CTF分散性对混凝土性能的影响研究

2011-01-12杨冬冯汉峰

商品混凝土 2011年7期

杨冬，冯汉峰

（1.深圳市东大洋混凝土有限公司龙岗分公司，广东深圳518114；2.深圳市东大洋投资集团公司，广东深圳518114）

1 前言

CTF增效剂作为一种新型混凝土掺加外加剂已经在一些地区的混凝土生产企业中得到逐步的应用。对于一种新型材料而言，我们对其性能的了解程度还相当的低，不过在逐步的使用过程中，我们也逐渐深化对其性能的了解。在这里我们通过对CTF增效剂使用过程中出现的一些性能做简要阐述，就CTF增效剂使用的分散原理进行论证研究，并就其在混凝土中通过分散原理所表现出的一些优异性能进行研究。

2 性能

2.1 节约材料及成本

CTF增效剂为一种复合型材料，其中以有机物为主体，其作用机理类似于塑化剂。若用CTF增效剂和萘系减水剂复合使用来分散无机不溶颗粒，其分散效果明显好于单独使用萘系减水剂来分散无机不溶颗粒。这样就使水分子与无机不溶颗粒充分接触。因此，使用CTF增效剂能有效减少混凝土体系中存在的不水化或水化不充分的现象。

所以，在掺量为混凝土配合比中胶凝材料重量的0.6%～1.0%时，即可以减少水泥用量的10%～15%。而混凝土的成本组成中，水泥的成本约占一半左右，所以10%～15%的水泥的节约对成本节约的贡献可想而知。

2.2 改善混凝土和易性

由于CTF增效剂的塑化性，所以其塑化效果也非常明显，这一点从CTF增效剂在使用中若发生超掺现象后混凝土呈现类似于一种多孔的形态即可以证明。所以掺有CTF增效剂的混凝土包裹性明显变好，抗泌水能力提高，泵送摩擦力减小。

2.3 降低混凝土水化热

既然CTF增效剂与萘系减水剂复合使用后能有效减少水泥用量，那么单位体积内的水泥颗粒将会减少，降低混凝土水化热，减少了原来混凝土体系中存在的局部水泥颗粒比重偏大的不均匀现象，从而解决了由这一现象引起的局部水化热不均匀的问题。所以其从以上两方面改善了由于混凝土的水化热偏高或局部水化热不均匀引起的混凝土结构开裂。这一点对于大体积混凝土，以及长墙、宽板结构部位尤其适用。

2.4 提高抗冻性，抗碳化的能力

从笔者公司得出的实验数据看，以C30为例，掺加CTF增效剂的混凝土的含气量由未掺加CTF增效剂的混凝土的含气量的4.0%上升到5.5%。有效延长了在低温条件下达到混凝土冻融破坏的临界饱和度的时间，减少冰冻时混凝土体系中毛细孔中的水对混凝土的膨胀破坏作用。同时，由于单位体积中的有效水泥颗粒的增加，其抗碳化的能力也有所提高。

3 实验内容

3.1 CTF增效剂与减水剂的复合分散研究

3.1.1 作用机理

水泥水化后，由于离子间的范德华力作用以及水泥水化矿物、水泥主要矿物在水化过程中带不同电荷而产生凝聚，导致了混凝土产生絮凝结构。减水剂大多属阴离子型表面活性剂，掺入到混凝土中后，减水剂中的负离子-SO-、-COO-就会在水泥粒子的正电荷Ca2+矿的作用下而吸附于水泥粒子上，形成扩散双电层(Zeta电位)的离子分布，在表面形成扩散双电层的离子分布，使水泥粒子在静电斥力作用下分散，使混凝土流动化。Zeta电位的绝对值越大，减水效果就越好。

但是水泥在水中极易水化，产生的是絮状水化物结构，且水化后会产生一定的强度，不易清洗和观察。因此，必须选择一种与水泥颗粒的离子表面极性相似，且与水泥和减水剂的作用机理相似的物质来替代水泥做分散观察。经过对大量无机物进行考证，最终我们选择TiO2作为进行分散实验时水泥的替代品。

TiO2和水泥在水中的分散机理极其相似。TiO2表面有很多羟基，它能够吸附极性粒子，使固体表面带有相同的电荷，因同种电荷排斥而分散。且粒子的比表面能很大，表面收缩而降低表面能，使分散体系稳定化。悬浮在水中的TiO2粒子，在电场的作用下会发生迁移运动，这种现象称为“电泳”，电泳现象表明TiO2表面是带电的，其原因是在TiO2粒子与水接触后，被羟基化的TiO2表面能离解或吸附水中的氢离子或氢氧根离子。

实际上，TiO2在水中分散的过程同水泥一样也是双电层形成的过程。若加入一定浓度的高分子分散剂（如混凝土减水剂），由于高分子分散剂中的-COO-或OH-等基团会吸附在TiO2颗粒的表面，吸附一层相反电荷后，构成了双电层。这种双电层可以看作是四周被同一电荷所包围的粒子，当布朗运动使两个粒子靠近时，相同性质的电荷之间产生斥力，当这种斥力大于范德华引力时，则粒子分开，体系处于分散稳定状态。鉴于此，我们选择TiO2作为分散试验中取代水泥的无机物质。

3.1.2 实验设计

3.1.2.1 分散性实验设计

因此，我们选用日常经常使用的C30泵送以及民用建筑中所能使用到的高强度等级C50泵送作为研究对象（表1）。

表1 实验用配合比 kg/m3

若以C30配合比为研究对象，并且在掺入CTF增效剂以基础掺量0.6%来计算的话，那么此时的萘系减水剂的掺量为1.8%，并以减少15%的水泥量为基准，此时的CTF增效剂与萘系减水剂的掺量比为1:3。同时由于CTF增效剂的允许掺量范围为0.6%～1.0%，在高强度等级时，为保证上述2者的比例依然达到1:3，其CTF增效剂掺量相对于0.6%的原掺量必然提高（因萘系减水剂的掺量提高），见表2。

表3中，将水泥加上煤灰的质量均以TiO2来取代，为便于在水溶液中观察，因此我们将水相对于其他材料扩大10倍。以此来观察CTF增效剂对混凝土体系分散性的影响，并探讨CTF增效剂与萘系减水剂的掺量比的影响。

3.2 应用性设计

经过分散性实验后，我们应将这其中得出的结论用到混凝土体系的实际使用中。按表3中的配合比进行大量的试配实验，观察CTF增效剂对混凝土和易性的影响，通过试件成型观察其对混凝土强度的影响，并且通过在养护室和室外两种养护条件下，碳化情况的对比来观察CTF增效剂对混凝土碳化的影响。

3.3 实验仪器及材料

（1）100 ml的量筒若干

（2） 500ml的烧杯若干

（3） 200ml烧杯若干

（4） 50 ml烧杯若干

（5） TiO2(俗称：钛白粉)，攀枝花鼎星钛业公司。

（6）广东塔牌水泥P·O42.5R

（7）广东东莞产中砂

（8）广东惠阳产5～25mm碎石

（9）广东汕头产Ⅱ级粉煤灰。

（10）广州市三骏建材科技有限公司产CTF增效剂

（11）深圳五山建材实业有限公司产萘系减水剂

（12）电子称。

3.4 实验结果

3.4.1 分散性实验

经过48小时后观察各个实验样的沉降高度为：

王震副主席是一位中外闻名、已载入史册的伟人，他却视我——一名普通的技术人员为朋友。这是我此生最为难得、最为珍贵的际遇。

表4中看出，单纯以CTF增效剂作为混凝土的分散剂效果十分不理想，且搅拌完成后即开始出现沉淀，1min后即可以看到明显分层。图中实验样3沉降量大于实验样1，同时实验样4沉降量大于实验样1，证明CTF增效剂与萘系减水剂复掺的的效果好于单纯使用萘系减水剂作为分散剂。表中，实验样5的沉降量略好于实验样4，CTF增效剂掺量的提高对实验体系略有影响，但这种影响从这个实验来看不是十分明显，有待进一步观察。

3.4.2 应用性实验

表2 掺入CTF增效剂后的配合比 kg/m3

表3 TiO2取代粉料量后的试验配比 kg/m3

表4 分散实验的沉降高度

在这个实验中，我们应用表3.2中的设计进行试配工作。我们选取1，3，4，5四个编号进行试验以观察掺加CTF增效剂对混凝土的影响（编号2没掺外加剂不予选取），以及在不同掺量情况下CTF增效剂对混凝土的影响。

表5 试配结果

从表5中的1，3两个编号的试验来看掺加CTF增效剂会使混凝土的坍落度以及扩展度减小，混凝土的流动性变差，粘聚性变大，含气量增大，直观上来看砂率变大，显然在施工中这是不利的影响因素，因此需要提高外加剂的掺量，同时降低1%的砂率以达到与未掺加CTF增效剂相同的坍落度、扩展度以及流动性。掺加CTF增效剂后,相对于其减少15%的水泥用量而言，试块成型强度减少只降低3.5 MPa，但也达到设计强度的120%。所以，掺加CTF增效剂对混凝土的强度贡献还是相当大的。

从4，5两个编号的实验来看，CTF增效剂的提高依然会使混凝土坍落度、扩展度减少，流动性变差，但其强度却有所增加。不同强度等级的最佳CTF增效剂的掺量有待后续研究。

对于低强度等级的混凝土而言，其水泥用量和粉料总量均较少，为保证其强度，因掺加CTF增效剂所减少的水泥量应适当减少，而强度等级较高的混凝土，在节约水泥用量的前提下应适当提高CTF增效剂的掺量来保证强度。

3.4.3 碳化测试

表6 碳化情况

由以上试验数据来看，抗碳化能力跟水泥的用量有着最主要的关系，即C50强度的混凝土其抗碳化的能力要明显好于C30强度等级的混凝土，并且前者后期抗碳化的能力也要强于后者。

混凝土的碳化主要形成在早期（28d养护），后期的碳化影响变得缓慢。掺加CTF增效剂的混凝土抗碳化的能力要略好于未掺加CTF增效剂的混凝土，充分证明其与萘系减水剂的复合使用对水泥的分散效果要好于单纯使用萘系减水剂对水泥的分散效果，前者使单位水泥使用量好于后者的单位水泥使用量，这一点充分证明了第一个分散性实验的结论的正确性。

当提高CTF增效剂的掺量(0.73%)后在60d内对混凝土碳化的影响相对于未提高掺量（0.6%）的混凝土未有特别明显的改善，其长期的影响情况有待于进一步长期观察。