绿色高性能混凝土外加剂的研究与应用

2013-09-01陈军超蔡其全宋明健张建兵中国十九冶成都建设有限公司四川成都610091

中国建材科技 2013年1期

陈军超蔡其全李萍宋明健张建兵(中国十九冶成都建设有限公司，四川成都610091）

1 引言

绿色高性能混凝土是指采用先进的现代化混凝土技术，在质量管理条件下，尽量少占用天然资源和能源，大量使用工业废弃物和城市垃圾制成的具有优良耐久性、工作性和经济适用性的混凝土[1]。绿色高性能混凝土是混凝土未来发展的方向，为适应绿色高性能混凝土发展的需要，混凝土外加剂也应向绿色化方向努力。本文以聚羧酸减水剂为复配母体，分别从聚羧酸高性能减水剂的作用机理、复配方案选择、复配试验等几个方面，对绿色高性能混凝土外加剂进行了一定的探索。

2 聚羧酸高性能减水剂的作用原理

聚羧酸系高性能减水剂的作用机理包括以下三个方面[2]。

1)静电斥力理论：在水化初期，水化矿物C3A、C4AF的水化是水泥颗粒表面带正电荷，对聚羧酸系高效减水剂分子解离形成的（-SO3H）、(-COOH)等负离子的吸附作用较强，此时反离子对在水泥颗粒表面的吸附占主导地位，从而使水泥颗粒因静电斥力作用而分散，水泥—水体系处于稳定的分散状态，宏观表现为掺减水剂水泥净浆和混凝土具有较高的初始流动性。随着水化程度的加深，水化矿物C3S、C2S的水化使水泥颗粒表面带负电荷，对减水剂分子的吸附作用较弱，水泥颗粒间的静电斥力作用减弱，此时水泥—水体系的有效分散将不再依赖于静电斥力作用。

2）Macker空间位阻效应理论：聚羧酸系高效减水剂分子呈梳形、多支链立体结构，主链带多个极性较强的活性基团，侧链带有亲水性的活性基团，且侧链较长、数量多，所以该类减水剂在水泥颗粒表面呈齿状吸附，易在水泥颗粒表面形成较厚的立体吸附层，在水泥颗粒间形成庞大的立体障碍，从而有效阻滞水泥颗粒的直接碰撞与物流凝聚，阻滞、延缓水泥的水化进程，提高水泥——水体系的分散性和分散保持性，宏观表现为水泥净浆流动度和混凝土坍落度经时损失小。

3）反应性高分子释放理论：一方面，聚羧酸高效减水剂的分子结构中有内酯、酸酐、酰胺等反应性基团，在某种程度上具有反应性高分子的特性，可在混凝土碱性环境中发生水解反应，不断补充由于水泥颗粒水化、吸附造成的减水剂浓度下降；另一方面，减水剂分子结构中的含聚氧化烯基链节的长侧链在碱性水溶液环境中容易断裂，生成更低分子量的产物，但不改变分子结构，从而有利于提高减水剂的分散保持性，也即有利于控制水泥净浆流动度和混凝土坍落度的损失。

3 实验用高效减水剂和其他材料的选择

本实验所采用的几种聚羧酸减水剂选自4家相对有实力和规模的聚羧酸系减水剂生产厂家。厂家编号分别以A、B、C、D表示。

水泥：四川某厂生产的某种型号水泥；细骨料：标准砂。

4 聚羧酸减水剂的复配方案

聚羧酸减水剂的复配方案采取与缓凝组分复配和与引气组分复配两种方式。

5 聚羧酸减水剂的复配实验

复配实验过程中，要注意各组分的掺合量，比如在进行缓凝组分复配的时候，量过少则达不到缓凝的效果，量过多又过度延长了缓凝时间并影响到混凝土的后期强度；在进行引气组分复配的时候，量少则达不到引气的效果，量大又会造成混凝土强度的损失。

1）净浆试验。选择四川某厂水泥，然后把4个厂家的聚羧酸减水剂样品做相同掺合量的净浆试验，分别测定其流动性、减水率、凝结时间和进行和易性的考察，选择综合性能优异的两种进行下一步的复配实验。净浆试验的结果见表1。

表1 四个厂家聚羧酸减水剂的净浆试验结果

综合以上试验数据，选择厂家编号为B和D的两种减水剂作为后续试验的母体减水剂。

2）B厂聚羧酸减水剂复配实验。先将B厂减水剂分成B1、B2、B3、B4四个编号的样品，然后再选择不同掺合量的缓凝组分和引气组分与五个样品进行复配试验。试验结果见表2。

表2 B厂不同复配样品的净浆试验结果

由表2可以看出，B2样品外加剂的复配方案情况最好，其中复配后的流动性提升了10mm,大大增加了可泵性，减水率上升了7个百分点，聚羧酸减水剂与缓凝剂、引气剂的减水效果实现了完美的叠加，另外，砂浆凝结时间非常适用于夏季炎热的施工环境。B1掺合量过少，导致了减水效果不理想，B3、B4掺合量过大，导致缓凝时间的过长影响施工进度，且出现了泌水现象。

3）D厂聚羧酸减水剂复配实验。方法同②，详细结果见表3。

表3 D厂不同复配样品的净浆试验结果

由表3可见，D3效果最为理想。

对比表2和表3，B2的减水率高于D3，所以下一步选择B2复配样品进行混凝土C60F350W10等级混凝土的3个配比试验以测试其各种性能。其他材料选择：四川某厂某种型号水泥；四川某厂Ⅰ级粉煤灰；硅粉；碎石。B2复配样品的掺合量为1.2%，性能试验分别混凝土的坍落度、力学性能和耐久性三个方面。试验结果分别见表4、表5、表6。

表4 掺合1.2%B2样品的混凝土坍落度损失试验结果

表5 掺合1.2%B2样品的混凝土力学性能试验结果(C60)

表6 掺合1.2%B2样品的混凝土耐久性试验结果(时间:28d)

由表4可以看出：B2复配样品的和易性和防止坍塌的性能非常好。

由表5可以看出：B2复配样品的力学性能满足设计要求。

由表6可以看出：B2复配样品的耐久性能良好。

6 B2复配外加剂的应用实例

某建设场地建筑面积为24454m2，混凝土浇筑量为30078m3。其地下室施工时间定为120天。地下室承台底板区域分为12段，设有一条后浇带，四条施工缝，施工控制在16天内完成，即每段施工各4天。根据地下室承台底板及外墙浇筑循环时间计算，混凝土初凝时间必须大于6.8小时，设计抗渗等级P10、C60，坍落度17～18cm。本地下室工程通过掺用B2复配外加剂收到了良好的效果。工程竣工后获得了市优秀样板工程。此应用实例证明：通过本实验制得的B2复配外加剂可称得上是一种具有高实用价值的高性能混凝土外加剂。