聚羧酸减水剂在商品混凝土中的应用

聚羧酸减水剂在商品混凝土中的应用

摘 要：聚羧酸减水剂减水效果好且使混凝土坍落度损失小，能够有效改善混凝土的工作性能。我公司从2008年10月份开始商品混凝土生产过程中全部使用聚羧酸减水剂。本文在我公司使用聚羧酸减水剂的实际具体情况的基础上，研究聚羧酸减水剂对高强度混凝土性能的影响，并与萘系减水剂进行对比，找出其优势与不足。

1 引言

减水剂的出现是混凝土生产的一大进步，减水剂已经广泛应用于混凝土生产中，尤其在商品混凝土中几乎全部使用减水剂。聚羧酸减水剂作为第三代减水剂代表了现阶段的最高水平，不仅减水效果好（减水率大大高于木钙减水剂和萘系减水剂），而且坍落度损失小、能够有效改善混凝土的工作性能，十分有利于商品混凝土的生产控制。由于以上优势，其在商品混凝土中的使用得到迅速推广。我公司（其中三个站）在2008年10月份开始在各等级混凝土中使用聚羧酸减水剂，到目前为止生产混凝土近200万方，本文将我公司在使用聚羧酸减水剂生产商品混凝土的实际情况，与萘系减水剂进行对比，加以总结，找出其优势与不足。

2 生产及试验原材

（1）水泥：琉璃河P.O42.5水泥，28d胶砂强度51Mpa；

（2）粉煤灰：京环粉煤灰，Ⅰ级，细度8％，需水量比93％；

（3）矿粉：唐山第三水泥厂,S95级；

（4）萘系减水剂：SA-1，北京金隅混凝土有限公司；

（5）聚羧酸减水剂：HL-1，浓度24％,国产；

（6）聚羧酸防冻减水剂HL-2，聚羧酸浓度12％，防冻组分按-10℃配制。

（7）砂子：三河砂，Ⅱ级中砂，细度模数2.4；

（8）石子：三河，5－25mm碎石

3 试验过程、结果及分析

3.1聚羧酸减水剂在高强混凝土中的应用

高强混凝土目前尚无国家、地方和企业标准和规范，1994年中国土木工程学会高强混凝土委员会编制了“高强混凝土设计与施工指南”用以指导高强混凝土的研究开发与应用。

在原材料方面，应采用容易取得且资源丰富的原材料研制高强混凝土，使其具有良好的经济性及广泛的原材基础；在生产工艺方面，采用目前广泛使用的强制搅拌工艺、混凝土罐车运送、泵送浇筑或斗吊浇筑及振动捣实工艺，使高强混凝土与现有的混凝土制备与施工工艺相适应，为实现广泛的推广奠定可靠的基础。高强度混凝土除强度要达到比较高的指标外，也应该在其它性能方面达到良好的技术指标：

（1）具有良好的工作性能：拌合物具备高流态、均质性、填充性及良好的可泵性。

（2）耐久性：具有高密实度，能抵抗冻、渗以及二氧化碳的渗入。

（3）体积变形稳定：收缩值要低，弹性模量要尽量高。

（4）后期强度高：处于相对湿度不大的情况下，混凝土后期强度仍能较快增长。

3.1.1.制备高强高性能混凝土的技术路线：

采用目前国际上制备高强混凝土最为通用的技术路线：硅酸盐水泥+活性矿物掺合料+高效减水剂。普通混凝土在其拌合过程中实际用水量比水泥水化所需用水量多很多，这些多余的水在水泥硬化后蒸发，在水泥石内部和水泥石--集料的界面区域形成大量各种孔径的空隙，同时由于混凝土的泌水作用、自收缩及温度应力而引起微管和微缝现象，使混凝土强度和其它性能指标降低。因此，研制高强度混凝土的关键在于减少或消除上述缺陷、改善混凝土结构，通过掺入高效减水剂，在最小用水量的情况下，同时保证必要的拌合物流动性。 改善水泥石中水化物的相组成，是配置高强度高性能混凝土的另一关键，可以在混凝土中掺入超细活性矿物掺合料，如硅灰、磨细矿渣、磨细粉煤灰等，在这些矿物掺合料中，含有大量的活性SiO2，它能与游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生火山灰反应（二次水化），生成低碱性水化硅酸钙，增加混凝土中的胶凝物质数量。由于硅灰等超细掺合料还能发挥填充作用，大大增加混凝土结构密实性，大幅提高混凝土的强度，达到制备高强高性能混凝土的目标。

3.1.2.高强混凝土制备前对原材料的优选

高强混凝土对原材料没有特殊要求，但需要对当前使用的原材料进行优选和严格控制，除符合GB50204-2002规范要求外，还应符合下列条件：

(1)水泥：应使用≥42.5硅酸盐和普通硅酸盐水泥，28d强度≥50MPa，碱含量≤0.60%，比表面积320-350m2/kg，C3A≤8%

(2)细骨料：II区中砂，细度模数>2.4，含泥量≤2%

(3)粗骨料:最大粒径25mm，压碎指标值≤8%，针片状≤5%，含泥量≤1%，无风化石

(4)粉煤灰：I级粉煤灰

(5)磨细矿粉：S95级矿渣粉，比表面积 400m2/kg

(6)硅灰：氧化硅含量 90%，比表面积25000 m2/kg

(7)外加剂：聚羧酸高效减水剂，减水率≥25%

3.1.3.高强混凝土配合比设计

高强混凝土配合比设计按“高强混凝土设计与施工指南”和自己研究试验中取得的经验数据选定各项参数范围如下：

① 试配强度平均值≥1.12倍

② 水胶比：0.24-0.38

③ 水泥用量：300-380kg/m3，总胶材用量：550－600kg/m3

④ 粉煤灰掺量：10-15％

⑤ 矿粉掺量：20-25％

⑥ 硅灰掺量：5-10% ⑦ 砂率：32-40％

⑧ 外加剂掺量：0.5-1.8％

⑨ 总碱含量：≤ 3kg/m3

⑩ 氯离子含量：不得超过水泥重量的0.2％

C80高强混凝土尺寸效应为0.93

3.1.4.C80高强混凝土的配置及其性能研究

经过很多次试拌调整后确定施工配合比，C80高强混凝土配合比、拌合物性能及其强度。如表1所示：

表1 C80高强混凝土配合比参数及试验数据

水泥

水

砂 石

子 粉煤灰 矿粉 硅灰 外加剂

聚羧酸 水

灰

比 砂率/％ 坍

落

度mm 抗压强度（MPa）

3d 7d 28d 56d

300 140 677 1058 60 162 48 8.5（1.5%） 0.25 39 220 45.5 75.4 84.8 93.3

330 140 694 1041 60 132 48 8.5（1.5%） 0.25 40 230 46.8 77.0 85.8 94.0

(1)混凝土拌合物性能

表观密度：2430～2490（Kg/m3）

坍落度值：220～240mm

坍落度经时损失：120min损失值10～20mm

含气量：2.0%

压力泌水率：21%

(2)高强混凝土时间强度的尺寸效应

通过对C80混凝土28天边长分别为150mm和100mm立方体强度的对比试验。如表2所示：

表2 C80混凝土28天尺寸效应试验数据

序号 组数（n） 强度平均值（mfcu，150） 组数（n） 强度平均值（mfcu，100） mfcu,150/

mfcu,100

1 10 96.5 10 103.4 0.9332

2 10 95.8 10 102.8 0.9317

3 10 96.9 10 103.9 0.9325

总平均值 30 96.4 30 103.4 0.9323

注：mfcu,150、mfcu,100分别为150mm和100mm立方体抗压强度平均值。

(3)高强度混凝土的耐久性

碳化试验：按照国家标准《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法》GBJ82-85要求进行，共做2组试验，碳化深度为零，表明上述混凝土抗碳化性能良好。

抗渗性能：抗渗试验采用标准尺寸试件，标养28天后进行试验，试验水压从0.1MPa开始，每个8h加压0.1MPa，逐级加压至3.6MPa时无渗透现象，劈检平均渗透高度为3mm，抗渗等级大于P35。

抗冻性能：抗冻试验采用慢冻法，将边长为100mm的立方体，标养28天后进行冻融试验。试验前4天把冻融试件从标养室取出，放入15～20℃水中浸泡。冻结温度为-15～-20℃，经过4小时后取出放入温水融化4小时为一个循环。试验结果(表3)显示,高强度混凝土具有良好的抗冻性能。

表3 C80混凝土抗冻试验数据

试验项目 200次(C80)

fco=84.5 fcn=83.7

强度损失率（%） 0.8

重量损失率（%） 无

外观 完整

注: Fco、fcn-分别为同龄期对比试块抗压强度值和经过n次冻融循环的平均抗压强度值。

收缩性能：收缩试验采用100×100×515mm标准试件，按GBJ82-85国家标准规定的条件养护及检测。试验结果(表4)显示，高强高性能混凝土的干燥收缩较小,满足相关要求。

表4 C80混凝土收缩试验数据

事件

编号 水胶比 收缩值（mm/m）

1d 3d 7d 14d 28d 45d 60d 90d

01 0.25 0.021 0.065 0.138 0.198 0.256 0.288 0.313 0.332

02 0.25 0.020 0.053 0.142 0.211 0.275 0.290 0.313 0.332

平均值 0.25 0.020 0.059 0.140 0.204 0.266 0.289 0.313 0.332

3.1.5.高强混凝土生产过程质量控制

施工前，按要求对上述原材料进行审核，全部符合要求后方能开盘生产。 (1)准确测量砂含水率，从应用施工配合比总用水量中扣除砂子带入的水分。

(2)检查生产各计量称，确认计量精度符合误差要求范围。

(3)搅拌时间较普通混凝土增加一倍，60s/盘为宜。

(4)出机混凝土坍落度200-230mm，1小时坍落度损失＜20mm。

(5)拌合物出机温度夏季≤30℃，冬季≥10℃

(6)出机至入模时间不得超过1.5小时。

(7)工作性能不合格的混凝土运回搅拌站内，调整后降低标号用于其它部位。

(8)技术人员在现场负责质量监控，一旦有问题做到及时现场处理解决。

(9)搅拌站和施工单位现场见证取样各成型3组试块进行不同龄期强度试验。

3.1.6.对施工现场的要求

(1)混凝土施工前，应由施工单位组织设计、施工、监理和生产单位进行技术交底，制订生产与施工方案。

(2)混凝土胶凝材料用量大、混凝土较粘，振捣时间较普通混凝土增加一倍。

(3)混凝土做到及时抹面，注意经常观察初凝前一旦有细小裂缝迅速进行二次抹压。

(4)高强混凝土水灰比低，掺硅灰将促进水分快速消耗，易出现明显自干燥和自生收缩现象，因此抹面后应进行覆盖施水（喷雾或浇水）养护，可以以外部补充水分能有限的降低自干燥收缩减少早期裂缝。

(5)高强混凝土水化热高，为了控制温差裂缝，不能拆模太早，应该在浇注后24h松开模板，带模养护至混凝土表面温度接近环境温度时再拆除模板。

(6)浇注、振捣、抹面和养护应连续进行，不能脱节与耽搁。需要有良好的施工组织管理，由熟练的班长亲自操作检查。

(7)高强混凝土做抗压强度试验时，试块从养护室取出后应停放24h后试块水分蒸发后再压，否则强度偏低，试块强度超过80MPa应