脂肪族减水剂对C40混凝土的改性作用研究

耿 国 帅

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

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脂肪族减水剂对C40混凝土的改性作用研究

耿 国 帅

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

结合南京市纬三路过江通道工程，在C40混凝土原始配合比基础上进行对比试验，研究不同掺量脂肪族减水剂对混凝土坍落度、坍落度经时损失以及抗压强度的影响，以充分发挥脂肪族高效减水剂的改性作用。

脂肪族减水剂，坍落度，混凝土强度，最优掺量

随着建筑工程的发展，混凝土技术的提高和应用领域的拓宽，外加剂已成为混凝土使用过程中不可缺少的组成材料，而减水剂则被公认为是继钢筋混凝土和预应力混凝土技术之后的第三次技术飞跃。减水剂对水泥颗粒有吸附分散作用、润滑作用和湿润作用,只要掺加很少量，就能使新拌混凝土的工作性显著改善，在坍落度基本相同的条件下，通过减少拌合用水量，减小水胶比，以达到增加混凝土强度和改善其耐久性的目的。

其中脂肪族减水剂是在20世纪80年代发展起来的一种高效减水剂,是以丙酮和甲醛为原料合成的水溶性磺化丙酮—甲醛缩合物(简称SAF)，其分子链中含有磺酸基亲水基团。由于对水的表面张力影响较小，所以SAF作为一种非引气的高效减水剂，具有减水率高、含气量低的特点，同时冬天无结晶沉淀现象，对钢筋无锈蚀作用，有利于制备高强、高性能混凝土。南京市纬三路过江通道盾构段在江中段采用双层盾构，盾构直径为14.5 m，内设上下层双向四车道；隧道主体C40混凝土主要用于立柱、纵梁、侧墙、防撞侧石以及排烟通道底板的现场浇筑，要求混凝土强度与和易性的良好统一，同时控制坍落度的经时损失。本文在C40混凝土的配合比基础上，拟从SAF最优掺量的选取以及对混凝土拌合物坍落度经时损失和抗压强度的影响两个角度出发，以便充分发挥SAF的改性作用，重视其在实际应用过程中的掺量与性能的研究，所采用的试验方法与所得试验数据对SAF在隧道工程中的推广应用具有一定的参考价值。

1 试验材料

1)水泥:盘固牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，强度54.2 MPa，标准稠度用水量为26.5%；2)细集料:江西赣江砂,Ⅱ区中砂，细度模数为2.6,含泥量为1.4%，泥块含量为0；3)粗集料:和县卓庙乡中山石料厂碎石，采用连续级配，掺配比例为小碎石(4.75 mm～16 mm)20%，大碎石(16 mm～26.5 mm)80%，含泥量为0.7%，泥块含量为0；4)粉煤灰：南京化电粉煤灰有限公司规格Ⅱ级粉煤灰，细度为15.3%，含水率为0.1%，无潮湿结块；5)外加剂：江苏百瑞吉新材料有限公司BRJ-Y2脂肪族高效减水剂，固质量为40%，推荐掺量为1%～2%；6)C40混凝土配合比：未掺加减水剂的情况下,水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶水=411∶56∶695∶1 043∶210，水胶比为0.45，坍落度为170 mm。

2 试验设计

所选脂肪族高效减水剂为液体，根据厂家推荐掺量设定掺量上下限数值，并以0.2%为阶段间距分为六组进行对比试验，另设立不掺加减水剂的空白试验组，试验编号为0，如表1所示。

首先通过水泥净浆试验计算不同掺量下各组减水率；然后结合隧道主体用C40混凝土，根据减水率确定用水量，测定并记录各组新拌混凝土的初始坍落度及坍落度经时损失；每个掺量制作两组标准试块，分别养护7 d，28 d龄期，并进行抗压强度试验，记录各组强度值。综合分析试验数据，确定SAF的最优掺量范围。

3 试验步骤

3.1 水泥净浆试验

按GB/T 1346—2001水泥标准稠度用水量凝结时间安定性测定方法的标准法对水泥净浆标准稠度用水量进行验证，用不变水量法测定加入不同掺量减水剂时水泥净浆标准稠度用水量，并计算各试验组减水率。1)称量水泥500 g，倒入净浆搅拌机锅内，准确称取加水量132.5 g，进行拌合，用水量应能使试杆沉入水泥净浆并距底板6 mm±1 mm，确定未掺加减水剂时标准稠度用水量为26.5%。2)保持水泥量500 g不变，按减水剂的掺量准确称取，与水一同加入，搅拌完毕装模后，用维卡仪测定试锥下沉深度s，根据公式：p=33.4-0.185s,计算不同掺量减水剂对应的标准稠度用水量p，结果精确到一位小数。3)计算各组减水率，结果精确到一位小数。按测定的减水率计算各组掺加减水剂的500 g水泥的实际用水量，准确称量后进行拌合，验证是否达到标准净浆稠度。4)若减水率超过15%，可预先扣减15%加水量，如表1中4组，5组，6组试验，最后将测得的减水率加上15%，即为外加剂的减水率，这样做可以减小试验误差。

表1 各组水泥净浆减水率测定

3.2 混凝土试验

在未掺加减水剂C40混凝土的基础上，根据不同掺量SAF的减水率(考虑组细集料的吸水，混凝土拌制过程中的减水率通常比水泥净浆中减水率小1%～2%)，经多次试配确定水灰比，将坍落度控制在170 mm～180 mm范围内，每组拌制25 L混凝土，测定各组混凝土初始坍落度及经时损失，制作标准试块，养护不同龄期后测定抗压强度值。

1)按照GB/T 50080—2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准的方法，用坍落度仪测定各组新拌混凝土的初始坍落度，拌制完成后1 h内，间隔20 min测定一次坍落度经时损失，精确到5 mm，并记录相应数据。

2)将不同掺量的拌合物制成尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的立方体标准试块各两组，放入温度为20 ℃±2 ℃、湿度为95%以上的养护室分别养护7 d和28 d，到龄期后按《水泥混凝土立方体抗压强度试验方法》进行混凝土试块抗压强度试验。记录试验结果，精确至0.1 MPa。

4 试验分析

4.1 SAF掺量对减水率的影响

如图1所示，在试验研究范围内，随着减水剂掺量的增加，减水率逐渐提高。掺量在1.0%～1.8%范围内，水泥净浆的分散性明显提高，减水率大幅提升；当减水剂掺量大于1.8%时，继续增加减水剂掺量，对水泥浆的分散性提高不明显，增加0.2%的掺量后,减水率只能增加0.5%，说明掺量在1.8%以上时，SAF中的阴离子表面活性基团在水泥颗粒表面上的吸附已经趋于饱和吸附点。因此掺量大于1.8%时，不能充分发挥SAF的减水效果。

以SAF的掺量与其对应的减水率作为数据源，将减水剂掺量作为自变量X，对应的减水率作为因变量Y，如图2所示，建立指数函数回归曲线，回归方程为：

如表2所示，其中A=-54.8，B=1.03，C=34.2，拟合曲线的可决系数R2=0.980，大于0.8，说明曲线拟合优度较好，应用回归分析模拟掺量与减水率之间的关系具有合理性，在实践应用中降低了减水剂掺量选取的盲目性，具有推广意义。

表2 指数回归函数参数值

4.2 SAF掺量对坍落度和抗压强度的影响

1)如表3所示，在C40混凝土中加入不同掺量SAF，根据减水率适当降低用水量后，新拌混凝土坍落度经时损失有所增加。主要是由于脂肪族减水剂与水泥的适应性不够理想，其次是加入减水剂后，用水量减少，在环境中水分挥发，同时游离水逐渐转化为水化产物的结合水，导致坍落度经时损失增加。减水剂掺量越大,用水量越少，坍落度经时损失就越明显。同一掺量的试验组，坍落度损失随时间呈递增关系。

2)对比空白试验组，SAF的掺加对混凝土早期强度增长非常有利，1组～6组7 d龄期的抗压强度值由28 d龄期强度值的60%增长到70%以上，第5组7 d强度值甚至可以达到28 d龄期的78%。同时混凝土后期强度也有不同程度的增长，减水剂掺量越大，28 d龄期抗压强度值越高。这是由于减水剂掺量增加，拌制混凝土用水量相应减小，拌合物中水灰比降低，使抗压强度不同程度提高。

表3 各组混凝土坍落度经时损失与抗压强度测定

5 结语

从施工角度考虑，为了方便现场浇筑，要求混凝土坍落度在140 mm～180 mm范围内，考虑从拌制完成到现场浇筑的时间，1 h之内的坍落度应保持在140 mm以上。如欲进一步提升混凝土的保坍性能，SAF还需配合其他减水剂使用以提升与水泥的适应性，在充分发挥其减水作用的同时减小坍落度经时损失，优化混凝土和易性。

从质量角度考虑，要求28 d抗压强度在50 MPa以上，如表3所示，减水剂掺量大于1.4%时，3组～6组拌制的混凝土试块均能满足该强度要求。隧道主体混凝土抗压强度值应尽可能提高，所以SAF掺量的选择上应尽量偏大。

从经济效益角度考虑，在试验研究掺量范围内，减水率随着SAF掺量的增加持续增长，当掺量高于1.8%时，由于离子趋于饱和，减水率增长不明显，SAF不能充分发挥其改性作用，造成一定程度的浪费。

综合施工、质量、经济三个方面分析，对于隧道主体用C40混凝土，SAF的最优掺量范围为1.6%～1.8%。合理选择外加剂的掺量，充分利用SAF的改性作用，对于配制高性能混凝土具有极大的应用价值，对于实现工程综合效益最大化有着重要意义。

[1]李 资，李江华.浅谈混凝土减水剂的发展.河南建材，2012(1)：7-9.

[2]朱新法.脂肪族磺酸盐减水剂合成方法综述.混凝土，2004(9)：34-36.

[3]熊大玉.国内减水剂新品牌的研究与发展.混凝土，2001(12)：53-54.

[4]赵 晖,傅文彦,王 毅，等.脂肪族高效减水剂的合成及其分散性能研究.新型建筑材料，2005(9)：90-91.

[5]王 雷.混凝土外加剂减水率的快速测定方法.混凝土，2001(2):33-35.

[6]温汉美.混凝土坍落度损失的原因及对策.四川建材，2006(6):3- 4.

Study of aliphatic water reducer’s performance for C40 concrete

Geng Guoshuai

(CCCCTunnelEngineeringCo.，Ltd,Beijing100088，China)

According to the tunnel crossing river of Weft Three Road in Nanjing, based on mix proportion of C40 concrete, this paper which employs contrast test, shows that different percent of aliphatic admixture produce different effect on concrete slump, slump constant loss and compressive strength. In order to develop the ability of aliphatic efficient admixture as completely as possible.

aliphatic admixture, slump, concrete strength, optimal content

1009-6825(2015)01-0117-02

2014-10-27

耿国帅(1990- )，男，助理工程师

TU528.042

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