聚羧酸型减水剂的复配对混凝土性能的影响

陈雁群

(江西省建筑材料工业科学研究设计院,江西 南昌 330001)

0 引文

随着高性能混凝土快速发展,聚羧酸型减水剂技术也取得了巨大的进步,聚羧酸型减水剂减水率高,坍性能优异,可保证混凝土的低收缩率。聚羧酸减水剂在生产过程中不掺入甲醛,绿色环保,不易燃,不易爆,可以安全使用火车和汽车运输。这些优点极大地推动了聚羧酸减水剂的应用。然而,实际工程应用中,聚羧酸型减水剂与不同种类的水泥作用存在适应性不良,致使其性能不能充分发挥出来,因此对聚羧酸型减水剂进行复配显得格外重要。本文将引气剂、消泡剂、聚羧酸型减水剂和不同缓凝剂进行复配,基于前期研究,确定消泡剂掺量,利用先消气后引气的掺入方法,选取基准聚羧酸型母液掺量,分别研究两种不同掺量和种类引气剂、缓凝剂对混凝土性能的影响,为获得混凝土性能的最优化提供数据支持。

1 试验

1.1 主要原材料

(1)水泥：试验采用江西高安红狮普通硅酸盐水泥P.O42.5,性能如下表1。

表1 水泥物理力学性能

(2)细骨料：赣江河砂,中砂,细度模数2.8；

(3)粗骨料：江西高安鸡公岭采石场,两级配,5-10,10-20mm碎石；

(3)聚羧酸减水剂：液态减水剂,固含量20%；

(4)引气剂：三萜皂甙类德固赛聚醚类高效引气剂,黄色粉末；

(5)缓凝剂：葡萄糖酸钠,工业纯,白色粉末,极易溶于水；柠檬酸钠,工业纯,白色结晶粉末,易溶于水。

(6)消泡剂：聚醚类液态。

1.2 混凝土配合比

本次试验基准混凝土配合比如下表2。

表2 混凝土基准配合比

1.3 试验方案和性能测试方法

混凝土坍落度、扩展度、凝结时间和含气量测试方法采用GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。混凝土抗压强度测试采用GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。

2 试验结果

2.1 德固赛引气剂、聚醚油脂消泡剂和聚羧酸型减水剂与不同缓凝剂的复配

结合以往试验研究,利用德固赛引气剂和聚醚消泡剂与聚羧酸型减水剂复配,采用先消后引的技术方案,先掺入消泡剂后,后将引气剂掺入至减水剂中,混凝土含气量比未掺入消泡剂低。聚醚消泡剂、德固赛引气剂和减水剂掺量分别为0.07‰、0.03‰和0.5%时,混凝土抗压强度最高,其中聚羧酸型减水剂和德固赛引气剂掺量为胶凝材料用量比例,消泡剂掺量为聚羧酸减水剂用量比例。

2.1.1 德固赛引气剂、聚醚消泡剂、葡萄糖酸钠和聚羧酸型减水剂复合配伍比例

表1 外加剂复合配伍比例

2.1.2 德固赛引气剂、聚醚消泡剂、柠檬酸钠和聚羧酸型减水剂复配(掺量见表2)

表2 外加剂复合配伍比例

2.2 对比研究混凝土性质

分别选用葡萄糖酸钠、柠檬酸钠不同掺量进行五组试验,研究掺加外加剂后混凝土坍落度、扩展度、凝结时间、抗压强度等技术指标。

2.2.1 坍落度和扩展度对比研究

图1 德固赛引气剂掺葡萄糖酸钠对混凝土度及损失的影响

图2 德固赛引气剂掺柠檬酸钠对混凝土坍落坍落度及损失的影响

图3 德固赛引气剂掺葡萄糖酸钠对混凝土扩展度及损失的影响

图4 德固赛引气剂掺柠檬酸钠对混凝扩展度及损失的影响

通过固定聚羧酸减水剂和聚醚消泡剂掺量,观察混凝土工作性能变化,由图1和图2可知：

(1)葡萄糖酸钠和柠檬酸钠掺量增加,混凝土初始坍落度先增大后趋于平稳,1h坍落度损失逐渐减少,掺入葡萄糖酸钠的混凝土坍落度损失较掺入柠檬酸钠要低,因此葡萄糖酸钠对混凝土保坍效果更好。

(2)“先消后引”技术方案可将混凝土不稳定气泡消除,掺入德固赛引气剂后,混凝土内气泡更稳定和均匀,由于气泡具有滚珠效应,可显著的改善混凝土的工作性能。

(3)葡萄糖酸钠和德固赛引气剂掺入量分别为0.06%和0.03‰时,混凝土坍落度和扩展度损失为0,葡萄糖酸钠和德固赛引气剂掺入量分别为0.08%和0.03‰时,凝土坍落度和扩展度损失才至0,因此,就对混凝土坍落度而言,葡萄糖酸钠较柠檬酸钠效果更理想,葡萄糖酸和德固赛引气剂理想掺入量为0.06%和0.03‰。

2.2.2 含气量对比研究

固定聚羧酸减水剂和聚醚消泡剂掺量,德固赛引气剂与不同种类缓凝剂复合配伍对混凝土含气量的影响如图5和图6所示。

图5 德固赛引气剂掺葡萄糖酸钠对混凝土含气含气量及损失的影响

图6 德固赛引气剂掺柠檬酸钠对混凝土含气含气量及损失的影响

(1)混凝土含气量的主要受聚醚和德固赛的掺入量影响,缓凝剂掺量对其影响不大。

(2)德固赛引气剂掺量为0.01%时,混凝土含气量低于基准混凝土含气量。随着德固赛引气剂掺量增加,混凝土初始与经时含气量均增加。较柠檬酸钠,掺入葡萄糖酸钠的复合减水剂后混凝土含含气量经时损失较更小,其中性能最优下德固赛引气剂和葡萄糖酸钠的掺量分别为0.03‰和0.06%。

2.2.3 混凝土凝结时间对比研究

固定聚羧酸减水剂和聚醚消泡剂掺量,德固赛引气剂与不同种类缓凝剂复合配伍对混凝土凝结时间的影响如图7和图8所示。

图7 德固赛掺葡萄糖酸钠对混凝土凝结时间的影响

图8 德固赛掺柠檬酸钠对混凝土凝结时间的影响

由图7和图8可知：

(1) 若缓凝剂掺量一样,较柠檬酸钠,掺入葡萄糖酸钠的混凝土初、终凝时间更长；

(2) 若缓凝剂掺量低于0.02%时,葡萄糖酸钠在缓凝效果较差,在掺量大于0.02%时,混凝土凝结时间明显增大；

(3) 在复合减水剂中,就凝结效果而言,葡萄糖酸钠掺量最优掺量为0.06%。

2.2.4 混凝土不同龄期抗压强度比对比研究

图9 相同水灰比下对混凝土3d强度的影响

图10 相同水灰比下对混凝土7d强度的影响

图11 相同水灰比下对混凝土28d强度的影响

固定聚羧酸减水剂和聚醚消泡剂掺量,德固赛引气剂与不同种类缓凝剂复合配伍对混凝土抗压强度的影响如图9、图10和图11所示,结论如下：

(1)掺加外加剂的混凝土组的3d、7d、28d混凝土抗压强度均高于相同配合比而未掺外加剂的空白混凝土。当掺入德固赛引气剂、聚醚消泡和两类缓凝剂后,不同龄期的混凝土强度均随掺量的增加而降低。

(2)随着龄期的增长,德固赛引气剂掺量增加,混凝土内部孔隙率增加,导致28d强度降低。

(3)不同缓凝剂复配组别中,掺入葡萄糖酸钠的混凝土的3d、7d、28d混凝土抗压强度最高,尤其是在低组合掺量的情况下,此时德固赛引气剂和葡萄糖酸钠掺量分别为0.01‰和0.02%。

3 结论

(1)德固赛引气剂、聚醚消泡剂、葡萄糖酸钠和聚羧酸型减水剂复配使用时,可以改善水泥与减水剂的相容性,拌合物工作性能能得到有效的改善。综合考虑混凝土各项指标,德固赛引气剂、聚醚消泡剂、葡萄糖酸钠和聚羧酸型减水剂最优掺量分别为0.03‰、0.7‰、0.06%和0.5%时。

(2)采用“先消后引”的技术方案,可优化混凝土拌合物的含气量和气泡质量,由于本次主要研究德固赛一种引气剂,水泥品种相对单一,整个试验也存在局限性,若后续进一步研究不同引气剂和聚羧酸型减水剂复配对混凝土拌合物的含气量和气泡质量的影响,需增加不同种类引气剂和标号水泥做为研究对象。