聚羧酸减水剂对再生混凝土流动性影响正交试验设计.pdf

2 0 1 5 年 第 6期 (总 第 3 0 8 期 ) N u mb e r 6 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 6 0 2 2 聚羧酸减水剂对再生混凝土流动性影响正交试验设计 王玲玲。 宋学君，孙小巍， 刘锁，曹晓梭 ( 沈阳建筑大学 材料科学与工程学院， 辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 8 ) 摘要： 采用 L ( 3 ) 正交试验设计方案 ， 以再生骨料掺量、 水灰 比和聚羧酸减水剂掺量为因素， 分别选取相应合适的水平， 按照 国家标准方法进行再生混凝土坍落度和 2 8 d 抗压强度等相关性能测试并分析相关规律。 正交试验结果表明， 影响再生混凝土坍 落度的主次因素为再生骨料掺量 聚羧酸减水剂掺量 水灰 比。 对于再生混凝土的流动性， 再生骨料掺量是非常显著因素 ， 聚 羧酸减水剂掺量和水灰 比都是显著因素。 聚羧酸减水剂的加入可较大程度提高再生混凝土的 2 8 d抗压强度。 关键词： 再生混凝土； 聚羧酸减水剂； 坍落度； 抗压强度； 正交试验设计 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 8 8 0 2 E ffe c t s o f p o l y c a r b o x y la t e s u p e r p l a s t l c i z e r on t h e mo b i l i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e WA NG L i n g l i n g， S O N G X u e j u n， S U NX i a o w e i ， L I U S u o， C A O X i a o h u i ( I n s t i t u t e o f Ma t e ri a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g， S h e n y a n g J i a n z h u Un i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I t a d o p t e d Lq ( 3 ) o r t h o g o n al e x p e ri me n t d e s i g n t o a n a l y z e t h e i n fl u e n ti al f a c t o r s and r e l a ti v e l a ws a b o u t the p r o p e r t i e s s u c h a s s l u mp a n d 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f r e c yc l e d c o n c r e t e wh e n a dd i n g a p p r o p r i a t e p o l yc a r bo x y l a t e s u p e r pl a s t i c i z e r I n the a n a l ys i s t h e a d d i n g q u a nti t y o f r e c y c l e d a g g r e g a t e s ， wa t e r to c e me n t r a t i o a n d t h e a d d i n g q ua n tit y o f p ol y c a r b o x y l a t e s u p e r p l a s t i c i z e r a r e c h o s e n t o b e the f a c t o r s， wh i l e c o r r e s p o n d i n g s u i t a b l e l e v e l s a r e als o g i v e n r e s p e c tiv e l y Re s u l t s s h o w tha t f o r the mob i l i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e， t h e a d d i n g q u a n ti o f r e c y c l e d a g g r e g a t e s i s t h e mo s t d r a ma t i c f a c t o r ， the a d d i n g q u a n t i t y o f p o l y c a r b o x y l a t e s u p e r p l a s t i c i z e r s e c o n d l y a n d wa t e r t o c e me n t r a t i o t h i r d l y I n a d d i t i o n， po l y c a r b o x y l a t e s u p e r p l a s dc i z e r c a n g r e a t l y i mp r o v e t h e 28 d c o mp r es s i v e s t r e n g t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e Key wor ds： r e c y c l e d c o n c r e m； po l y c a r b o x y l a t e s u p e r pl a s t i c i z e r ； s l u mp； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h； o mh o g o n a l e x p e rime n t d e s i g n 再生混凝土是利用 旧建筑物拆下来 的废弃混凝土块 ， 经清洗 、 破碎 、 筛分和按一定 比例相互配合后 ， 作为部分或 全部骨料重新拌制 的混凝土。 合理应用再生混凝 土 ， 不但 可节省清运费用 ， 创造 良好的经济效益 ； 还可减少对环 境 的污染 ， 维护混凝土材料的可持续发展 。 通常 ， 再生骨料 棱角多 ， 表面粗糙 ， 组分 中还含有硬化的水泥砂浆 ， 因此吸 水率大 、 压碎指标高 ， 导致再生混凝 土的性能下降 。 聚羧酸减水剂是继 以木钙 为代表 的普 通减水剂和 以 萘系为代表的高效减水 剂之后发展起来 的第三代高性 能 减水剂 ， 是 目前世界上最前沿 、 科技含量最高 、 应用前景最 好 、 综合性能最优 的一种 高效减 水剂 ， 具 有高减 水、 高保 坍 、 低收缩 、 分子结构 可调性强 、 高性 能化潜力大等特 点 ， 成为当代混凝土技术 的热点问题 。 本试验尝试将聚羧酸减水剂引人再生混凝土 ， 通过其 分散效应和独特 的分子结构来改善再生混凝土 的内部 组 成结构 ， 在不同再 生骨料 掺量 、 不同水灰 比和不 同聚羧 酸 减水剂掺量条件下的再生混凝土配合 比设计 的基础上 ， 进 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 9 -0 1 基 金项 目： 沈 阳建筑大学 2 0 1 3年度大学生创新训 练计划项 目 88 行再生混凝土的坍落度 、 2 8 d 抗压强度等方面的性 能测试 并分析相关规律 ， 为再生混凝土更为合理广泛的应用提供 理论依据和技术 支持 。 1 试验 原材料 ( 1 ) 水泥 ： 本试验选用河北冀东水 泥厂的 P O 4 2 5 级 水泥 。 其化学组成和性能指标分别如表 1 和表 2所示 。 表 1 水泥的化学组成 ( 2 ) 细骨料 ： 选用河砂 ， 细度模数为 2 5 0 。 ( 3 ) 粗骨料 ： 天然粗骨料选用碎石 ， 再生粗骨料破碎后 进行筛分 ， 粒径范围均为 5 - 2 5 mm， 其物理力学性能如 表 3所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 粗骨料的物理力学性能 ( 4 ) 外 加剂 ： 本试 验选用 的聚羧酸减 水剂 ， 为棕色液 体 ， 固含量约 3 0 。 2试 验 方 法 2 1 试 验 方案 本试验采用 L 。 ( 3 ) 正交试验设 计方案 ， 以再 生骨料 掺量、 水灰比和聚羧酸减水剂掺量为因素， 并分别选取相 应合适的水平， 进行再生混凝土坍落度和 2 8 d抗压强度 等性能结果测试 。 试验方案如表 4所示 。 2 2性 能 测试 方 法 混凝土坍落度试验严格按照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 普 通混凝土拌合物性能试验方法标准 进行； 混凝土试件制 备 、 养护和 2 8 d抗压强度试验严格按照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行。 表 4 ( 3 ) 正交试验方案 3结果与讨论 3 1 再生混凝 土性能测试结果 再生混凝土的坍落度和 2 8 d抗压强度相关性能测试 结果如表 5 所示 。 表 5 再生混凝土性能测试结果 注 ： Nc 一未掺减水剂 的普通混凝土。 3 2再生混凝土坍落度分析 再生混凝土坍落度 的极差分析 和方差 分析结果 分别 如表 6和表 7所示 。 表 6 再 生混 凝土 坍落 度极 差分析 极差分析表明 ， 本试验设计 的正交试验方案中影 响再 生混凝土坍落度的主次 因素 为 ： A CB， 即再生骨料掺 量 聚羧酸减水剂掺量 水灰 比。 表 7再生混凝土坍落度方差分析 注： ( 2 ， 2 ) = 9 9 ， F o 9 5 ( 2 ， 2 ) =1 9 ， F o 9 o ( 2 ， 2 ) ： 9 。 从再生混凝土坍落度的方差分析可以看出， 再生骨料 掺量对再生混凝土坍落度的影响非常显著， 聚羧酸减水剂 掺量 和水灰 比对再生混凝土坍落度的影 响显著 ； 从 F值上 看再生骨料掺量对再生混凝土坍落度的影响最为显著 ， 其 次是聚羧酸减水剂掺量， 最后是水灰比。 一 般而言 ， 再生骨料 比天然骨料 的孔隙多 ， 吸水率 大， 所以在相同水灰比的条件下随着再生骨料掺量的增加， 再 生混凝土的坍落度会相应降低， 但由于加入了高减水率的 聚羧酸减水剂 ， 其独具特色的分散减水机理和许多支链产 生的空间位阻效应 ， 使得 即使在水 泥颗粒 表面的吸附 量较少 ， 依然可以实现较好 的塑化效果 ， 再 生混凝土 的流 动性 明显增加。 此外 ， 实践表 明， 由于聚羧酸 减水剂具有 超强 的保水 性能， 使新拌再生混凝土具有良好的黏聚性和保水性， 未 发生离析和泌水现象且在半个小时内坍落度基本不损失， 在获得一定流动性的同时具有 良好 的匀质性和稳定性 ， 因 此综合改善了再生混凝土的和易性。 3 3再生混凝 土 2 8 d抗压强度分析 从表 5中可 以看 出， 在本研 究设计 的正交试 验 中， 当 再生骨料掺量最低为 2 0 ， 水灰 比为 0 5 ， 聚羧酸减水剂掺 量为 1 O 时 ， 再 生混凝 土 的 2 8 d抗 压 强度达 到最 大 为 5 4 4 MP a ， 甚至比未加减水剂的普通混凝土提高了约4 ； 当再生骨料掺量最大取 6 0 ， 水灰 比最高取 0 6 ， 聚羧酸减 水剂掺量为 1 0 时， 再生混凝 土的 2 8 d抗压强度依然 可 达 5 0 1 MP a ， 约为普通混凝 土的 9 6 。 聚羧 酸减水 剂除明 显降低水灰比外， 主要是由于其分子结构特点决定的。 聚 羧酸减水剂分子结构 中含有一c O O。 、 一0 H等基 团 ， 易与 水泥水化析 出的 C a 2 形成 稳定 的络合物 ， 通过 化学键 和 胶凝材料强烈地黏结在一起 J ， 降低过渡区 c a ( O H) ： 的浓度 ， 增大胶凝材料和骨料间的黏结力 ； 此外 ， 聚羧酸减 水剂分子结构中含有较多的支链 ， 残 留在水泥水化形成的 凝胶孔 和毛细孔 中 ， 形成相 互交叉 的网状 结构 ， 且 支链 上 下转第 9 2页 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 波数 c m 图4 引发剂为【 l N i t ) 。 S O 。 ) 的r P E G型聚羧酸 减水剂的红外光谱 通 过 图谱 可知 ， 合 成 的醚 类 聚 羧 酸减 水 剂 分 别 在 2 5 9 2 、 2 5 9 5 、 2 6 0 5 、 2 3 4 3 c m 处 出现羟基吸峰 ， 在 2 9 2 7 、 2 9 2 2 、 2 8 5 2 、 2 9 2 7 c m 处出现 C H键吸收峰 ， 在 1 6 5 0 、 1 6 5 1 、 1 7 4 2 、 1 6 5 0 c m 处出现羧酸的羰基的特征吸收峰 ， 在 1 0 8 3 、 1 0 8 3 、 l 0 8 0、 1 0 8 5 c m 处出现醚键 吸收峰。 3 结 论 ( 1 ) 所合成 的聚羧酸减水剂 的最佳样 品： 单体 为 A P E G， 引发剂为 H O ： ， 掺量为2 0 。 合成的聚羧酸减水 剂在低掺量( 折固后为胶凝材料用量 的 0 2 ) ， 效果 为初 始水泥净浆流动度为 3 1 9 i n l n ， 3 0 mi n 后 2 9 0 r n l I l 。 ( 2 ) H O ： 为引发剂 的 A P E G系聚羧酸减水剂 的所 表 现 出的减水等性能要强于 T P E G系聚羧酸减水剂性能 。 过 硫 酸铵 为引发剂 的T P E G系聚羧酸减水 剂性能效 果要 明 上接第 8 9页 含有较强的极性基团m ， 使再生混凝土内部微电场分布 更加均匀 ， 从而有利于提高再生混凝土 的抗压强度 。 4 结 论 本研究通过 L 。 ( 3 ) 正交试验设计 ， 以再生骨料掺量 、 水灰 比和聚羧酸减水剂掺量为因素 ， 并分别选取相应合适 的水平 ， 进行再 生混凝 土坍 落度和 2 8 d抗压强度 等性能 测试 ， 得出如下结论 ： ( 1 ) 正交试验极差分析表明： 影响再生混凝土坍落度 的主次因素为再生骨料掺量 聚羧酸减水剂掺量 水灰 比。 ( 2 ) 正交试验方差 分析表 明： 对于再生混凝土 的流动 性， 再生骨料掺量是非常显著因素， 聚羧酸减水剂掺量和 水灰 比都是显著因素。 ( 3 ) 由于其独特的分子结构和分散效应， 聚羧酸减水 剂的加入可较 大程度提升再 生混凝土 的 2 8 d抗压强 度 ， 在一定掺量范围内接近甚至优于普通混凝土。 参 考 文献 ： 1 肖建庄 再生混凝土 M 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 8 2 肖建庄， 刘琼， 李文贵， V i v i a n T a m 再生混凝土细微观结构和 破坏机理研究 J 青岛理工大学学报 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 2 4 3 0 3 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： 自然科学版 ， 2 0 0 8 ， 3 1 ( 2 ) ： 2 1 4一 9 2 显强于 A P E G系聚羧酸减水剂的减水的性能 。 ( 3 ) 通过聚羧酸减水剂红外光谱 的测定 ， 可知所 合成 的聚羧酸减水剂具有羧酸 中的羰基 、 羟基 、 醚键 、 c H键 。 参考文献 ： 1 钱晓琳， 赵石林， 张孝兵 混凝土高效减水剂的性能与作用机 理 J 南京工业大学学报， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 2 ) ： 6 1 6 4 2 J G U I Mi a o m i a o ， F A N G Y u n h u i ， L I N Q i n g c h a n g ， e t a 1 T h e p r e p a r a ti o n r e s e a r c h o f p o w d e r p o l y c a r b o x y l a t e s u p e r p l a s t i c i z e r J Ap pl i e d Me c ha n i c s a n d Ma t e r i a l s 2 01 1： 717 8 3 李崇智， 李永德， 冯乃谦 聚羧酸盐系高性能减水剂的研制及 其性能 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 2 ( 2 ) ： 3 6 4 张明， 贾吉堂， 郭春芳， 等 丙烯酸代替甲基丙烯酸酯化聚合合 成聚羧酸减水剂的研究 J 化学建材， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 3 7 3 9 5 张明 ， 段彬 ， 贾吉堂， 等 新型聚羧酸系高性能减水剂的合成研 究 J 新型建筑材料， 2 0 1 0 ( 3 ) ： 8 4 8 7 6 王子明 聚羧酸系高性能减水剂 一 制备性能与应用 M 中国 建筑工业出版社 ， 2 0 0 9 ： 1 4 3 7 孙浩 聚羧酸 系减水剂的合成研究及应 用 D 江苏 ： 江南 大 学 ， 2 0 1 1 8 施里纳 有机化合物系统鉴定手册 M 北京 ： 化学工业出版 社 ， 2 0 0 7 ： 1 6 5 1 7 1 第一作者 ： 戴民( 1 9 7 3一) ， 男， 副教授。 联系地址 ： 沈阳市浑南新区浑南东路 9号( 1 1 0 1 8 8 ) 联 系电话 ： 1 3 9 9 8 8 0 2 9 1 2 2 1 7 1- 4 温金保， 王毅， 徐辉， 等 改性聚羧酸系高效减水剂对混凝土性 能的影响及应用 J 新型建筑材料， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 1 5 1 7 ， 5 7 5 霍雷 减水剂对混凝土工作性和强度的影响 D 哈尔滨： 哈尔 滨工程大学， 2 0 1 2 1- 6 曾榕彬 ， 张远航 F D N和聚羧酸系减水剂对混凝土性能的影响 研究 J 黑龙江交通科技， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 2 2 2 3 7 刘娟红， 高霞， 纪洪广 无机盐对硫酸盐与聚羧酸减水剂相互 作用的影响 J 沈 阳建筑大 学学报 ： 自然 科学版 ， 2 0 1 3 ， 2 9 ( 4 ) ： 6 8 7 6 9 2 ， 6 9 7 8 3 MA L A G A V E L L I V， P A T U R U N R S t r e n g t h a n d w o r k a b il i t y c h a r a c t e ris ti c s o f c o n c r e t e b y u s i n g d i f f e r e nt s up e r p l a s t i c i z e r s J I n t e r n a t i o n a l J o u r n N of Ma t e ri a l s E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 2 ， 2 ( 1 ) ： 7 1 1 9 王智， 胡倩文， 王林龙， 等 不同黏土对掺减水剂水泥净浆流动 度影响 J 沈阳建筑大学学报： 自然科学版， 2 0 1 3 ， 2 9 ( 5 ) ： 8 0 38 0 8 1 0 周云 减水剂对混凝土性能影响的试验研究 J 混凝土， 2 0 1 1 ( 1 1 )： 8 68 8。 9 1 第 一作 者 联系地址 联系电话 王玲玲( 1 9 7 9一) ， 女 ， 副教授， 博士在读， 从事土木工 程材料的教学和新型建筑材料的科研工作。 沈阳市浑南东路 9 号 沈阳建筑大学材料科学与工程 学院( 1 1 0 1 6 8 ) 1 3l 3 0 2 4 7 69 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m