两种混凝土减缩剂的性能及其作用机理.pdf
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1、第 1 9卷第 3 期 2 0 1 6年 6月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATERI ALS V01 1 9 No 3 J u n , 2 0 1 6 文章编 号: 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 5 0 3 0 7 两种混凝土减缩剂 的性 能及 其作用机理 左 文强 田 倩 , 冉千平。 , 刘加平 , 高南箫 , 李 华 ( 1 东南大学 材料科学与工程学院,江苏 南京 2 1 1 1 8 9 ; 2 江苏省建筑科学研究院有 限公司 高性能土木工程材料 国家重点实验室 , 江苏 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘要
2、:测试 了 2种混 凝土 减缩 剂 ( S R A1和 S RA2 ) 对砂 浆 、 混凝 土 的收缩性 能 , 混凝 土新拌 性 能 、 硬 化性能的影响 , 并从表 面张力、 离子浓度 、 水化放热速 率和水化程度等方面探 索了 S RAI和 S RA 2 对水泥基材料的作 用机理 结果表 明: 减缩剂对水泥基材料干燥收缩的抑制作用主要表现在 7 d 前 , 对 自收缩的抑制作用在后期依 然显著 ; S R A1的减缩机理主要是降低浆体孔溶液的表面张力与 K , Na + 质量浓度 , S RA2减缩效果优于 S R A1 , 但未明显降低浆体 孔溶液的表 面张力及 K , Na 质 量浓
3、度 , 而是通 过早 期影 响 水泥 水化进 程 , 改 变水化 产 物形 态从 而减 少 了水 泥 的宏 观体 积收 缩 关键 词 :混凝 土 ;减缩 剂 ;收 缩 ;机理 中图分 类号 : U4 1 6 2 2 文献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 6 0 3 0 1 5 P r o p e r t i e s o f S h r i n k a g e Re d u c i n g A d mi x t u r e s S RA) i n Co n c r e t e a n d I t s M e
4、c h a n i s m ZUO We n q i a n g , TI AN Qi a n , RAN Qi a n pi n g。 , LI U Ji a pi n g。 , G AO Na n x i a o 。 , LI Hu a ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,S o u t h e a s t Un i v e r s i t y,Na n j i n g 2 1 1 1 8 9,C h i n a ; 2 S t a t e Ke y L a b o r
5、 a t o r y o f Hi g h Pe r f o r ma n c e Ci v i l En g i n e e r i n g M a t e r i a l s , J i a n g s u Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Bu i l d i n g S c i e n c e Co ,L t d ,Na n j i n g 2 1 0 0 0 8 ,C h i n a ) Ab s t r a c t :Ef f e c t s o f t wo t y p e s o f s h r i n k a g e r e d u c
6、 i n g a d mi x t u r e s( S RA1 a n d S RA2 )o n s h r i n k a g e p e r f o r m a n c e f mo r t a r a n d c o n c r e t e a s we l 1 a s p r o p e r t i e s o f b o t h f r e s h a n d h a r d e n e d c o n c r e t e we r e i n v e s t i g a t e d Th e me c h a n i s m o f s h r i n k a g e r e d
7、 u c i n g wa s a n a l y z e d f r o m t h e s u r f a c e t e n s i o n a n d i o n c o n c e n t r a t i o n o f p o r e s o l u t i o n a s we l l a s t h e h y d r a t i o n h e a t r e l e a s e r a t e a n d h y d r a t i o n d e g r e e o f c e me n t p a s t e Ex p e r i me n t a l r e s u
8、l t s i n d i c a t e t h a t t h e i n h i b i t i n g e f f e c t o f S RA o n d r y i n g s h r i n k a g e i s s i g n i f i c a n t b e f o r e 7 d,wh i l e i t p l a y s a l o n g t e r m i n h i b i t i n g e f f e c t o n a u t o g e n o u s s h r i n k a g e Th e s h r i n k a g r e d u c i
9、 n g me c h a n i s m o f S RA1 i s ma i n l y t h e s v n e r g i s t i c e f f e c t o f r e d u c i n g s u r f a c e t e n s i o n a n d K ,Na c o n c e n t r a t i o n o f p o r e s o l u t i o n o f c e me n t - b a s e d ma t e r i a l s I t i s i n t e r e s t i n g t h a t t h e s h r i n k
10、 a g e - r e d u c i n g e f f e c t o f S RA2 i s b e t t e r t h a n t h a t o f S RA1 ,t h o u g h t h e r e d u c t i o n o f s u r f a c e t e n s i o n a n d K+,Na + c o n c e n t r a t i o n i s n o t a s b i g g e r a s f o r S RA1 Ho we v e r ,t h e r e d u c t i o n o f b u l k s h r i n k
11、 a g e i n d u c e d b y c h a n g i n g t h e mo r p h o l o g y o f t h e h y d r a t i o n p r o d u c t s a t e a r l y a g e d u e t o r e t a r d a t i o n o f h y d r a t i o n ma y b e t h e ma i n r e a s o n f o r t h e s h r i n k a g e r e d u c i n g o f S RA2 Ke y wo r ds :c o nc r e t
12、 e;s hr i n ka g e r e du c i n g a dmi x t ur e;s hr i nk a ge ;me c ha n i s m 减缩剂作为一种新型化学外加剂 , 对 混凝土 的 自收缩和干燥 收缩均有 良好的控制作用 , 被公认 为 是裂缝控制的最有效措施之一 目前 , 关于传统聚 醚类减缩剂的减缩机理, 大多数学者偏向于毛细管 收稿 日期 ; 2 0 1 5 - 0 3 - 1 2 ;修订 日期 : 2 0 1 5 0 8 1 3 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 2 2 5 8 0 1 ) 第一作者 : 左文强( 1 9 9 0 一 )
13、 , 男 , 内蒙古包 头人, 东南 大学博士 生 E - ma i l : we n q i a n g z u o 1 6 3 c o rn 通信作者 : 田 倩 ( 1 9 7 3 一) , 女 , 贵州思南人 , 江苏省建筑科 学研究 院有限公 司高级工程 师 , 博 士 E - ma i l : t i a n q ia n c n j s j k c a 5 0 4 建筑材料学报 第 1 9 卷 张力理论 2 , 认为减缩剂的主要作用机理是降低混 凝土孔隙水的表面张力 , 从而减小毛细孔失水 时产 生的收缩应力 有研究表 明 4 , 掺入减缩剂使碱离 子浓度和孔溶液 p H值降低
14、, 导致溶液 中 C a 抖浓度 上升并产生过饱 和, 促进氢氧化钙 和钙矾石等晶体 的形成并产生较高的结 晶压力 , 从而使基体产 生膨 胀 , 抵 消部分 自收缩产生的变形 近年来 , 新型减缩 材料的开发为混凝 土减缩剂 的应 用提供 了广 阔空 间 , S u g i y a ma 等 6 在聚羧酸减水剂分子结构上接枝 醚类减缩官能团, 制得 了减缩型减水剂; 高南萧等 7 采用不饱和聚醚大单体与丙烯酸进行 自由基共聚得 到的聚合 物型 减缩 剂 , 其具有 减缩 与减 水 的综合 性 能 本文测试了 2 种混凝土减缩剂 S R A1和 S R A2 ( S R A1为聚醚型减缩剂 ,
15、 S RA2为不饱和聚醚大单 体与丙烯酸水溶液 自由基共聚所得聚合物减水型减 缩剂) 对不 同强度等级混凝土新拌性能、 硬化性能以 及不 同水胶 比砂浆 自收缩、 干燥收缩性能的影响, 并 从合成孔溶液表面张力、 净浆孑 L 溶液离子浓度 以及 浆体水化热、 水化程度等方面进行了测试分析 , 以探 索 减缩 剂对 水 泥基材 料 的影 响规律 1 试验 1 1原材 料 水 泥 采 用 江 南 小 野 田水 泥 有 限公 司 产 P 5 2 5 硅 酸 盐 水 泥, 其 各 项性 能 均 符 合 GB 1 7 5 2 0 0 7 通用 硅酸盐水泥 要求 ; 矿 粉( GG B S ) 南钢集 团
16、产磨 细矿 粉, 表 观密度 为 2 7 1 0 k g m。 ; 粉煤 灰 ( F A) 南京热电厂产I 级灰, 表观密度为 2 2 0 0 k g m3 ; 细骨料采用河砂 , 细度模数 2 5 , 级配 级; 粗骨料 采用 江 苏句 容玄 武岩 碎石 , 分 为 5 1 0 mm( J 石 ) 连 续级配和 1 0 2 0 mm( 大石) 连续级配; 拌和水采用 清洁的实验室 自来水 ; 减水剂 ( S P ) 和减缩剂选用江 苏苏博特新材料股份有 限公 司研发 的 J M P C A 聚 羧酸系高性能减水剂和 S RA1和 S RA2型减缩剂 , 2 种 减 缩剂基 本 物 化 特性
17、如 表 1所 示 外 加 剂 各 项 指 标均符合 GB 8 0 7 6 -2 0 0 8 混 凝 土外 加剂 和 G B 5 0 1 1 9 2 O 1 3 混凝土外加剂应用技术规范 要求 襄 1 S R A1和 S RA 2基本物化特性 Ta b l e 1 Ba s i c p h y s i c o - c he mi c a l p r o p e r t i e s o f S RA1 a n d S RA2 1 2试验 方 法 1 2 1 宏 观性 能测 试 混凝土坍 落度 、 含 气量 和抗 压 强度分 别参 照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 普通混凝土拌合
18、物性能试验方 法标准 、 G B T 8 0 7 6 -2 0 0 8 混凝土外加剂 和 GB T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通 混凝土力 学性能试 验方法标 准 进行 砂浆收缩测试采用 J D - 1 8投影万能测长仪 并依照 J C T 6 0 3 -2 0 0 4 水 泥胶砂干缩试验方法 进行 , 砂浆 自收缩试 件在拆模后立即用保鲜膜和铝 箔纸密封 , 2 4 h拆模并测试其初长 混凝土干燥 收缩 试件在一端带有铜头的 1 0 0 mm1 0 0 mmX 5 1 5 mm 的模具中成型 , 混凝土 自收缩试件在直径为 1 0 0 mm 且底部封端的 P VC管中成型 ,
19、养护及测试参照 GB T 5 0 0 8 2 - 2 0 0 9 普通 混凝 土长期 性 能和耐 久性 能试 验方法标准 中的接触法进行 砂浆和混凝土试件收 缩率 e 和减缩率R 均分别依据 一( L 一L 。 ) L _ 8 ( e 为不 同龄期收缩率 ; L 。 为试件初长 ; L 为测试龄 期为 i 时的试件长度 ; L 为试件的有效长度) 和 R一 ( e 。 一g ) e 。 1 0 0 ( 。 为基准收缩率) 计算 1 2 2 机 理分析 试验 合成 孑 L 溶 液 由 0 3 5 mo l L KOH, 0 0 5 mo l L Na OH和去离子水配制而成E 3 , 其表面张力
20、采用 s l g ma 7 0 3型表面张力仪测量 ; 孔溶液离子浓度( 质量 分数 , 文中涉及 的浓度、 水胶比等均为质量分数或质 量比) 测试采 用压孔 溶液 法获取 的净浆 内部 孔溶 液 , 利用等离子耦合发射光谱仪( I C P ) 测试其的 K , Na 含量 ; 水泥水化热测试使用 TAM- a i r 微量 热仪 , 试件水胶 比为 0 3 5 ; 水泥净浆二次电子( S E ) 成像 采 用QUANTA 2 5 0型 扫 描 电 子 显 微 镜 ( S E M) , 试 件水 胶 比为 0 3 5 1 3 配 合 比 砂浆 自收缩和干燥收缩试验采用 0 5 O和 0 3 5
21、 两种 水胶 比的试 件 , 水 泥 与 砂 质 量 比为 1: 2 , 每组 水胶 比成型 5个配合 比, 分 别为基 准及掺 1 0 , 2 0 ( 固含量) S R A1和 S RA2的试件 混凝土新拌 及硬化性能试验采用 C 3 0和 C 5 0两种 强度 等级混 凝土试件, 其配合 比如表 2所示 2 水泥基材料 宏观性 能试验 结果 2 1 掺减 缩剂 混凝 土 的工作 性能 和力 学性 能 新拌混凝土性能如表 3所示 由表 3可见, 在用 水量和坍落度均保 持一致 的情况下 , S RA2可 显著 减少减水剂的用量 , 具有 良好 的分散性能; S RA1对 C 3 0和 C 5
22、 0混凝 土的抗压 强度基本 无影 响, S R A2 使 C 3 o和 C 5 o混凝土 2 8 d抗压强度降低约 6 第 3期 左 文强 , 等 : 两种混凝土减缩剂 的性 能及其作用机 理 5 0 5 3 0 一 Re f 26 6 7 3 0 一 S RA1 26 6 7 3 0 一 S RA2 2 6 6 7 0 0 7 0 O 5 1 OO 5 0 一 Re f 31 5 O 5 0 一 S RA1 31 5 0 5 0 一 S RA2 31 5 0 5 4 0 8 1 0 7 0 0 0 5 4 0 8 1 0 7 0 0 0 5 4 O 8 1 0 7 0 0 0 3 4 3
23、3 3 4 3 3 3 4 3 3 裹 3 掺减缩剂混凝土的新拌性能及力学性能 Ta b l e 3 Fr e s h p r o p e r t i e s a n d me c h a n i c a l p r o p e rti e s o f c o n c r e t e mi x e d wi t h S RA 豁 2 2 掺 减缩 剂混凝 土和 砂浆 的收缩 性能 2 2 1 自收 缩性能 砂浆试件的 自收缩减 缩率如 图 1所示 由图 1 可以看出, 2种减缩剂 的掺人均降低 了砂浆试件各 龄期 的自收缩 , 减缩率总体上随掺量的增加而增加 由图 1 ( a ) 可见 : 高
24、水胶 比( m 一0 5 0 ) 砂浆 试件的减缩率在测试龄期内有小幅波动 ; 同掺量下 , 掺 S RA2砂浆 试 件 的 减缩 率 在各 龄 期 均 高于 掺 S RA1的砂浆试件 ; 各掺 2 0 S RA1和 S R A2的砂 浆试件 2 8 d减缩率分别达 4 2 和 5 2 , 而掺 1 0 S RA2与掺 2 0 S RA1的 2组砂浆试件减缩效果 羹 Ti mc M Ti me d ( a ) mJ m = O 5 0( b ) mJ m = O 3 5 图 1 掺减缩剂砂浆试件 的 自收缩减缩率 Fi g 1 Au t og e no us s h r i nk a ge r
25、 e du c t i o n r a t e of mo r t a r s pe c i me ns mi xe d wi t h SRA 相 当 由图 1 ( b ) 可 见 : 低 水 胶 比 ( m 一 0 3 5 ) 砂 浆试 件 随 龄 期 的增 长 减 缩 率 有 小 幅 上 升 ; 各 掺 2 0 S RA1和 S R A2的砂浆试 件 2 8 d减缩率分别 达 3 3 和 4 2 对 比发 现 , S R A1的 减 缩效 果 对 于 1 0 2 0 的掺量不敏感 , 而 S R A2对掺量较为 敏感 , 当掺量 提高 到 2 0 时 , S R A2减 缩效 果 优 于
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- 关 键 词:
- 混凝土 减缩 性能 及其 作用 机理
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