劉雄飛

(婁底市婁星區(qū)公路局,湖南婁底 417000)

0 引言

工程中通常要求混凝土具有較高的強(qiáng)度和良好的施工性能,自20世紀(jì)50年代起開(kāi)始采用摻用具有高效減水分散性能的添加劑來(lái)降低混凝土的用水量,增加混凝土的強(qiáng)度。減水劑品種有木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽系高效減水劑、磺化三聚氰胺系高效減水劑,其中萘磺酸鹽系高效減水劑目前在我國(guó)混凝土工程中的使用率仍占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[1-3]。

與木鈣等第一代減水劑以及萘系等第二代高效減水劑相比,聚羧酸類減水劑減水率更高(高達(dá)30%～40%),用以配制的高性能混凝土工作性好,不離析,不泌水。具有摻量低、減水率大,與水泥適應(yīng)性顯著改善,坍落度保持性能優(yōu)異,強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯,生產(chǎn)及使用過(guò)程中無(wú)任何污染等顯著特點(diǎn),是目前我國(guó)萘系等傳統(tǒng)第二代高效減水劑理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。日本、歐美等國(guó)已在大量應(yīng)用聚羧酸系高性水劑,并逐步取代萘系等第二代減水劑。我國(guó)對(duì)此正處于起步階段[4-5],國(guó)內(nèi)工程界使用較多的都是進(jìn)口產(chǎn)品。

目前,高速公路現(xiàn)場(chǎng)施工中存在大量的問(wèn)題,尤為突出的是工作性問(wèn)題,在混凝土澆筑過(guò)程中,由于減水劑選擇不當(dāng),導(dǎo)致混凝土坍落度不足,坍落度損失大的現(xiàn)象普遍存在。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,本文通過(guò)分別在混凝土中摻加萘系減水劑和聚羧酸高效減水劑,并比較摻入2種不同減水劑后混凝土的力學(xué)性能和工作性能,從而探討了聚羧酸高效減水劑在高速公路工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

1)水泥(C):瀏陽(yáng)南方水泥有限公司生產(chǎn)的PO42.5水泥,化學(xué)成分及主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1和表2。

2)粉煤灰(FA):湘潭電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰,密度為2.62g/cm3,比表面積為460m2/kg,需水量比為96%,化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 水泥和粉煤灰的化學(xué)成分%

表2 PO 42.5水泥性能指標(biāo)

3)砂(S):湘江河砂,級(jí)配合格,細(xì)度模數(shù)2.61,符合Ⅱ區(qū)要求。

4)粗骨料(G):碎石,級(jí)配合格,符合5～31.5mm的連續(xù)級(jí)配要求。

5)水(W):自來(lái)水。

6)萘系高效減水劑FDN1(科龍);萘系高效減水劑FDN2(天津巨龍);聚羧酸高效減水劑SP1(花王);聚羧酸高效減水劑SP2(博特)。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土拌合物性能試驗(yàn)按《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T20080—2002進(jìn)行。混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)按《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081—2002進(jìn)行,其中立方體抗壓強(qiáng)度試件尺寸為100mm×100mm×100 mm,試驗(yàn)結(jié)果均已乘換算系數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

為了比較聚羧酸減水劑和萘系高效減水劑對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響,試驗(yàn)采用相同的混凝土配合比,測(cè)試減水劑的摻量、減水率,以及不同減水劑下混凝土的初始坍落度和坍落度保持性和強(qiáng)度。

2.1 不同類型減水劑的最佳摻量

公路工程要求混凝土滿足初始坍落度為(180±20)cm,采用了同一配合比,試驗(yàn)了4種減水劑達(dá)到規(guī)范要求的最佳摻量,配合比和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同減水劑摻量下的混凝土坍落度

由表3可知,與萘系減水劑相比,聚羧酸系高效減水劑具有摻量低,坍落度保持性好的特點(diǎn)。在達(dá)到相同工作性的狀態(tài)下,聚羧酸高效減水劑摻量約為萘系的一半;對(duì)于1 h后混凝土工作性能,摻萘系減水劑的混凝土坍落度損失均在65 cm以上,而摻聚羧酸高效減水劑的混凝土坍落度損失不到30 cm,這對(duì)公路工程混凝土施工是很有利的。

相關(guān)研究表明[6]:萘系減水劑分子僅僅靠靜電斥力將水泥顆粒分開(kāi),保持其穩(wěn)定性,與其相比,聚羧酸減水劑依靠靜電斥力和長(zhǎng)側(cè)鏈的空間位阻作用使其分開(kāi),因此有更好的分散性和分散保持性。因此,與萘系減水劑相比,聚羧酸減水劑具有摻量低,分散性能好的特點(diǎn)。

2.2 不同減水劑的減水率

根據(jù)規(guī)范要求,測(cè)試了4種減水劑的減水率,基準(zhǔn)混凝土、摻入FDN1、FDN2、SP1、SP2的混凝土分別對(duì)應(yīng)編號(hào)A—1、A—2、A—3、A—4、A—5,配合比和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同減水劑的減水率

由表4可見(jiàn),在使混凝土的工作性能達(dá)到規(guī)范要求時(shí),聚羧酸減水劑比萘系減水劑減水率更高,且摻量更低。

相關(guān)研究表明[7]:混凝土的減水增強(qiáng)效果取決于水泥粒子的分散性和分散穩(wěn)定性,而水泥粒子的分散穩(wěn)定性又取決于所吸附的減水劑的電斥力和立體效應(yīng)。萘系減水劑的減水增強(qiáng)性能主要是利用了DLVO理論,因立體效應(yīng)沒(méi)有發(fā)揮作用。聚羧酸減水劑利用DLVO電荷排斥效應(yīng)、Mackor空間位阻效應(yīng)以及浸透潤(rùn)濕作用,梳型聚合物主鏈上有一定比例的官能團(tuán),如羧基(—COOH)、磺酸基(—SO3H)等來(lái)提供電荷斥力,同時(shí)在支鏈上引入長(zhǎng)短不同的聚氧烷基烯類側(cè)鏈,其醚鍵的氧與水分子形成強(qiáng)力的氫鍵,并形成親水性立體保護(hù)膜,該保護(hù)膜既具有分散性,因此聚羧酸減水劑具有更大的減水率。

2.3 不同減水劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

為了研究不同減水劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響,測(cè)試了不同減水劑但相同配合比下的混凝土的強(qiáng)度,配合比見(jiàn)表3,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同減水劑下混凝土的強(qiáng)度

由圖1可知,在相同配合比下,摻入聚羧酸減水劑混凝土的早期強(qiáng)度低于摻入萘系減水劑的混凝土,但摻入聚羧酸減水劑混凝土的后期強(qiáng)度高于摻入萘系減水劑的混凝土。

這是因?yàn)?聚羧酸分子結(jié)構(gòu)中存在著多種親水基團(tuán),一方面吸附在水泥顆粒表面,形成水膜,阻止水與水泥顆粒接觸;另一方面長(zhǎng)側(cè)鏈形成空間位阻作用,阻止顆粒間團(tuán)聚,同時(shí)吸附游離水。也有人認(rèn)為:由于R—COO-與Ca2+的作用形成絡(luò)離子,降低了溶液的[Ca2+]濃度,延遲Ca(OH)2形成結(jié)晶,減少C-H-S凝膠的形成,延緩水泥水化,減少水化暫時(shí)需水量,有助于增加其塑化效果。與萘系減水劑相比,聚羧酸減水劑有較好的緩凝作用。由于聚羧酸減水劑的緩凝作用,使得混凝土早期水化較慢,強(qiáng)度較低。

3 結(jié)論

本文通過(guò)研究分別在混凝土中摻入聚羧酸減水劑和萘系減水劑,并測(cè)試混凝土的工作性能和力學(xué)性能,得到如下結(jié)論:

1)在保持相同工作狀態(tài)下,與萘系減水劑相比,聚羧酸系高效減水劑具有摻量低,坍落度保持性好的特點(diǎn),這對(duì)于公路工程混凝土的施工是有利的。

2)聚羧酸高效減水劑比萘系減水劑具有摻量低,減水率高的優(yōu)點(diǎn)。

3)在相同配合比下,摻入聚羧酸減水劑混凝土的早期強(qiáng)度低于摻入萘系減水劑的混凝土,但摻入聚羧酸減水劑混凝土的后期強(qiáng)度高于摻入萘系減水劑的混凝土。

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[2]朱洪波,馬保國(guó),董榮珍,等.高C3S水泥與萘系減水劑的適應(yīng)性分析[J].混凝土,2004,12(182):26-28.

[3]齊亞非,高俊剛.改性萘系減水劑的合成與性能表征[J].新型建筑材料,2003(3):28-30.

[4]林忠斌,楊中軍,劉煒?lè)?等.聚羧酸減水劑在海工混凝土工程中的應(yīng)用[J].混凝土,2007,217(11):43-48.

[5]陳峭卉,楊 軍,陳應(yīng)欽,等.新型聚羧酸減水劑的研究[J].新型建筑材料,2007(7):1-4.

[6]馬保國(guó),譚洪波,馬 玲,等.HX聚羧酸系減水劑性能研究[J].混凝土,2007,213(7):41-43.

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