綠色高性能混凝土外加劑的研究與應(yīng)用

陳軍超 蔡其全 李 萍 宋明健 張建兵(中國十九冶成都建設(shè)有限公司，四川 成都610091）

1 引言

綠色高性能混凝土是指采用先進(jìn)的現(xiàn)代化混凝土技術(shù)，在質(zhì)量管理?xiàng)l件下，盡量少占用天然資源和能源，大量使用工業(yè)廢棄物和城市垃圾制成的具有優(yōu)良耐久性、工作性和經(jīng)濟(jì)適用性的混凝土[1]。綠色高性能混凝土是混凝土未來發(fā)展的方向，為適應(yīng)綠色高性能混凝土發(fā)展的需要，混凝土外加劑也應(yīng)向綠色化方向努力。本文以聚羧酸減水劑為復(fù)配母體，分別從聚羧酸高性能減水劑的作用機(jī)理、復(fù)配方案選擇、復(fù)配試驗(yàn)等幾個方面，對綠色高性能混凝土外加劑進(jìn)行了一定的探索。

2 聚羧酸高性能減水劑的作用原理

聚羧酸系高性能減水劑的作用機(jī)理包括以下三個方面[2]。

1)靜電斥力理論：在水化初期，水化礦物C3A、C4AF的水化是水泥顆粒表面帶正電荷，對聚羧酸系高效減水劑分子解離形成的（-SO3H）、(-COOH)等負(fù)離子的吸附作用較強(qiáng)，此時反離子對在水泥顆粒表面的吸附占主導(dǎo)地位，從而使水泥顆粒因靜電斥力作用而分散，水泥—水體系處于穩(wěn)定的分散狀態(tài)，宏觀表現(xiàn)為摻減水劑水泥凈漿和混凝土具有較高的初始流動性。隨著水化程度的加深，水化礦物C3S、C2S的水化使水泥顆粒表面帶負(fù)電荷，對減水劑分子的吸附作用較弱，水泥顆粒間的靜電斥力作用減弱，此時水泥—水體系的有效分散將不再依賴于靜電斥力作用。

2）Macker空間位阻效應(yīng)理論：聚羧酸系高效減水劑分子呈梳形、多支鏈立體結(jié)構(gòu)，主鏈帶多個極性較強(qiáng)的活性基團(tuán)，側(cè)鏈帶有親水性的活性基團(tuán)，且側(cè)鏈較長、數(shù)量多，所以該類減水劑在水泥顆粒表面呈齒狀吸附，易在水泥顆粒表面形成較厚的立體吸附層，在水泥顆粒間形成龐大的立體障礙，從而有效阻滯水泥顆粒的直接碰撞與物流凝聚，阻滯、延緩水泥的水化進(jìn)程，提高水泥——水體系的分散性和分散保持性，宏觀表現(xiàn)為水泥凈漿流動度和混凝土坍落度經(jīng)時損失小。

3）反應(yīng)性高分子釋放理論：一方面，聚羧酸高效減水劑的分子結(jié)構(gòu)中有內(nèi)酯、酸酐、酰胺等反應(yīng)性基團(tuán)，在某種程度上具有反應(yīng)性高分子的特性，可在混凝土堿性環(huán)境中發(fā)生水解反應(yīng)，不斷補(bǔ)充由于水泥顆粒水化、吸附造成的減水劑濃度下降；另一方面，減水劑分子結(jié)構(gòu)中的含聚氧化烯基鏈節(jié)的長側(cè)鏈在堿性水溶液環(huán)境中容易斷裂，生成更低分子量的產(chǎn)物，但不改變分子結(jié)構(gòu)，從而有利于提高減水劑的分散保持性，也即有利于控制水泥凈漿流動度和混凝土坍落度的損失。

3 實(shí)驗(yàn)用高效減水劑和其他材料的選擇

本實(shí)驗(yàn)所采用的幾種聚羧酸減水劑選自4家相對有實(shí)力和規(guī)模的聚羧酸系減水劑生產(chǎn)廠家。廠家編號分別以A、B、C、D表示。

水泥：四川某廠生產(chǎn)的某種型號水泥；細(xì)骨料：標(biāo)準(zhǔn)砂。

4 聚羧酸減水劑的復(fù)配方案

聚羧酸減水劑的復(fù)配方案采取與緩凝組分復(fù)配和與引氣組分復(fù)配兩種方式。

5 聚羧酸減水劑的復(fù)配實(shí)驗(yàn)

復(fù)配實(shí)驗(yàn)過程中，要注意各組分的摻合量，比如在進(jìn)行緩凝組分復(fù)配的時候，量過少則達(dá)不到緩凝的效果，量過多又過度延長了緩凝時間并影響到混凝土的后期強(qiáng)度；在進(jìn)行引氣組分復(fù)配的時候，量少則達(dá)不到引氣的效果，量大又會造成混凝土強(qiáng)度的損失。

1）凈漿試驗(yàn)。選擇四川某廠水泥，然后把4個廠家的聚羧酸減水劑樣品做相同摻合量的凈漿試驗(yàn)，分別測定其流動性、減水率、凝結(jié)時間和進(jìn)行和易性的考察，選擇綜合性能優(yōu)異的兩種進(jìn)行下一步的復(fù)配實(shí)驗(yàn)。凈漿試驗(yàn)的結(jié)果見表1。

表1 四個廠家聚羧酸減水劑的凈漿試驗(yàn)結(jié)果

綜合以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇廠家編號為B和D的兩種減水劑作為后續(xù)試驗(yàn)的母體減水劑。

2）B廠聚羧酸減水劑復(fù)配實(shí)驗(yàn)。先將B廠減水劑分成B1、B2、B3、B4四個編號的樣品，然后再選擇不同摻合量的緩凝組分和引氣組分與五個樣品進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 B廠不同復(fù)配樣品的凈漿試驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，B2樣品外加劑的復(fù)配方案情況最好，其中復(fù)配后的流動性提升了10mm,大大增加了可泵性，減水率上升了7個百分點(diǎn)，聚羧酸減水劑與緩凝劑、引氣劑的減水效果實(shí)現(xiàn)了完美的疊加，另外，砂漿凝結(jié)時間非常適用于夏季炎熱的施工環(huán)境。B1摻合量過少，導(dǎo)致了減水效果不理想，B3、B4摻合量過大，導(dǎo)致緩凝時間的過長影響施工進(jìn)度，且出現(xiàn)了泌水現(xiàn)象。

3）D廠聚羧酸減水劑復(fù)配實(shí)驗(yàn)。方法同②，詳細(xì)結(jié)果見表3。

表3 D廠不同復(fù)配樣品的凈漿試驗(yàn)結(jié)果

由表3可見，D3效果最為理想。

對比表2和表3，B2的減水率高于D3，所以下一步選擇B2復(fù)配樣品進(jìn)行混凝土C60F350W10等級混凝土的3個配比試驗(yàn)以測試其各種性能。其他材料選擇：四川某廠某種型號水泥；四川某廠Ⅰ級粉煤灰；硅粉；碎石。B2復(fù)配樣品的摻合量為1.2%，性能試驗(yàn)分別混凝土的坍落度、力學(xué)性能和耐久性三個方面。試驗(yàn)結(jié)果分別見表4、表5、表6。

表4 摻合1.2%B2樣品的混凝土坍落度損失試驗(yàn)結(jié)果

表5 摻合1.2%B2樣品的混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果(C60)

表6 摻合1.2%B2樣品的混凝土耐久性試驗(yàn)結(jié)果(時間:28d)

由表4可以看出：B2復(fù)配樣品的和易性和防止坍塌的性能非常好。

由表5可以看出：B2復(fù)配樣品的力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求。

由表6可以看出：B2復(fù)配樣品的耐久性能良好。

6 B2復(fù)配外加劑的應(yīng)用實(shí)例

某建設(shè)場地建筑面積為24454m2，混凝土澆筑量為30078m3。其地下室施工時間定為120天。地下室承臺底板區(qū)域分為12段，設(shè)有一條后澆帶，四條施工縫，施工控制在16天內(nèi)完成，即每段施工各4天。根據(jù)地下室承臺底板及外墻澆筑循環(huán)時間計(jì)算，混凝土初凝時間必須大于6.8小時，設(shè)計(jì)抗?jié)B等級P10、C60，坍落度17～18cm。本地下室工程通過摻用B2復(fù)配外加劑收到了良好的效果。工程竣工后獲得了市優(yōu)秀樣板工程。此應(yīng)用實(shí)例證明：通過本實(shí)驗(yàn)制得的B2復(fù)配外加劑可稱得上是一種具有高實(shí)用價值的高性能混凝土外加劑。

7 結(jié)論

通過多次復(fù)配效應(yīng)試驗(yàn)，最終得到的B2復(fù)配樣品外加劑的各種性能指標(biāo)都滿足高性能混凝土外加劑的各種要求，可以運(yùn)用在實(shí)際的工程中。

[1]劉娟紅，宋少民.綠色高性能混凝土技術(shù)與工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2011.15-16.

[2]劉娟紅，宋少民.綠色高性能混凝土技術(shù)與工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2011.87-88.