改性聚羧酸减水剂与C30自密实混凝土性能的关系①

张 林， 杨健英， 刘斯凤， 李 林， 王培铭

(1．同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海201804;2．巴斯夫化学建材亚太区，上海200001)

0 引言

自密实混凝土这一概念最早由日本学者Okamura于1986年提出[1]．当时的自密实混凝土水泥用量较大，一般高于500kg/m3，而最近出现的低强度等级自密实混凝土水泥用量明显降低，在380 kg/m3以下．配制这种低强度自密实混凝土需用适当的减水剂．杨健英[2]、阎培渝[3]等在研究一种低强度自密实混凝土(称之为“智能动力混凝土(SDC)”)时利用了改性聚羧酸减水剂．

他们[2－4]研究了用水量波动、石子颗粒级配、减水剂过掺对低强度自密实混凝土新拌及耐久性能的影响，同时对低强度自密实混凝土与“传统”自密实混凝土的新拌性能和耐久性能进行对比．本文则重点观察这种改性聚羧酸减水剂对低于50%机制砂替代河砂配制的低强度等级自密实混凝土的适应性．

1 原材料及试验方法

1．1 原材料

水泥:海螺P·O 42．5级水泥，标准稠度用水量 28．4%．

矿粉:宝田S95矿粉，主要性能指标见表2．

粉煤灰:石洞口Ⅱ级灰．

天然砂:细度模数为2．5

减水剂:改性聚羧酸减水剂Glenium 6＊＊＊，固含量14．68%;萘系减水剂Rheobuild561，固含量37．56%．

表1 水泥、粉煤灰、矿粉的化学组成

表2 矿粉的主要性能指标

表3 机制砂的主要性能指标

表4 混凝土配合比/(kg/m3)

1．2 试验方案

保持每组混凝土0．45的水胶比不变，分别研究减水剂种类、机制砂与天然砂比例对自密实混凝土强度及碳化深度的影响．混凝土配合比见表4．

2 结果与讨论

2．1 新拌混凝土的性能

本文研究了胶凝材料用量、人工砂和天然砂、减水剂种类对自密实混凝土坍落扩展度经时损失的影响．(New PCE为改性聚羧酸减水剂，BNS为萘系减水剂)

图1为改性聚羧酸减水剂与不同胶凝材料用量混凝土保坍性能的关系．从图中可以看出，当胶凝材料用量从360kg/m3提高到380kg/m3时，新拌混凝土的扩展度由580mm提高到635mm，1h的坍落扩展度损失由90mm减小到70mm;说明在360～380kg/m3范围内增加混凝土的总胶用量，可以提高新拌混凝土的坍落扩展度，同时减小混凝土坍落扩展度经时损失．

图2为改性聚羧酸减水剂与不同机制砂掺量混凝土保坍性能的关系．从图中可以看出，当机制砂掺量为35%时，新拌混凝土的扩展度由580mm下降到530mm，但1h的坍落扩展度损失由90mm减小到80mm;继续增加机制砂掺量至50%，新拌混凝土的扩展度由580mm提高到610mm，1h的坍落扩展度损失由90mm上升到130mm;由此可见，35%机制砂取代天然砂对混凝土坍落扩展度损失影响不大，当机制砂掺量增加到50%时混凝土坍落扩展度损失会提高．

图3为减水剂种类与混凝土保坍性能的关系．从图中可以看出，使用萘系减水剂时，新拌混凝土的扩展度由580mm下降到455mm，1h的坍落扩展度损失由使用改性聚羧酸减水剂的90mm提高到255mm;结果表明改性聚羧酸减水剂的保坍性能远优于萘系减水剂．

图1 改性聚羧酸减水剂与不同胶凝材料用量混凝土保坍性能的关系

图2 改性聚羧酸减水剂与不同机制砂掺量混凝土保坍性能的关系

图3 减水剂种类与混凝土保坍性能的关系

图4 胶凝材料用量与混凝土抗压强度的关系

图5 砂与混凝土抗压强度的关系

2．2 立方体抗压强度

图4为胶凝材料用量与混凝土抗压强度的关系．从图中可以看出，当胶凝材料用量从360kg/m3提高到380kg/m3时，混凝土3d强度提高1．5MPa，7d强度降低2．7MPa，28d到90d之间两者强度相差不大．由此可见，相同水胶比条件下，360～380kg/m3范围胶凝材料用量的提高可以提高混凝土3d前的抗压强度，而对后期强度几乎没有影响．

图5为砂的种类与混凝土抗压强度的关系．从图中可以看出，当机制砂掺量为35%时，7d之前强度均提高4．0MPa以上，之后强度基本相同，当机制砂掺量增加到50%时，混凝土各龄期强度稍有降低，但各龄期降幅均小于3．0MPa;由此可见，机制砂掺量在50%以下对于自密实混凝土强度几乎没有负面作用．

图6 胶凝材料用量与混凝土碳化深度的关系

图7 减水剂与混凝土碳化深度的关系

图8 砂与混凝土碳化深度的关系

2．3 混凝土抗碳化性能

图6为胶凝材料用量与混凝土碳化深度的关系．从图中可以看出，当胶凝材料用量从360kg/m3提高到380kg/m3时，3～28d各龄期混凝土碳化深度均有提高，其中28d碳化深度提高了1．5mm，说明相同水胶比条件下，在360～380kg/m3范围内胶凝材料用量的增加会促进混凝土的碳化．

图7为减水剂与混凝土碳化深度的关系．从图中可以看出，3d时使用萘系减水剂和使用改性聚羧酸减水剂的混凝土碳化深度相当，7～28d时使用改性聚羧酸减水剂的混凝土碳化深度比使用萘系减水剂的混凝土低1mm;说明与萘系减水剂相比，改性聚羧酸减水剂各龄期抗碳化能力稍强．

图8为砂的种类不同时混凝土碳化深度结果．从图中可以看出，用天然砂拌制的混凝土3～28d各龄期碳化深度增加比较均匀，当机制砂掺量由35%提高到50%时，3～28d的混凝土碳化深度均增加了约0．5mm，但总体碳化深度都小于用天然砂配制的混凝土的碳化深度;由此可见，用低于50%的机制砂配制的自密实混凝土的抗碳化能力没有下降．

3 结论

1)在360～380kg/m3范围内增加混凝土的总胶用量，可以提高C30新拌混凝土的坍落扩展度，同时减小混凝土坍落扩展度经时损失;35%机制砂取代天然砂对自密实混凝土坍落扩展度损失几乎没有影响，50%机制砂的掺入会增加混凝土坍落扩展度损失;改性聚羧酸减水剂的保坍性能远优于萘系减水剂．

2)相同水胶比条件下，360～380kg/m3范围胶凝材料用量的变化可以提高混凝土3d前的抗压强度，而对后期强度几乎没有影响;机制砂掺量在50%以下对于自密实混凝土强度几乎没有影响．

3)相同水胶比条件下，在360～380kg/m3范围内胶凝材料用量的增加会促进混凝土的碳化;与萘系减水剂相比，改性聚羧酸减水剂各龄期抗碳化能力稍强;低于50%机制砂的掺入不会降低混凝土的抗碳化能力．

[1] OKAMURA Hajime，OUCHI Masahiro．Self－ compacting Concrete:Development，Present Use and Future[A]In:SKARENDAHL A，PETERSSON O eds．Proceedings of 1st International RILEM Symposium on Self－ compacting Concrete[C]．Paris:RILEM Publication SARL，1999:3 －14．

[2] 杨健英，吴慧华，Bruce Christensenl，等．智能动力混凝土——低强度普通混凝土高性能化的探索与实践(一)[J]．混凝土，2009，(10)，47 －49．

[3] 阎培渝，阿茹罕，赵昕南．低胶凝材料用量的自密实混凝土[J]．混凝土，2011，(1)，1 －4．

[4] 杨健英，Bruce Christensen，李林，等．智能动力混凝土——低强度等级普通混凝土高性能化的探索与实践(二)[J]．混凝土，2009，(12)，11 －14．