减水剂对复合水泥混凝土强度影响.pdf

l 8 低温建筑技术 2 0 1 3年第 4期( 总第 1 7 8期) 减水剂对 复合水泥混凝土强度影响 王子龙 ， 聂治平， 单星本， 江守恒， 朱卫中 ( 黑龙江省寒地建筑科学研究院 ， 哈尔滨1 5 0 0 8 0 ) 【 摘要】 为了深入研究不同种类减水剂对混凝土抗压强度的影响， 主要选取聚羧酸系减水剂、 萘系减水剂 和脂肪族系减水剂 ， 通过改变水胶比、 砂率等方面分析研究这三种减水剂对混凝土力学性能的影响。结果表明： 在水胶比较低时， 聚羧酸系减水剂和脂肪族对混凝土强度发展优于萘系减水剂 ， 随着水胶 比增大， 三者减水剂对 混凝 土强度发 展效 果相近。 【 关键词】 外加剂； 混凝土； 抗压强度 【 中图分类号】 1 I 3 5 2 8 0 4 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 04 0 0 1 8 0 3 复合水泥可以节约水泥熟料和生产能源、 提高水 泥企业产量、 降低生产成本； 同时大量利用工业废渣 有利于环 境 保护 。水 泥 企业 在选 用混 凝 土材料 种类 和掺量方面灵活性大， 复合水泥在生产中混合材料种 类较多， 掺量较大 ， 水泥企业生产出来的复合水泥各 项指标波动性较大 ， 特别是与减水剂等外加剂的适应 性波动大。原材料的各项指标波动 ， 采用复合水泥配 制的混凝土质量控制较难。 应用复合水泥配制混凝土常出现质量波动， 复合 水泥与不同种类外 加剂 的适应性 、 水 泥凝结 时间差异 较大。因此 ， 复合水泥在预拌混凝土中的应用受到了 极大限制。黑龙江省处于严寒地区， 冬期环境条件决 定了混凝土要具有更高的耐久性要求。混凝土外加 剂已经成为混凝土的第五组分， 外加剂对于混凝土各 项性 能起 到了重要作用 - 4 。随着 现代 混凝 土外加剂 技术不断提高， 众多不同种类的新型外加剂已在市场 上应 用。 目前商 品混 凝 土应 用 的减水 剂 常用是 三个 种类 ： 聚羧酸减水剂、 萘系减水剂和脂肪族减水剂。 1 原材料及试验方法 ( 1 ) 水泥 ： 哈尔滨某厂生产的 P C 3 2 5水泥 ， 各项指标均符合 G B 1 7 5 2 0 0 7 通用硅酸盐水泥 。 ( 2 ) 粉煤灰： 哈尔滨某电厂 级粉煤灰。 ( 3 ) 骨料 ： 砂子 ， 中砂 ， 细度模 数 2 8 ； 石子采用 5 3 1 5 m m连续级配。 ( 4 ) 外加 剂 ： 聚羧 酸减水 剂采 用 沈 阳依 立达 I I 型聚羧 酸减水剂 ， 固含量 为 4 0 ； 萘 系减水剂采 用 山 西萘系减水剂 U 5 ； 脂肪族减水剂采用隆科脂肪族减水 剂， 固含量为 2 5 。各项指标均符合 G B 8 0 7 6 2 0 0 8 混凝土外加剂 。 采用水胶比分别为 0 3 6 、 0 4 0 、 0 4 5 、 0 5 0制备混 凝土， 分别掺入聚羧酸减水剂、 萘系减水剂和脂肪族 减水剂， 调整混凝土坍落度基本一致。测试混凝土不 同龄期 的抗 压强度 。在 保持 混凝 土工作 性 能 和水胶 比不变 的情况下， 调整混凝土的砂率分别为 3 7 、 4 0 、 4 3 、 4 5 。掺人三种外加剂进行混凝土试验， 进行混凝土坍落度测试。混凝土搅拌后， 成型试块尺 寸为 1 0 0 m m1 0 0 m m1 0 0 m m立方 体 ， 试件放 置于混 凝土标 准养护室 ( 温度 2 0 q C， 湿度 19 0 ) 。测试混凝 土的 1 d 、 3 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d 、 5 6 d等龄期抗压强度。混凝 土抗压强度尺寸换算系数采用 0 9 5 。 表 1 混凝土配合 比 2试验结果与分析 研究不同类型减水剂对复合水泥混凝土抗压强 度的影响， 本试验采用的混凝土配合比及工作性能测 试如表 l 所示。研究 不 同水胶 比条件下 ， 掺 入三种 类 型减水剂对复合水泥混凝土抗压强度的影响。掺入 山西萘 系减水剂在水胶 比从 0 3 6 0 5 0变化时 ， 掺量 分别 为 1 3 、 1 1 、 0 9 和 0 7 。掺人 脂 肪族 减 水剂 在 水 胶 比从 0 3 60 5 0变化 时 ， 掺 量 分 别 为 王子龙 等 ： 减水 剂对复合 水泥混凝土强度影 响 1 9 3 2 、 2 8 、 2 3 和 2 0 。 改变砂率的混凝土配合 比在这里不做详细介绍， 采用固定水胶比为0 4 ， 胶凝材料不变， 聚羧酸减水剂 掺量 0 6 ， 萘系减水剂 u 5 掺量为 1 1 ， 脂肪族系减 水剂掺量 为 2 8 ， 三聚磷酸钠掺 量为 4 万 。 2 1 不同水胶比情况下抗压强度变化 从图 1中可以看出， 当水胶 比为 0 3 6时， 掺人三 种不同减水剂对混凝土抗压强度发展规律的影响， 随 着混凝土养护龄期的增加， 混凝土的抗压强度在逐渐 增加； 图 1中混凝土抗压强度曲线斜率随着龄期增加 越来越小， 这说明混凝土抗压强度在 1 4 d之内强度发 展最快， 增加到 2 8 d抗压强度的8 1 一8 9 。聚羧酸 减水剂和脂肪族 减水剂 在 2 8 d到 5 6 d时 ， 混凝 土抗 压 强度增加程度要高于萘系减水剂。前两者的混凝土 5 6 d 抗压强度较 2 8 d 抗压强度增加 1 1 5 一1 5 8 ， 而萘系减水剂 5 6 d 抗压强度较 2 8 d仅增加 3 3 。说 明萘系减水剂对混凝土后期强度的增加较为缓慢， 并 且混凝土抗压强度要低于掺入聚羧酸和脂肪族减水 剂的混凝土。图中显示 ， 掺入聚羧酸减水剂的混凝土 强度要高于萘系和脂肪族 系减水剂， 说明在水胶 比较 为低的情况下， 聚羧酸减水剂对混凝土水泥颗粒之间 的分散具有显著作用， 使得水泥水化程度大大增加。 龄期， d 图 1 水胶比0 3 6 时三种外加荆 比较 龄期， d 图2 水胶比为0 4 时不同减水剂 比较 从图2中可看出， 当水胶 比为0 4 0时， 掺人萘系减 水剂和脂肪族减水剂的混凝土抗压强度在 2 8 d前增长 规律基本一致 ， 而到了5 6 d时， 掺人脂肪族减水剂的混 凝 土强度明显高于萘系减水剂混凝 土强度 约 5 MP a 。脂 肪族系减水剂在2 8 d以后提高混凝土强度程度仍没有 减弱， 而聚羧酸减水剂和萘系减水剂混凝土抗压强度在 2 8 d 后呈现缓慢增加。从图 3中可以看出， 当水胶 比为 0 4 5时， 这三种减水剂的混凝土抗压强度增加规律更加 接近， 聚羧酸减水剂和脂肪族系减水剂的混凝土抗压强 度稍高于萘系减水剂的混凝土强度。 芝 慧 出 龄期， d 图3 水胶比0 4 5 时三种9 t, J II 剂比较 龄期， d 图4 水胶比为0 5 时不同减水荆 比较 当水胶比为0 5 时， 如图4所示， 聚羧酸减水剂、 萘 系和脂肪族系减水剂对于混凝土的抗压强度增长规律 接近一致 ， 当混凝土养护时间达 2 8 d ， 混凝土抗压强度开 始缓慢增加 ， 并且此时三者对混凝土强度增加幅度相差 不多。在低水胶比时， 聚羧酸减水剂和脂肪族减水剂在 混凝土抗压强度方面具有显著效果 ， 随着水胶 比增加， 三种减水剂对混凝土抗压强度增加效果逐渐相接近。 这也说明， 在混凝土等级较低时， 分别掺入聚羧酸减水 剂、 萘系减水剂和脂肪族对混凝土抗压强度方面增加效 果相差不多。聚羧酸类减水剂始终保持后期结构的发 展是因为在水泥水化的碱性介质中， 减水剂分子链中的 活性基团与水泥水化生成c 离子生成不稳定络合物， 阻碍矿物最初相的析出， 减少了水化产物晶体的生成， 随着水化的缓慢进行 ， 水化产物的增加， 不稳定络合物 分解， 水泥水化继续进行， 减水剂分子对水泥水化的抑 制作用逐渐消失 。 2 2 不同砂率情况下抗压强度变化 从图 5中可以看出， 在保持混凝 土坍落度和水胶 比不变的情况下， 随着混凝土砂率增加， 掺入聚羧酸 系减水剂的混凝土 l d 、 7 d 抗压强度先增加再降低。混 d 暮 魑趟辖 胃 I i 芝 瓤 口 d W ， 越黑幽辖 低温建筑技术 2 0 1 3年第 4期( 总第 1 7 8期 ) 凝土砂 率从 3 7 增加 到 4 5 时 ， 混凝 土 1 d 、 3 d抗压强 度降低约4 M P a ， 混凝土 2 8 d抗压强度降低 2 M P a 。砂 率对掺入聚羧酸减水剂和葡萄糖酸钠缓凝组分对混 凝土强度影响较小， 随着砂率增加， 强度降低较小， 说 明混凝土内部空隙被增加的砂子填充的更密实， 增加 混凝土流动性也有助于使得 外加剂 成分有效分散 均匀 。 = 簸 趟 砂苹| 口 一l d- - o - - 3 d - 一 7 d 十1 4 d +2 8 d+5 6 d 图5 掺聚羧酸减 水剂混凝土强度发展 砂率 -一 1 d - - 3 d - 7 d l 4 d - 一 2 8d 一5 6 d 图6 掺萘系减水剂混凝土强度发展 砂率， +l d 一 - 3 d- 7 d 十l 4 d +2 8 d+5 6 d 图7 掺脂肪族减水剂混凝土强度发展 从图6中可看出， 在保持混凝土坍落度和水胶比 不变情况下， 掺人萘系减水剂的混凝土随着砂率的增 加。 1 d 、 3 d和 7 d的抗压强度是先增加再减小的过程， 砂率从 3 7 增加到4 0 ， 混凝 土 l d 、 3 d和 7 d抗压强 度增加约 2 M P a 。砂率从 3 7 变化到 4 5 ， 混凝土 2 8 d 抗压强度降低约2 M P a 。从图中还可以看出， 掺入萘系 减水剂混凝土在7 d 强度增加幅度非常的大， 由于萘系 还有 N a S O 成分 ， 起到激发增强的作用， 混凝土早期 强度增加很快。但相应表现出初始流动度较小且流 动度损失较大， 而对后期水泥水化程度影响较小 】 。 当砂率为4 0 时， 混凝土早期强度较高 ， 因为砂 子填充粗骨料空隙， 使得混凝土密实， 提高早期强度。 当随着混凝土龄期增加， 水泥水化程度增加， 水化产 物与骨料之间的界面更加紧密， 对于后期强度作用效 果较为 明显 。 从图7中可以看出， 掺脂肪族减水剂 的混凝土在 工作性能和水胶比不变的情况下， 混凝土随着砂率的 增加 ， 混凝土抗压强度逐渐降低 ， 其中混凝土 1 d 、 7 d的 混凝土强度先增加再 降低 的趋势。混凝土砂率从 3 7 变化到 4 5 时， 掺入脂肪族减水剂混凝土抗压强 度降低 3 7 MP a 。当砂率为4 0 时候 ， 掺脂肪族减水 剂的混凝土强度最高。 3结语 ( 1 ) 当水胶比为 0 3 6时， 聚羧酸减水剂和脂肪 族减水剂的混凝土5 6 d 抗压强度较 2 8 d抗压强度增加 1 1 5 1 5 8 ， 而萘系减水剂 5 6 d抗压强度较 2 8 d 仅增加 3 3 。 ( 2 ) 在水胶 比较低时， 聚羧酸和脂肪族减水剂 对混凝土抗压强度效果较好， 随着水胶比增加到 0 5 ， 三者减水剂对混凝土抗压强度的影响效果相接近。 ( 3 ) 砂率从 3 7 变化到 4 5 时， 掺人聚羧酸减 水剂和萘系减水剂的混凝土2 8 d抗压强度降低 2 M P a ； 掺入脂肪族减水剂混凝土抗压强度降低 3 7 M P a 。 参考文献 1 郭丽 芳 高效减水剂的研究进展 J 江西化 工， 2 0 0 4 ， ( 4 ) ： 1 4 2 王子明聚羧酸系高性能减水剂的钳备 M 北京： 中国建筑 工业出版社 。 2 O O 9 ： 1 2 31 2 4 3 随同波， 王晶混凝土高效减水剂作用机理新进展 J 】 中国 建材科技 ， 1 9 9 8 ， ( 4 ) ： 1 01 3 4 崔哗婷 脂肪族高效减水剂的合成及作用机理研究 D 北 京 ： 北京工业大学 ， 2 0 0 4， ( 4 ) ： 7 8 5 廖国胜， 邢江娣， 李三友 聚羧酸类减水剂在混凝土中的应用 研究 J 武汉科技大学学报， 2 0 0 8 ， ( 4 ) ： 2 1 4 2 1 7 6 尹训周 ， 杨 医博 聚羧 酸系减 水剂与萘 系减水剂对 比实验研 究 J 广东建材， 2 0 0 5 ， ( 3 ) ： 2 l 一 2 2 收稿日期】 2 0 1 2 1 2- 2 5 作者简介】 王子龙( 1 9 8 6一) ， 男， 哈尔滨人， 助理工程师， 从 事混凝士研究 1 = 作 。 日 d 至 、 龃黑三 E f 撂 善憾照幽