨料拌合各強(qiáng)度等級(jí)混凝土力學(xué)性能對(duì)比

由圖7可以看出，對(duì)CC-AI聚羧酸高效減水劑各含泥量下C30混凝土抗壓強(qiáng)度而言，2%含泥量細(xì)骨料試配下混凝土抗壓強(qiáng)度值明顯高于其他含泥量細(xì)骨料拌和混凝土抗壓強(qiáng)度，可見細(xì)骨料含泥量越低，混凝土性能越優(yōu)良，隨著齡期增長(zhǎng)，混凝土后期強(qiáng)度漲幅明顯，滿足混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)范。

圖7 CC-AI高效減水劑各含泥量下C30混凝土抗壓強(qiáng)度

由圖8可以看出，C40混凝土抗壓強(qiáng)度在選用CC-AI聚羧酸高效減水劑后，所用細(xì)骨料含泥量在2%下混凝土抗壓強(qiáng)度值明顯高于其他含泥量的混凝土抗壓強(qiáng)度，根據(jù)實(shí)際試配情況，當(dāng)細(xì)骨料含泥量超過4.5%時(shí)，聚羧酸類減水劑的減水效果明顯降低，且隨著減水劑摻量提升，減水效果并無(wú)顯著變化。

圖8 CC-AI高效減水劑各含泥量下C40混凝土抗壓強(qiáng)度

由圖9可以看出，C50混凝土抗壓強(qiáng)度在選用CC-AI聚羧酸高效減水劑后，所用細(xì)骨料含泥量在2%下混凝土抗壓強(qiáng)度值明顯高于其他含泥量的混凝土抗壓強(qiáng)度，且細(xì)骨料含泥量過大時(shí)，混凝土?xí)霈F(xiàn)泌水現(xiàn)象。

圖9 CC-AI高效減水劑各含泥量下C50混凝土抗壓強(qiáng)度

4 聚羧酸系高效減水劑使用注意事項(xiàng)

按照試驗(yàn)和施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)聚羧酸系高效減水劑使用時(shí)的注意事項(xiàng)。

4.1 集料選擇

集料選擇需嚴(yán)格遵循規(guī)范要求，混凝土強(qiáng)度、工作性能等指標(biāo)與集料選擇密切相關(guān)。

1）細(xì)集料：根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，細(xì)集料含泥量對(duì)減水劑工作性能的影響較明顯，需嚴(yán)格控制細(xì)集料含泥量，且由于山砂、機(jī)制砂需水量相比河砂較高，應(yīng)盡可能選擇河砂。

2）粗集料：混凝土需水量與粗集料的顆粒級(jí)配及最大粒徑有直接聯(lián)系，且粗集料粒徑大小會(huì)影響細(xì)集料用量，因此需嚴(yán)格把控。

4.2 外加劑選擇

預(yù)拌混凝土所用的減水劑主要有高效減水劑、高效緩凝減水劑、泵送劑、高效泵送劑等[7]。每種減水劑會(huì)根據(jù)廠家、用途進(jìn)行摻量調(diào)整，調(diào)整的原則是：

1）根據(jù)混凝土所用工程要求進(jìn)行選擇。

2）根據(jù)混凝土原材料及配合比使用情況確定。

3）根據(jù)氣溫變化、泵送要求、坍落度及經(jīng)時(shí)損失等進(jìn)行調(diào)整。

4）根據(jù)其他特殊要求（如抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性等）確定外加劑配方。要注意的是，普通減水劑復(fù)配是使用疊加效果（如早強(qiáng)、緩凝、防凍、抗?jié)B等），附加成分大都可以互溶，但聚羧酸減水劑與其他附加材料的互溶性較差，使得其混凝土拌合物坍落度損失比普通減水劑配置混凝土要快，泵送效果不好，操作性差，因此使用時(shí)需通過試驗(yàn)來(lái)確定。

4.3 混凝土施工注意事項(xiàng)

1）聚羧酸減水劑拌和混凝土流動(dòng)性較好，現(xiàn)場(chǎng)易于振搗。現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)避免過振，對(duì)較大骨料混凝土、大功率強(qiáng)制振動(dòng)器，應(yīng)注意應(yīng)用性試驗(yàn)。

2）聚羧酸減水劑拌和混凝土用水量減少，且使用一定量礦物摻合料，在大體積施工、高溫或冬季施工等特殊環(huán)境下，澆筑后需注意早期養(yǎng)護(hù)及冬季養(yǎng)護(hù)。

總之，聚羧酸高效減水劑產(chǎn)品的使用需結(jié)合混凝土材料進(jìn)行適應(yīng)性選擇、試驗(yàn)，聚羧酸高效外加劑的研究和應(yīng)用使得混凝土在滿足較高強(qiáng)度的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了高性能，其與膠凝材料較好的適應(yīng)性及綠色環(huán)保無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)有利于混凝土行業(yè)向高性能化和綠色化發(fā)展。

5 結(jié)論

1）聚羧酸系高效減水劑的摻量低，減水效果良好，對(duì)大多數(shù)水泥的適應(yīng)性較好，特別是常用的普通硅酸鹽水泥，與粉煤灰等礦物摻合料配合使用，不但降低了水膠比，混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度均優(yōu)于普通減水劑，且無(wú)明顯泌水、離析等現(xiàn)象產(chǎn)生。

2）聚羧酸減水劑對(duì)細(xì)骨料的含泥量要求較為嚴(yán)苛，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注細(xì)骨料含泥量。當(dāng)細(xì)骨料含泥量超過4.5%時(shí)，聚羧酸類減水劑減水效果明顯降低，且無(wú)法通過提升減水劑摻量來(lái)解決問題，聚羧酸高效減水劑在增加摻量時(shí)，甚至出現(xiàn)混凝土坍落度和擴(kuò)展度未達(dá)設(shè)計(jì)要求。

3）聚羧酸高效減水劑由于與膠凝材料有良好的適應(yīng)性，且試驗(yàn)過程中摻合了一定量的粉煤灰，可改善混凝土的工作性，降低水化放熱速度，避免溫度應(yīng)力裂縫產(chǎn)生，提高斷裂韌性及耐久性。高效減水劑配制混凝土較好的流動(dòng)性能滿足可泵送性，保證了在實(shí)際工程中的應(yīng)用。