浅谈减水剂对混凝土性能的影响Word下载.docx
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Abstract:
thispapermainlystudiesthesuperplasticizerandcompositewaterreducingagent(earlystrengthagent+superplasticizer)toimprovetheperformanceofcementconcrete,themajorresearchsuperplasticizerandcompositewaterreducingagentinconcreteworkability,settingtimeandintensityofinfluence.
Keywords:
highefficiencywaterreducingagent;
Earlystrengthagent;
Workability;
Strength;
Settingtime
1.前言
混凝土中使用外加剂已被公认为是提高混凝土的强度、改善性能、节约水泥用量及节省能耗等方面的有效措施。
最早使用的外加剂主要为氯化钙、氯化钠和石膏等无机盐类。
二十世纪三十年代,美国、英国、日本等国家已相继在公路、隧道、地下等工程中开始使用引气、防冻等外加剂。
随着混凝土制品品种日益增多、结构日趋复杂、构筑物向大型化发展,出现了许多超大型的特种结构物(如海上钻采平台,大跨径桥梁,运输液化天然气的水泥船,混凝土塔等),仅仅依靠振动、加压、真空等工艺已不能满足工程施工的要求。
目前国内外对混凝土的研究一般聚焦在个案,即对用于一些特殊用途的混凝土的研发。
而当前市场上对混凝土的高强、高耐久性、绿色环保等特性与混凝土中采用的减水剂、稳定剂、早强剂等之间关系的系统研究却很少。
本文主要探讨单掺减水剂以及复合减水剂和早强剂对新拌混凝土的工作性、凝结时间和力学性能的影响。
2.试验材料和方法
2.1试验材料
(1)水泥
在试验过程中所用的水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥。
其主要的物理参数如表1所示。
表1水泥的参数
试验项目烧失量(%)标准稠度用水量(%)凝胶时间安定性抗折强度
(MPa)抗压强度
(MPa)
初凝终凝3d28d3d28d
试验结果0.8525.03h15min4h05min合格3.16.713.436.2
(2)粗集料
本试验采用石子的颗粒粒径为6~11mm,具体的技术指标见表2所示。
表2粗集料技术指标表
检测
项目表观密度
(Kg/m3)堆积密度
(Kg/m3)含泥量
(%)泥块含量
(%)针片状颗粒含量
(%)压碎指标
(%)
检测结果251013800.60.02.88.5
(3)细集料
本试验采用中砂,其细度模数为2.52。
(4)减水剂
本试验采用了两种减水剂,一种是聚羧酸减水剂,掺量为0.4%~2.5%;
另一种是萘系减水剂(FDN),掺量为0.5%~1.0%。
(5)早强剂
本试验采用的早强剂主要是:
氯化钙、三乙醇胺
2.2试验方法
试验中的配比为:
水泥:
砂:
石:
水=1:
2:
1.89:
0.35,聚羧酸减水剂掺量为0.6%~1.0%,FDN掺量为0.5%~1.0%;
早强剂的掺量为1%~5%。
(1)坍落度测定[2]:
将拌合均匀的混凝土分三层装入坍落筒内,每层装入时用捣棒在每一层的横截面上均匀插捣25次。
当顶层插捣完毕后,将捣棒用锯和滚的动作,清楚多余的混凝土,用镘刀抹平筒口,刮净筒底周围的混凝土。
而后立即垂直提起坍落筒,用小钢尺量出坍落筒顶面至试件顶面最高点的垂直距离,即为混凝土的坍落筒,精确至1mm。
(2)凝结时间测定[2]:
采用标准法维卡仪进行测定水泥净浆的凝结时间。
(3)抗压强度测定[3]:
本文采用的是100mm×
100mm×
100mm的立方体试件,则其立方体抗压强度的换算系数为0.95,换算为标准尺寸下(150mm×
150mm×
150mm)试件的抗压强度。
3.试验结果与分析
3.1减水剂对混凝土性能的影响
水加入水泥中,水泥中的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙在水化过程中会产生一些絮凝状结构[4]。
这些絮凝结构将水包裹住,使单位体积混凝土内的自由水含量减少,从而就会降低了混凝土的工作性。
若在混凝土中加入适量的减水剂,其内部的憎水基团机会定向吸附于水泥颗粒表面,而亲水基团指向水溶液,构成了单分子或多分子吸附膜。
由于表面能活性剂的定向吸附,使水泥胶粒表面上带有相同符号的电荷,于是在电性斥力的作用下,不但能使水泥-水体系处于相对稳定的悬浮状态,而且能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体,从而将絮凝状凝聚体内的游离水释放出来,达到减水的目的,从而就会改变拌合物的流动性[5]。
3.1.1减水剂对混凝土流动性的影响
图1减水剂对混凝土流动性的影响
从图1中可以看出,不管是掺FDN还是聚羧酸减水剂,混凝土的流动性都得到了提高,在提高流动性的贡献方面:
聚羧酸减水剂>
FDN。
混凝土的流动度随着减水剂掺量的增加而逐渐增加。
3.1.2减水剂对混凝土凝结时间的影响
减水剂虽然有利于混凝土流动性的提高,但是同时也延长了混凝土的凝结时间。
为了比较减水剂对混凝土凝结时间的影响,在试验的过程中采用不同种类的减水剂及减水剂掺量也不同,其试验结果如图2所示。
图2减水剂对混凝土凝结时间的影响
从图2中可知,掺加聚羧酸减水剂的混凝土比掺加FDN的凝结时间延长的幅度大,但是随着两种减水剂掺量的增加,混凝土的凝胶时间均有不同程度的延长,这主要是由于掺入减水剂后,水泥石的孔结构有所改变,毛细管孔径变小,则使孔内蒸汽压降低,水分更不易逸出,将影响到水化反应速度;
另外,水泥颗粒表面吸附的一层减水剂溶剂化膜,对水分的扩散也起到阻碍作用,因而水分子向水化产物层内的水泥颗粒扩散更加困难,故其水化速度将有所减慢,从而掺加减水剂的混凝土的凝结时间会延长。
尤其是掺聚羧酸减水剂的混凝土随着掺量的增加,其终凝时间延长的幅度比较大。
3.1.3减水剂对混凝土抗压强度的影响
图3减水剂对混凝土凝结时间的影响
从图3中可以看出,掺加聚羧酸系减水剂的混凝土的强度明显高于掺加FDN的强度,并且随着两种减水剂掺量的增加,其抗压强度也注浆增加。
掺加减水剂的混凝土3d、7d的抗压强度比未掺减水剂的混凝土的强度增加的幅度比28d增加的幅度大。
这主要是因为减水剂的掺入,可使混凝土中内部孔隙体积明显减少,混凝土更为致密,则混凝土的抗压强度会显著提高。
3.2复合减水剂对混凝土性能的影响
由上面的试验结果分析可以得到在减水剂不仅能提高混凝土的流动性,还能提高混凝土的强度,尤其能提高混凝土的早期强度,但是它能引起混凝土凝结时间的延长,现在很多施工单位为了压缩施工工期,喜欢采用提高混凝土性能的基础上又能缩短凝结时间,所以在这里在考虑在掺入一定量的减水剂的早强剂,这样不仅能缩短凝结时间,而且还能提高混凝土的早期强度。
由前面的试验结果发现,聚羧酸减水剂在提高混凝土流动性和强度方面提高程度比FDN的好,所以试验采用两种种方案:
①氯化钙+聚羧酸;
②三乙醇胺+聚羧酸。
3.2.1复合减水剂对混凝土流动性的影响
图4复合减水剂对混凝土流动性的影响
从图4中可以,三乙醇胺与聚羧酸复合之后的流动度比氯化钙与聚羧酸复合的流动度大,这说明在提高混凝土流动性方面,三乙醇胺与聚羧酸的相容性比较好。
复合减水剂随着减水剂掺量的增加,其流动度也逐渐增加,但是其增加的幅度并不是很明显。
3.2.2复合减水剂对混凝土凝结时间的影响
图5复合减水剂对混凝土凝结时间的影响
从图中可以看出,聚羧酸系减水剂中掺加三乙醇胺之后,混凝土的凝结时间比未掺外加剂的混凝土的凝结时间算,并且随着聚羧酸系减水剂掺量的增加,混凝土的凝结时间也逐渐增加。
而聚羧酸系减水剂中掺加氯化钙之后,混凝土的凝结时间在减水剂掺量为0.8%时,其凝结时间小于未掺外加剂的凝结时间,当减水剂的掺量增加到2%时,其凝结时间长于未掺外加剂的凝结时间。
3.2.3复合减水剂对混凝土强度的影响
图6复合减水剂对混凝土强度的影响
从图6中可以看出,聚羧酸系减水剂中掺加三乙醇胺之后,混凝土的强度比未掺外加剂的混凝土的强度提高的幅度比掺氯化钙的幅度大。
这主要是因为三乙醇胺能显著降低水泥浆的表面张力,有加速湿润及渗透的作用,可时水泥颗粒的Zeta电位迅速增加,即促进了钙矾石的形成,有利于水泥矿物的溶解,加速水泥的水化反应,从而使其混凝土的强度提高比较明显。
4.结论
(1)相对于FDN来说,聚羧酸系减水剂的凝结时间更长,但是其流动性更好,抗压强度更高;
两种减水剂均能提高混凝土的强度。
相比之下,在配制高性能混凝土时,宜选用聚羧酸系减水剂。
(2)对于复合减水剂,随着聚羧酸掺量的增加,混凝土的凝结时间先减小后增加;
混凝土的流动性和抗压强度均随着聚羧酸减水剂掺量而逐渐增加,聚羧酸减水剂与Cacl2复合之后,当减水剂的掺量为1.5%和2%时,其3d和28d的强度均低于未掺外加剂的强度,当减水剂的掺量为0.8%时,能提高混凝土的强度。
聚羧酸减水剂与三乙醇胺复合之后,当减水剂的掺量为0.8%、1.5%和2%时,其强度均高于未掺外加剂的混凝土的强度。
通过试验数据可以看出,聚羧酸系减水剂与三乙醇胺的相容性好于Cacl2。
参考文献
[1]张冠伦,张云理.混凝土外加剂原理及其应用技术[M].上海:
上海科学技术文献出版社,1985.
[2]JTGE30-2005,《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》[S].北京:
人民交通出版社.
[3]GB/T50081-2002,《普通混凝土力学性能试验方法标准》[S].北京:
[4]申爱琴.水泥与水泥混凝土[M].北京:
人民交通出版社,2000.
[5]陈建奎,混凝土外加剂的原理与应用[M].北京:
中国计划出版社,2004.4.
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