脂肪族高效减水剂与缓凝剂对混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 1年 第 4 期 (总 第 2 5 8 期) Nu mb e r 4i n 2 01 1 ( To t a l No 2 5 8) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 1 ． 0 4 ． 0 2 3 脂肪族高效减水剂与缓凝剂对混凝土性能的影响 李贞，韩立军 ，贾文亮，夏继宗 ( 中国矿业大学 深部岩土力学与地下丁程 国家重点实验室 ，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ) 摘要 ： 通过脂肪族系 高效减水剂 与三聚磷 酸钠 、 葡萄糖酸钠 、 糖钙 3种缓凝剂复合 ， 研 究其 复合后对混凝土减水率 、 坍 落度 经时损 失 、 抗压强度和抗 氯离子渗透性能的影响 。 研究表 明 ： 与单独使用脂肪族系减水剂相 比 ， 复合适 当缓凝 剂能显著提高混凝土性 能 ， 降低施 工成 本 ； 脂肪族系减水剂用量相同时 ， 缓凝剂的种类 和掺量 对混凝 土的强度和抗氯离子渗透性能影响较大。 关键词 ： 脂肪族 系高效减水剂 ；缓凝剂 ；复合效应 ；耐 久性 中图分类号 ： T U5 2 8 ．0 4 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 4 — 0 0 8 3 — 0 3 I n f l uen c e s o f c om bi na t i on of a l i ph a t i c t yp e s upe r —pl a s t i c i ze r an d r e t a r de r s on con c r e t e pe r f or man c e L I Z h e n ， H ANL i -j u n， J I A We n — l i a n g， XI A J i - z o n g ( S t a t e Ke y L a b o r a t o r y f 0 r Ge o me c h a n i c s a n d De e p Un d e r g r 0 u n d E n g i n e e r i n g ， C h i n a Un i v e r s i tyo f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ， C h in a ) Abs t r a c t ：I t i s r e s e a r c h e d t o t h e i n fl u e n c e s o f t h e wa t e r — r e d u c ing r a t e of c o n c r e t e， t h e c o l l a p s e l o s s b y t i me a n d i t s c o mp r e s s i o n s t r e E Ig t h t h r o u g h c o mp o u n d e x p e r i me n t s o f a l i p h a t i c t y p e s u p e r - p l a s t i c i z e r wi t h s o d i um t r i p olyp h os p h a t ， c a l c i u m g l u c o n a t e a n d s o d i u m g l u t a ma t e ．Th e r e s u l t s s h o we d t h a t c o mp a r e d wi t h o n l y u s i n g a l i ph a t i c t y p e s u p e r — pl a s t i c i z e r ， c o m p o s i t i n g a pp r o p r i a t e r e t a r d e r c o u l d m a r k e d l y i mp r o v e t h e p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e a n d l o we r c o n s t r u c t i o n c o s t ． I n t h e s a me a mo u n t o f a l i p h a t i c t y p e s u p e r — p l a s t i c i z e r ， t h e k i n d a n d q u a n t i ty o f r e t a r d e r c o ul d i n flu e n c e t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e， a n d t h e c hl o r i d e i o n d i f fus i o n c o e ffi c i e n t ． Ke y w or ds ： a l i p h a t i c t yp e s u p e r — pl a s t i c i z e r ； r e t a r d e r ； c o mp o s i t i o n e ffe c t ； d u r a b i l i t y 0 引言 在现代 混凝 土工程施工 中 ， 高效减水剂是使用量最 大的外 加剂。 然而随着高性 能混凝土 的 现 ， 单一成分 减水剂 的使 用 存逐渐减少 ， 其主要是 作为减水 组分配制 多功能复合减 水剂 ， 如在减水剂 巾加入缓凝剂 、 早强剂 、 引气 剂和阻锈剂 等l l _ 。 高效 减 水剂 其他J l- D i~ 剂本身 的性 能及其 与水 泥的相容性 决定 r 新拌混凝土 的T作性能 ， 进而影响着混凝土的力学性能与耐 久 性【 2 ] 本文主要探 讨了脂肪族 系高效减水 剂与多种缓 凝剂复合 的 口 『 行性 ， 并通 过试 验研 究了减水 利与缓凝 剂的复合对混凝土 减水率 、 坍落度 、 抗压强度 以及抗氯离子侵蚀能力 的影 响 ， 得 出 两种外加剂的优良复配合比案， 以助于提高混凝土T程的应用 水平 。 1 试验 材料 水 泥 ： 徐 州 巨龙水 泥厂 生产 的 P 0 5 2 ． 5 R级水泥 ， 物 理性 能及化学成分 ， 见表 1 、 2 。 葡萄糖酸钠 、 三聚磷酸钠 、 糖钙 3种缓 凝剂 ； 细砂 ， 碎石的性 能指标 ， 见表 3 。 汀苏特密斯混凝土外加剂 有限公司生产的特密斯 T MS — Y Z型 ( 液 ) 脂肪族 系高效减水剂 ， 含 同量 3 2 ％， 主要技术质量指标 ， 见表 4 。 表 1 试验水泥物理性能 表 2 试验水泥化学成分 ％ S i O 21 3 5 A1 2 03 F c 2 03 Ti O2 Ca O M g O S O3 S O2 Lo s s 2 试验设备 N J 一 1 6 0 型水泥净浆搅拌机 ， 混凝土振动 台， YP 2 0 2 N型电子 天平 ， H J W6 0型混凝土强制 式搅 拌机 ， NY L 一 6 0型压力试验机 ． J J — s型水泥胶砂搅拌机 ， 3 0 0 mm坍落度筒和北京金比林高新 技_术有限公司生产的混凝土渗透性电测仪 NE L — P D R。 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 1 1 — 1 1 3 试验 结果与分析 3 ． 1 混凝 土坍 落度 试验 每立方米混凝土中 料用量为： 5 2 ． 5 级水泥 3 8 5 k g 、 水 1 8 4 k g 、 中砂 7 7 5 k g 、 碎石 1 0 5 0 k g ， 水灰 比为 O ．4 8 。 按照 G B ／ T 5 0 0 8 O 一 2 0 0 2 ~ 普通 混凝 土拌合物性能试验方法标准》 ， 测定掺 外加剂的 混凝土坍落度， 研究脂肪族系高效减水剂与缓凝剂复合后对混 凝土拌合物性能的影响。 通常坍落度越大表示流动性越好。 当坍落度大于 2 2 0 r n m - 83 表 3 试验所用骨料性能指标 时， 坍落度不能准确反映混凝土的流动性 ， 用混凝土扩展后的 平均直径即坍落扩展度， 作为流动性指标 。 空白混凝土坍落度 要求为( 1 l O _+ l O mm) ， 试验结果见表 5 。 表 5 混凝土的减水率与坍落度试验结果 编号 减水率 坍落度 ／ mm 扩展度 ／ ram ／ ％0 h 0 ． 5 h 1 ．0 h 1 ．5 h 0h 0 ． 5 h 1 ．0 h 1 ． 5 h 从上 面的试 验可 以看 出 ， 单 掺脂肪族减水 剂 ， 混凝 土的减 水率为 1 4 ． 2 ％， 能减少混凝 土单位体积的用水量 ， 改善混凝土 的 和易性_4 _ 。 脂肪族高效减水剂与缓凝剂复合使用的减水效果更 加明显 ， 且 随着掺量 的增加 ， 减水率不断增 大。 其 中脂肪族减水 剂与 0 ． 8 ％葡萄糖酸钠的复合减水效果最好 ， 较单独掺加脂肪族 减水剂的混凝 土， 减水率提高 了 4 4 ． 3 ％。 如表 5所示 ， 掺入脂肪族减水剂， 混凝土的坍落度明显增大 ， 初始坍落度达到 1 9 5 mm， 1 ． 5 h后的坍落度为 7 0 mm， 脂肪族减水 剂对改善混凝土的流动}生具有很好的效果。 复合缓凝剂后， 混凝土 的流动性也有显著提高， 脂肪族减水剂与 O ． 1 5 ％的三聚磷酸钠复 合使用， 混凝土坍落度为 2 1 0 m m， 增大三聚磷酸钠的掺量到 0 ．2 5 ％， 此时混凝土的坍落度达到了2 2 0 mm。 对于混凝土来讲， 当 坍落度大于 2 2 0 m m时， 此指标就不能准确反映混凝土的流动I生， 故用混凝土扩展后的平均直径即坍落扩展度 ， 作为流动性指标 。 从 表 5可以看出 ， 脂肪族减水剂与葡萄糖酸钠复合使用后 ， 混凝土的 初始扩展度最高可达 6 0 0 mm， 混凝土和易性明显改善， 较之单掺 脂肪族减水剂的 4 7 0 mm以及空白组 2 9 0 mm有很大程度提高 。 由表 5 所示 ， 一般情况下 ， 随着时间 的延长 ， 混凝 土的扩展 度不断减小 。 而减水剂与葡萄糖酸钠复合后 ， 混凝土 0 ． 5 h的扩 展度较初始扩展度增大， 这是 为葡萄糖酸钠的缓凝效果在掺 入浆液后 0 ． 5 h才显著发挥。 3 ． 2混凝 土抗 压 强度试验 按照GB ／ T 5 0 0 8 1 --2 0 0 2 { 普通混凝上力学性能试验方法标 准》 ， 采用 N Y L ． 6 0型压力试验机 ， 测定掺外加剂 的混凝土 3 、 7 、 2 8 d 抗压强度， 研究脂肪族系高效减水剂与缓凝剂复合后对混 凝土力学性 能的影响 。 改变脂肪 族系减水剂掺 量 ， 其对 混凝土 抗压 强度 的影响结果 ， 见 冈 1 。 84 图 1 脂肪族减水剂掺量对混凝土抗压强度的影响 如图 1 所示 ， 减水剂掺 量对混凝土抗 压强度有重要 影响 ， 发现掺量在 1 ． O ％～ 2 ． 0 ％之 间时 ， 随着掺量 的增大 ， 混凝 土 3 、 7 、 2 8 d 抗压强度不断提高 ， 尤其是后期强度 ， 提高较为明显。因为 脂肪族分子结构 中含有 的羟基 ， 在水泥浆的碱性 介质中与游离 的钙离子生成 不稳定 的络合物 ， 但 随着水化进行 ， 它会 自动分 解不影响水化 的继续进行 ， 这对混凝土的塑化和后期 强度增长 t分有利f5 】 。 当掺量增大至2 ． 5 ％时， 混凝土的早期强度反而下降， 这是 L 大 J 为脂 肪族减水剂掺量过大 ， 就相 当于发挥 了缓凝剂 的作 用， 降低了早期强度 ， 而对后期强度影响不大。 此， 脂肪族减 水剂掺量 为 2 ． 0 ％， 混凝土强度达到最大 。 在实 际工程中 ， 综合考 虑各种 凶素， 本次试验选择的脂 肪族减水剂掺量为 1 ． 5 ％。 当脂肪族系减水剂掺量 为 1 ． 5 ％， 葡萄糖酸钠掺量为 0 ．0 5 ％、 0 ．0 8 ％、 0 ． 1 ％， j 聚磷酸钠掺量为 0 ． 1 ％、 0 ． 2 ％、 0 ． 3 ％， 糖钙掺量为 0 ． 1 ％、 0 ．2 ％、 O ． 3 ％( 以上掺量均按水泥质量的百分 比计 ) ， 混凝土 抗压强度 的试验结果如表 6所示 。 表 6混凝土抗压强度试验结果 与单独使用脂肪族系高效减水剂相比， 减水剂与0 ． 1 5 ％- 2 聚 磷酸钠复合后混凝土 3 、 7 、 2 8 d的抗压强度分别提高了4 ． 4 ％、 1 ． 9 ％和 2 ． 7 ％， 随着 = _- 聚磷酸钠掺量的提高混凝土强度提高越 明 。 与 0 ． 2 5 ％ 聚磷酸钠复合后混凝土 3 、 7 、 2 8 d的抗压强度 分 别提 高了 8 ． 3 ％、 3 ． 7 ％和 6 ． 4 ％。由此可 见， 复合 聚磷酸钠后 混凝 土的早期强度提 高较怏 ， 且随着三聚磷酸钠掺量 的提高混 凝土强度增 K率f f月 增 人 ． 单独使 川H 族高效减水剂 相比 ， 减水剂 0 ． 0 5 ％葡 萄 糖酸钠复合 混凝土 3 、 7 、 2 8 d抗 强度分别提高了 1 4 7 ％、 7 ． 2 1 ％和 】 3 ． 1 ％， 随 着葡萄糖 酸钠 掺 的增加 ， 混凝土符龄期强 度增 K半略有提高 ： 与 0 ． 0 8 ％葡萄糖酸钠复合后 ， 混凝土 3 、 7 、 2 8 d 抗 强度分" 4 提高 了 1 5 ． 0 ％、 7 ． 8 ％和 1 3 ． 8 ％。 与 独使川脂 族 一岛效减水 利卡 H 比， 脂 且 方 族系高效减水剂 与 0 l 5 ％精钙复合后混凝上 3 d抗 强度提高 5 ． 4 ％， 随着糖钙 掺员 的提高混凝土强度略l仃 F降 ； 脂肪族 系高效 减水剂与精钙 复合 混凝 h 7 d 抗 强度提 高 厂4 ． 8 ％， 随着糖钙掺量的提高 混凝土强度增 长卒明 F 降 ； 脂肪族 系高效减水 剂与糖 钙复 合 混凝土 2 8 d 抗 强度增长 _r 2 ． 3 ％， 且随着糖钙掺量 的提 高混 凝 土强度增长卒变化不人。 试验结粜表明， 单掺晰肪族高效减水剂混凝土与空白混凝 土棚 比． 混凝 七抗压强度均有不 同程度提高 ， 3 、 7 、 2 8 d的抗 压强 度分别比 f I 混凝上提高 了 4 ． 7 ％、 5 ． 4 ％和 2 ． 6 ％ 较单掺脂 肪族 高效减水剂 ， 复合缓凝 剂的混凝 { 抗 强度有 菩提 高 ， 且提 高效果随缓凝 剂种类和掺量的不同 不同。 3 ． 3 混凝 土氯 离子渗 透性试 验 按照清华人学电导卒法《 氯离子扩散 系数法( NE L) 法》 以 技 A T S MC 1 2 0 z 《 混凝 抗 氯离 子渗透标 准试验方法》 标准 ， 采 用北 京金比林 高新技 术有限责任公司产 NE L ～ P D R型氯离子渗 透性 电测仪测 定混凝土氯离 子扩放系数 ， 混凝土试样标 准养护 龄期为 5 6 d ， 、 j ‘ 为 i 0 0 m mx 1 0 0 mmx 5 0 mm， 研 究脂肪族系高 效减水利 l』一 j 缓凝剂复合 埘混凝土耐久性能的影 响． g 。 l^ 豁 垛 蛊 镀 H R昕 肤 减 水 剂 掺 昔 ， ％ 图 2 脂肪族减水剂掺量对混凝土抗 氯离子渗透性影响 r r 『 罔 2 所示 ， 混凝上 5 6 d 氯离 子扩散系数随着脂肪族减水剂 掺量的增大而不断减小 ， 渗透性级圳均住 I I I 以上 ， 渗透性评价 为 中或低。 减水剂掺靛大于 1 ． 5 ％后 ， 氯离子的扩散系数趋于稳定 ， 当 减水剂掺量在 2 ． 0 ％时 ， 氯离子 的扩 散系数为 1 ． 6 4 6 x 1 0 - s c m_2 ／ s ， 混凝土渗透l生达到饱和点 此， 经综合考虑， 脂肪族减水剂最适 掺量为 1 ． 5 ％ F h 表 7 看 ， 本次试号 令8 组混凝土渗透性级别均在 I I I 级 以 上， 渗透性 评价 为中或低 。 侄牛 H I 州 水灰 比条件下 独使用脂肪族 系高效 减水剂与李 白混凝土相比 ， 混凝土 5 6 d氯离子扩散系数 增加较多， 混凝土抗氯离子渗透性能明显降低； 与单独使川脂 肪族 系高效减水剂帽 比， 脂肪族系高效减水剂 与缓凝剂 复合使 上接第 8 2页 [ 5 1杨南如 ， 曾燕伟币 开 究和开发化学激发胶凝材料— _』 1 墨性和可行性 ] ． [ 6 ]曾燕伟， 方永浩， 徐玲玲． 1 匕 学激发皎凝材料研究进展[ M 1 南京： 东南 大学 出版社 ， 2 0 0 5 1 7 1曹建新 ， 陈前林， 秫倩． 磷渣在黏土烧结砖中的应用研究『 J i _新 型墙 体 材料与施工 ， 2 0 0 2 ( 7 ) ： 1 I I 3 ． [ 8 1刘世荣 ， 肖金凯 ． 贵州黄磷渣 的成分特征 lJ J． 矿物学报 ， 1 9 9 7 ， 1 7 ( 9 ) ： 表 7混凝土氯离子渗 透性 的试验结果 川后在缓凝剂掺量适宜的情 况下 ， 能显著降低混凝土 5 6 d氯离 子扩散系数 ， 混 凝土抗氯离 子渗透性 能明显提 高 ， 甚 至高于空 白混凝土抗渗性能。 就本次试验采用的脂肪族系高效减水剂与 缓凝刹 的种类 和掺量而言 ， 脂肪族 系高效 减水剂与 O ． 0 5 ％葡萄 糖酸钠 、 0 ． 1 5 ％j 聚磷 酸钠 复合后混凝土 5 6 d氯离子扩散 系数 明显降低 ， 混凝土的抗渗性能效果较好。 而脂肪族系减水剂与糖 钙 复合后 ， 混凝土 的抗 渗性能较 差 ， 也说明 了脂 肪族减水剂 与 糖钙复合的不适应性 。 4结 论 ( 1 ) 复合使用脂肪族高效减水剂与缓凝剂， 能有效控制大 流动性混凝土坍落度经时损大 ， 提高减水剂与水泥的适应性 ， 并 使混凝土有较好的] 作性。 ( 2 ) 与单独使用脂肪族系减水剂卡 H 比， 在减水剂用量相同 的情况下 ， 复合缓凝剂 的种类及掺量对混凝 土的 3 、 7 、 2 8 d 抗 压 慢度影响较大。 ( 3 ) 与单独使用脂肪族系减水剂相比， 复合适当缓凝剂能 显著降低混凝土的5 6 d 氯离子扩散系数， 其抗渗性能明显提高。 参考文献 ： ⋯ 樊伟忠． 浅谈 混凝土外加剂与水泥的相容,IvY [ J ] ．科 学咨询 ： 决策管理 ， 2 0 0 8 ( 1 3 ) ： 5 3 [ 2 1王悦 圭 酸盐水泥与高效减水剂相容性的影响因素研究l D ] ． 清华大 学， 2 0 0 6 ． 【 3 J I ) I A S W P S ． I n fl u e n c e o f m i x a n d e n v i r o n me n t O n p l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g [ J ] ． Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 5 5 ( 4 ) ： 3 8 5 — 3 9 4 ． [ 4 】徐寿相 ， 许如源 ， 刘长春用 副方族高效减水剂 的合 成工艺 『 J 1 ．混凝土与 水泥制品 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 1 5 ～ 】 6 ． [ 5 ]马保 国 ， 谭 洪波 ， 许永 和 ， 等． 不 同减 水剂对水泥水 化的作用机 理研 究_ J 1． 混凝土与水泥制品 ， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 6 - 8 ． [ 6 J黄华县， 欧阳东， 等． 模拟海砂混凝土氯离子渗透性试验研究『 J j ． 混凝 土 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 2 2 — 2 4 ． 作者简介 ： 李 贞( 1 9 8 4 一 ) ， 女 ， 硕 士研究 生， 主要从事注浆材料的研究 。 联系地址： 江苏省徐州市中国矿业大学力建学院( 2 2 1 0 0 8 ) 联 系电话 ： 1 5 1 6 2 1 1 0 8 2 9 3 2 9 -3 3 6 作者简介 联 系地址 联 系电话 胡志华 ( 1 9 6 3 一 ) ， 女 ， 副教授。 四川省绵阳市涪城区青龙大道 5 9号 西南科技大学材 料科 学与工程学院先进建筑材料四川省重点实验室( 6 2 1 0 1 0 ) l 3 8 8l 1 9 4 0 81 85