聚羧酸减水剂在C80高能混凝土中的应用研究.doc

聚羧酸减水剂在C80高性能混凝土中的应用研究（1.广东瑞安科技实业有限公司，广东 佛山 528000；2.佛山市高性能混凝土外加剂工程技术研究开发中心，广东 佛山 528000）摘要：本文以聚羧酸作为减水剂，粉煤灰、矿渣和硅灰作为掺合料，制备出了C80高性能混凝土，并探讨了掺合料的配比、砂率变化及外加剂品种对混凝土和易性及强度的影响。试验结果表明，矿渣掺量固定时，混凝土的和易性随粉煤灰掺量的增加有不断提高的趋势；粉煤灰的加入较为显著的降低了混凝土的早期强度；矿渣与混凝土总体替代水泥量的增加对混凝土28d强度的影响不明显。矿渣掺量固定时，试样的28d强度随粉煤灰含量的增加先增大后减小，在粉煤灰含量为20%时达到最大；增大砂率对混凝土的和易性改善也有较大作用，混凝土的坍落度随之增加。矿渣与硅灰双掺时混凝土的粘性明显较小，和易性明显优于单掺粉煤灰及粉煤灰和矿渣双掺的混凝土，且有随硅灰掺量增加而提高的趋势；未掺消泡剂时，硅灰的增强效果未能体现。掺加JS-3外加剂的混凝土的和易性及强度均优于掺加JS-2和JS-4的混凝土。关键词：聚羧酸减水剂；高性能混凝土；和易性1 引言随着混凝土技术的进步，人们期望混凝土具有更优异的性能，如高强度、高工作性和高耐久性。高性能混凝土的出现引起了国内外学者及工程师的兴趣，并且已经应用在海工结构、高层建筑、高架桥和防渗墙中1-3。国内对高强高性能混凝土的研究及应用起步较晚，但是近十年来高性能混凝土的研究和应用发展非常迅速。新型聚羧酸外加剂的出现促进了高性能混凝土的发展。与萘系、蜜胺类外加剂相比，新型聚羧酸高效减水剂具有不同的作用机理。其梳形分子结构的特点是主链上带有多个活性基团，并且极性较强，侧链带有亲水的活性基团。主链吸附于水泥粒子表面，通过电荷排斥将水泥粒子与水分开；侧链对水泥粒子和水进行空间阻隔，达到极高的减水率，并增加混凝土的粘聚性，改善混凝土的匀质性。主链越长，侧链越短的外加剂保持性能越好；主链越短，侧链越长的外加剂减水率越高；生产时可通过调整主链和侧链的长度，满足不同的混凝土工作性、保持性能和混凝土的粘度要求4。由于主链并不将水泥粒子表面全部覆盖，因此未覆盖部分可进行水化，随着碱度的增加，破坏了电荷排斥和空间阻隔，水泥可迅速水化，所以此种类型的外加剂既有较长的工作性保持性能，又不影响混凝土的正常凝结。正是由于其特殊的作用机理，在较低掺量的情况下能够极大地提高和有效地控制混凝土的工作性，混凝土塑化能够保持更长的时间，混凝土拌合物如液体般柔软，混凝土内聚力强（不离析、分散或泌水），同时可以根据要求制定工作时间和含气量。硬化后的混凝土具有高强、低收缩、低渗透、抗碳化和化学侵蚀、均匀一致的混凝土表面。本文以聚羧酸为外加剂，粉煤灰、矿渣和硅灰作为掺合料，制备出了C80高性能混凝土，并探讨了掺合料的配比、砂率变化及外加剂品种对混凝土和易性及强度的影响。2 试验原材料原材料：粤秀PII42.5R；台山I级粉煤灰，建通用II级粉煤灰；S95级磨细矿渣微粉；中砂，细度模数2.5，中粗砂，细度模数2.9；佛山管桩厂用525mm花岗岩碎石；水为自来水；JS-1， JS-2， JS-3， JS-4，本厂生产。3 结果与讨论3.1.1 不同配比粉煤灰和矿渣双掺时对C80混凝土和易性及强度的影响表1给出了粉煤灰和矿渣掺量不同时的配合比C80混凝土的配合比设计，表2反映了相应配合比混凝土的和易性及强度对比情况。由表1和表2可以看出，随着粉煤灰含量的增加，混凝土的和易性得以改善，但较为显著地降低了混凝土的早期强度，且随粉煤灰掺量的增加，3d强度不断降低；粉煤灰掺量较低（15%）时，矿渣掺量提高使得混凝土的和易性变差，而当粉煤灰的含量提高到20%以后，矿渣掺量增加，材料的和易性又得到提高；矿渣与混凝土总体替代水泥量的增加对混凝土28d强度的影响不明显。这是因为粉煤灰微颗粒的比表面积较大，使水泥充分扩散，水化反应后形成的孔隙率相对减小，和易性提高，但是粉煤灰的缓凝作用又会使得其早期强度较低；粉煤灰与矿渣双掺时，矿渣掺量较高时，其表面特性会造成混凝土离散性较大，保水性差，浆体下沉，导致料粘；当粉煤灰掺量同时增加到合适的比例时，由于粉煤灰和矿渣的叠加效应是混凝土的和易性增加，泌水得到改善，后期强度增长也较快。表1 C80混凝土的配合比设计编号水泥/kg/m3I级灰/kg/m3矿渣/kg/m3砂/kg/m3碎石/kg/m3水/kg/m3外加剂/kg/m313608011073010701358.2523308014073010701358.25333011011073010701358.25430011014073010701358.25530014011073010701358.25注：外加剂为JS-1，掺量1.5%。表2 不同配合比C80混凝土的和易性及强度对比编号坍落度/扩展度和易性抗压强度初始/mm1.5h/mm3d/MPa7d/MPa28d/MPa1245/630240/620流速较快58.772.686.32240/645240/620料粘57.271.587.53240/610245/600流速较快53.370.286.64230/650240/620流速较快52.069.386.45250/655240/620流速较快50.569.187.73.1.2 粉煤灰掺量及砂率变化对C80混凝土和易性及强度的影响固定用水量为136kg/m3；外加剂采用JS-1，用量为8.8 kg/m3；使用建通II级灰；矿渣微粉掺量固定为15%，即80 kg/m3。并通过变化粉煤灰用量以及调整砂率，以改善混凝土的和易性，试验结果如表3所示。由表3可以看出，粉煤灰用量增加不仅改善了混凝土和易性，还增大了混凝土流动性，但粉煤灰掺量过大降低了早期（3d）强度；矿渣掺量固定时，试样的28d强度随粉煤灰含量的增加先增大后减小，在粉煤灰含量为20%时达到最大；增大砂率对混凝土的和易性改善也有较大作用，混凝土的坍落度随之增加。这一结果说明，粉煤灰的缓凝作用会使试样的早期强度降低，矿渣掺量固定时，粉煤灰掺量需要一个合适的配比，过高或者过低都会导致材料的强度降低；砂率增加使其对粗骨料的包裹性提高，从而提高了混凝土的和易性。表3 粉煤灰掺量及砂率对C80混凝土性能的影响总胶材 /kg/m3水泥 /kg/m3II级灰/kg/m3砂率 /%坍落度/扩展度抗压强度初始 /mm1.5h /mm3d /MPa7d /MPa28d /MPa5503908040.5240/595250/58558.171.792.656037011040.5250/600245/59059.773.595.357035014040.5250/630250/60055.673.492.257035014041.5245/630250/62056.572.393.457035014042.5260/650250/62054.668.093.93.1.3 粉煤灰单掺，粉煤灰与矿渣及矿渣与硅灰双掺对C80混凝土性能的影响采用细度模数约为2.9的中粗砂进行试验，外加剂为LS-JS+PC-1各半（未加消泡剂）。考察了粉煤灰单掺，粉煤灰与矿渣及矿渣与硅灰双掺对C80混凝土和易性及强度的影响，试验配合比及结果如表4、5所示。从表中数据可以看出，矿渣与硅灰双掺时混凝土的粘性明显较小，和易性明显优于单掺粉煤灰及粉煤灰和矿渣双掺的混凝土，且有随硅灰掺量增加而提高的趋势；单掺粉煤灰混凝土的和易性比粉煤灰和矿渣双掺的要好；由于未加消泡剂，硅灰的增强效果未能体现，而掺加粉煤灰和磨细矿粉的混凝土，由于粉煤灰和磨细矿粉的消泡作用，混凝土强度较掺硅灰组没有明显差异。表4 粉煤灰单掺、粉煤灰与矿渣及矿渣与硅灰双掺的C80混凝土配合比设计编号水泥/kg/m3II级灰/kg/m3矿渣/kg/m3硅灰/kg/m3砂/kg/m3碎石/kg/m3水/kg/m3外加剂/kg/m31420180/74010301309.602380100110/7909901309.443430/1101074010801309.904420/11020740108013010.455390/14020740108013010.45表5 粉煤灰单掺，粉煤灰与矿渣及矿渣与硅灰双掺时C80混凝土的性能对比编号坍落度/扩展度抗压强度和易性初始 /mm1.0h /mm3d /MPa7d /MPa28d /MPa1240/600245/61068.378.995.8料粘2250/620260/63065.880.694.3料较粘3235/580230/57065.883.494.1粘性小，包裹性稍差4220/580230/56064.279.493.6粘性小，包裹性较好5240/590230/58063.079.596.9粘性小，包裹性较好3.1.4 掺不同外加剂C80混凝土的和易性及强度对比选用细度模数约为2.9的中粗砂，采用粉煤灰和矿渣双掺，考察了不同外加剂对C80混凝土和易性及强度的影响，试验配合比及结果如表6、表7所示。从表中数据可以看出，添加外加剂JS-3和JS-4的混凝土的和易性优于添加外加剂JS-2的混凝土；掺加外加剂JS-3的混凝土的早期强度（3d）低于其余两者，但其后期强度发展较快，28d强度略高于其余两者。这可能是由于JS-3比JS-2和JS-4具有更好的缓凝效果，其对水泥颗粒有更好的分散作用，能促使混凝土更加密实，强度增加。表6 C80混凝土的配合比设计水泥II级灰矿渣砂碎石水外加剂370/kg/m3100/kg/m3110/kg/m3700/kg/m31080/kg/m3131/kg/m38.12/kg/m3表7 掺不同外加剂C80混凝土的性能比较外加剂坍落度/扩展度抗压强度初始 /mm1.0h /mm3d /MPa7d /MPa28d /MPaJS-2230/595230/58065.677.294.2JS-3235/600240/60062.478.297.1JS-4245/605240/60066.678.895.04 结论用聚羧酸减水剂配制了C80高性能混凝土，并研究了掺合料的配比、砂率变化及外加剂品种对混凝土和易性及强度的影响，得出如下结论：（1）随着粉煤灰含量的增加，混凝土的和易性得以改善，但较为显著地降低了混凝土的早期强度，且随粉煤灰掺量的增加，3d强度不断降低；矿渣与混凝土总体替代水泥量的增加对混凝土28d强度的影响不明显。（2）矿渣掺量固定时，粉煤灰掺量需要一个合适的配比，过高或者过低都会导致材料的强度降低；砂率增加提高了混凝土的和易性。（3）矿渣与硅灰双掺时混凝土的粘性明显较小，和易性明显优于单掺粉煤灰及粉煤灰和矿渣双掺的混凝土，不加消泡剂时，硅灰的增强