聚羧酸高效减水剂品种对混凝土渗透性影响研究

孟庆贵

(中铁十八局集团第六工程有限公司，天津 300222)

聚羧酸高效减水剂品种对混凝土渗透性影响研究

孟庆贵

(中铁十八局集团第六工程有限公司，天津 300222)

研究了聚羧酸减水剂品种(丙烯酸系和马来酸系)对混凝土电通量、内部相对湿度以及失水率的影响，并通过压汞分析研究了减水剂对混凝土微观结构的影响。结果表明：掺有丙烯酸系减水剂的混凝土抵抗氯离子的渗透能力高于掺有马来酸系减水剂混凝土，其内部相对湿度降低速率高于马来酸系减水剂混凝土以及失水速率低于马来酸系减水剂混凝土。压汞分析结果表明掺有丙烯酸系减水剂混凝土微观结构较密实，孔隙率较低，孔径较小。

聚羧酸减水剂；混凝土；渗透性；作用机理

0 引 言

当前，聚羧酸高效减水剂由于具有掺量低、混凝土坍落度损失小、减水率高、与水泥等成分适应性强、硬化后混凝土物理力学性能和耐久性优异、能耗低、绿色环保等优点而被科研工作者和工程技术人员广泛研究，并将其应用于各大基础建设工程中。目前众多学者纷纷研究了聚羧酸减水剂掺量对混凝土工作性、力学性能和耐久性影响[1]。同时研究了泥粉含量对掺有聚羧酸的混凝土性能进行了相应分析[2]。然而，针对不同品种、不同系别的聚羧酸减水剂对混凝土性能的影响研究却未见诸报道。另外，关于混凝土耐久性最主要的性能则是混凝土的渗透性，这是因为混凝土的破坏均是由于外界侵蚀性离子渗透到混凝土内部造成的。因此，本文开展了聚羧酸高效减水剂品种对混凝土渗透性的影响，并对其相应机理进行分析，拟通过上述研究，探明不同品种聚羧酸系对混凝土性能影响，为以后混凝土材料选择、工程施工提供试验和理论基础。

1 试验

1.1 原材料

水泥：选用江南小野田水泥厂生产的P . II 52.5硅酸盐水泥，其化学组分见表1。

粉煤灰：选用江苏华能电力公司生产的I级低钙灰，其化学组分见表1。

磨细矿渣：选用江南粉磨公司生产的S95级磨细矿渣，其化学组分见表1。

表1 胶凝材料组成与物理性质

砂、石：物理性能指标如表2所示。

表2 骨料物理性能

聚羧酸高效减水剂：选用2种丙烯酸系减水剂(A1和A2)，2种马来酸系减水剂(M1和M2)，共4种聚羧酸减水剂，其性能指标见表3。

表3 减水剂性能指标

水：实验室用自来水。

1.2 配合比

考虑到实际工程中对混凝土强度等级和工作性能的要求(坍落度为200～220mm，28d标准养护强度达到C50强度等级)，首先设计了混凝土的基准配合比，本文研究的是不同外加剂对等强度条件下混凝土渗透性和水分传输的影响。因此，在试配过程中采取变化外加剂用量的方式以保证坍落度和强度等级相近。表4为C50基准混凝土配合比，表5为不同外加剂品种及掺量对混凝土工作性和力学性能的影响。

表4 C50混凝土基准配合比(kg/m3)

表5 外加剂掺量与混凝土工作性能、力学性能

1.3 试验方法

(1)混凝土渗透性：采用电通量方法表征混凝土的渗透性。试验前先将试件真空饱水24h，然后将混凝土试件的侧面密封，将密封后试样安装到试验箱上。试验过程中每隔30分钟记录一次电流大小，试验持续6 h，计算出试件6 h中通过的总电量，通过总电量的大小评定混凝土渗透性的高低，混凝土通过的电量和Cl-渗透性的关系如表6。

表6 混凝土通过的电量和Cl-渗透性的关系

(2)混凝土内部相对湿度：采用内埋湿度传感器方法进行测量。对于混凝土试块而言，由于外界环境湿度和内部水化不均匀的影响，其内部相对湿度在不同的位置并不相同，由内向外呈现出湿度梯度。为了更好的进行对比，将内部装有钢棒的20mm PVC管放置在模具中预留位置，使感应部位位于试模正中部位，随后再装入混凝土。等到混凝土初凝后，取出钢棒，用海绵吸干PVC管中的液态水，随后放入湿度传感器。在湿度传感器上方覆盖一层塑料薄膜后，使用熔融石蜡将PVC管密封，从而阻止混凝土从PVC管中与外界进行水分交换[3]。

(3)混凝土失水率：成型相同配比、相同尺寸、相同养护制度下的试件，然后在相同条件下，测量不同龄期试件的质量。通过质量的变化反映试件向环境扩散失水的质量。

2 结果与讨论

2.1 聚羧酸高效减水剂品种对混凝土电通量的影响

图1显示的是不同品种聚羧酸高效减水剂对60d龄期的混凝土试样电通量的影响结果。由图1可知，添有丙烯酸系减水剂(A1和A2)的混凝土电通量(174C)低于添有马来酸系减水剂混凝土(M1和M2)(240C)。这表明添加丙烯酸系减水剂混凝土微观结构较为密实，从而使外界氯离子渗入到混凝土内部的能力降低。同时也表明了与马来酸系的高效减水剂相比，丙烯酸系高效减水剂可有效改善混凝土微观结构，促进水泥水化进程，形成较多的水化产物，进而使混凝土的微观结构密实[4]。

图1 不同类型减水剂对混凝土电通量的影响

2.2 聚羧酸高效减水剂对混凝土水分传输影响

图2显示的是不同品种聚羧酸减水剂对混凝土内部相对湿度的影响结果。从图2可知，掺有不同品种聚羧酸减水剂的混凝土内部相对湿度随着龄期的延长而逐渐降低。其中，分别掺有A1和A2的混凝土内部相对湿度低于掺有M1和M2的混凝土。这表明掺有丙烯酸系的混凝土内部水分降低较快，丙烯酸系减水剂可促使混凝土内部水化进程加快，内部水分消耗相对迅速，从而使其相对湿度降低速率高于掺有马来酸系高效减水剂的混凝土[5]。

图2 C50混凝土内部相对湿度随时间变化曲线

不同品种聚羧酸减水剂对C50混凝土失水率的影响结果如图3所示。由图3可知，掺有M1和M2的混凝土失水量高于掺有A1和A2的混凝土。这表明掺有M1和M2的混凝土结构疏松，这可由图2中的SEM结果看出。由于掺有马来酸系的混凝土内部结构疏松，从而易使混凝土内部水分蒸发丧失，使其失水速率高于掺有丙烯酸系减水剂的混凝土。

图3 C50混凝土失水率随时间变化曲线

图4和表7显示的不同品种聚羧酸减水剂对混凝土孔结构及孔隙率影响结果。由图4和表7可知，掺有M1和M2的混凝土孔隙率和孔隙均略高于掺有A1和A2的混凝土，进一步表明掺有马来酸系的减水剂混凝土结构疏松，从而失水速率高于掺有丙烯酸的混凝土。

图4不同品种聚羧酸减水剂对60d龄期下混凝土的孔结构分布影响

表7 不同品种聚羧酸减水剂对混凝土平均孔隙率的影响

由混凝土电通量、内部相对湿度、失水率和孔结构、孔隙率试验结果可知，添加丙烯酸系减水剂有利于促进水泥的水化，使其水化产物增多，从而使其微观结构密实，孔隙率降低，孔径较小。产生上述现象的原因可能与丙烯酸系减水剂和马来酸系减水剂分子结构和分子量有关。丙烯酸系减水剂中含有大量酰胺基团(-CONH2)，残留未反应大单体分子量均在1000左右，而马来酸系减水剂中含有较多的聚氧乙烯侧链，残留未反应大单体分子量均高于2000，这表明马来酸系减水剂在混凝土中未能充分发挥作用，水泥颗粒分散效果较差，从而使混凝土中水泥水化进程慢于丙烯酸系减水剂对水化进程的影响，进而对混凝土微观结构的改善作用低于丙烯酸系减水剂对混凝土微观结构的改善作用。

3 结 语

研究了不同品种聚羧酸系减水剂(丙烯酸系、马来酸系)对C50混凝土渗透性和内部水分的影响。通过研究，得出以下结论：

(1)掺有丙烯酸系减水剂的混凝土60d电通量均值为170C，低于掺有马来酸系减水剂混凝土的电通量值(240C)；掺有丙烯酸系减水剂的混凝土内部相对湿度降低速率高于马来酸系减水剂混凝土；掺有马来酸系减水剂的混凝土失水率高于丙烯酸系减水剂混凝土。

(2)相比于掺有马来酸系的聚羧酸系减水剂，掺有丙烯酸系的聚羧酸系减水剂可以加快水泥水化进程，改善混凝土微观结构，减少孔隙，降低孔隙率。

[1]张全贵, 刘洋, 付海平. 聚羧酸减水剂复配方案对新拌混凝土工作性的影响[J]. 混凝土世界, 2014,(5): 52-57.

[2]路芳, 熊卫锋. 减缩型聚羧酸减水剂对水泥基材料收缩性能的影响[J]. 混凝土, 2014, (5)：91-92.

[3]黄健, 谭洪波, 马保国, 等. 聚羧酸减水剂在C50混凝土中的应用研究[J]. 公路, 2013，(4)：175-178.

[4]邰炜, 郑广军, 韩周冰, 等. 高保坍型聚羧酸减水剂配制高强自密实混凝土在武汉中心工程中的应用[J]. 混凝土与水泥制品， 2013，(5)：16-20.

[5]詹洪, 王友奎, 赵帆, 等. 骨料含泥对聚羧酸减水剂分散性能影响的试验研究[J].混凝土世界, 2014，(11)：65-73.

Effects of Polycarboxylate Superplasticizer Types on the Permeability

MENG Qing-gui

(China Railway Sixth Bureau Group Eighteen Engineering Co., Ltd., Tianjin 300222, China)

The influence of different polycarboxylate superplasticizer on permeability of concrete and its mechanism was carried out in view of lack of related research at the current. The influences of polycarboxylate superplasticizer (acrylic and maleic acid system) on electric flux, internal relative humidity and water loss rate were studied. Meanwhile, the microstructure of concrete affected by polycarboxylate superplasticizer was researched by mercury analysis testing instruments. The results show that the penetration ability that resistance to chloride ion of concrete adding the acrylic acid superplasticizer is higher than that of mixed with maleic acid series superplasticizer, and the internal relative humidity decrease rate is higher than that of maleic acid series superplasticizer concrete, and its water loss rate is lower than the maleic acid superplasticizer in concrete. Mercury analysis results showed that the microstructure of concrete mixed with acrylic acid superplasticizer is more compact, lower porosity and smaller pore size.

polycarboxylic water reducing agent; concrete; permeability; interaction mechanism

2015-10-19

孟庆贵(1977-)，男，河北唐山人，工程师，E-mail：wz2000tbm@163.com。

U414.101

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2015.04.002

1671-234X(2015)04-0005-04