聚羧酸高效減水劑品種對混凝土滲透性影響研究

孟慶貴

(中鐵十八局集團(tuán)第六工程有限公司，天津 300222)

聚羧酸高效減水劑品種對混凝土滲透性影響研究

孟慶貴

(中鐵十八局集團(tuán)第六工程有限公司，天津 300222)

研究了聚羧酸減水劑品種(丙烯酸系和馬來酸系)對混凝土電通量、內(nèi)部相對濕度以及失水率的影響，并通過壓汞分析研究了減水劑對混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：摻有丙烯酸系減水劑的混凝土抵抗氯離子的滲透能力高于摻有馬來酸系減水劑混凝土，其內(nèi)部相對濕度降低速率高于馬來酸系減水劑混凝土以及失水速率低于馬來酸系減水劑混凝土。壓汞分析結(jié)果表明摻有丙烯酸系減水劑混凝土微觀結(jié)構(gòu)較密實，孔隙率較低，孔徑較小。

聚羧酸減水劑；混凝土；滲透性；作用機理

0 引 言

當(dāng)前，聚羧酸高效減水劑由于具有摻量低、混凝土坍落度損失小、減水率高、與水泥等成分適應(yīng)性強、硬化后混凝土物理力學(xué)性能和耐久性優(yōu)異、能耗低、綠色環(huán)保等優(yōu)點而被科研工作者和工程技術(shù)人員廣泛研究，并將其應(yīng)用于各大基礎(chǔ)建設(shè)工程中。目前眾多學(xué)者紛紛研究了聚羧酸減水劑摻量對混凝土工作性、力學(xué)性能和耐久性影響[1]。同時研究了泥粉含量對摻有聚羧酸的混凝土性能進(jìn)行了相應(yīng)分析[2]。然而，針對不同品種、不同系別的聚羧酸減水劑對混凝土性能的影響研究卻未見諸報道。另外，關(guān)于混凝土耐久性最主要的性能則是混凝土的滲透性，這是因為混凝土的破壞均是由于外界侵蝕性離子滲透到混凝土內(nèi)部造成的。因此，本文開展了聚羧酸高效減水劑品種對混凝土滲透性的影響，并對其相應(yīng)機理進(jìn)行分析，擬通過上述研究，探明不同品種聚羧酸系對混凝土性能影響，為以后混凝土材料選擇、工程施工提供試驗和理論基礎(chǔ)。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：選用江南小野田水泥廠生產(chǎn)的P . II 52.5硅酸鹽水泥，其化學(xué)組分見表1。

粉煤灰：選用江蘇華能電力公司生產(chǎn)的I級低鈣灰，其化學(xué)組分見表1。

磨細(xì)礦渣：選用江南粉磨公司生產(chǎn)的S95級磨細(xì)礦渣，其化學(xué)組分見表1。

表1 膠凝材料組成與物理性質(zhì)

砂、石：物理性能指標(biāo)如表2所示。

表2 骨料物理性能

聚羧酸高效減水劑：選用2種丙烯酸系減水劑(A1和A2)，2種馬來酸系減水劑(M1和M2)，共4種聚羧酸減水劑，其性能指標(biāo)見表3。

表3 減水劑性能指標(biāo)

水：實驗室用自來水。

1.2 配合比

考慮到實際工程中對混凝土強度等級和工作性能的要求(坍落度為200～220mm，28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強度達(dá)到C50強度等級)，首先設(shè)計了混凝土的基準(zhǔn)配合比，本文研究的是不同外加劑對等強度條件下混凝土滲透性和水分傳輸?shù)挠绊憽Ｒ虼?，在試配過程中采取變化外加劑用量的方式以保證坍落度和強度等級相近。表4為C50基準(zhǔn)混凝土配合比，表5為不同外加劑品種及摻量對混凝土工作性和力學(xué)性能的影響。

表4 C50混凝土基準(zhǔn)配合比(kg/m3)

表5 外加劑摻量與混凝土工作性能、力學(xué)性能

1.3 試驗方法

(1)混凝土滲透性：采用電通量方法表征混凝土的滲透性。試驗前先將試件真空飽水24h，然后將混凝土試件的側(cè)面密封，將密封后試樣安裝到試驗箱上。試驗過程中每隔30分鐘記錄一次電流大小，試驗持續(xù)6 h，計算出試件6 h中通過的總電量，通過總電量的大小評定混凝土滲透性的高低，混凝土通過的電量和Cl-滲透性的關(guān)系如表6。

表6 混凝土通過的電量和Cl-滲透性的關(guān)系

(2)混凝土內(nèi)部相對濕度：采用內(nèi)埋濕度傳感器方法進(jìn)行測量。對于混凝土試塊而言，由于外界環(huán)境濕度和內(nèi)部水化不均勻的影響，其內(nèi)部相對濕度在不同的位置并不相同，由內(nèi)向外呈現(xiàn)出濕度梯度。為了更好的進(jìn)行對比，將內(nèi)部裝有鋼棒的20mm PVC管放置在模具中預(yù)留位置，使感應(yīng)部位位于試模正中部位，隨后再裝入混凝土。等到混凝土初凝后，取出鋼棒，用海綿吸干PVC管中的液態(tài)水，隨后放入濕度傳感器。在濕度傳感器上方覆蓋一層塑料薄膜后，使用熔融石蠟將PVC管密封，從而阻止混凝土從PVC管中與外界進(jìn)行水分交換[3]。

(3)混凝土失水率：成型相同配比、相同尺寸、相同養(yǎng)護(hù)制度下的試件，然后在相同條件下，測量不同齡期試件的質(zhì)量。通過質(zhì)量的變化反映試件向環(huán)境擴散失水的質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚羧酸高效減水劑品種對混凝土電通量的影響

圖1顯示的是不同品種聚羧酸高效減水劑對60d齡期的混凝土試樣電通量的影響結(jié)果。由圖1可知，添有丙烯酸系減水劑(A1和A2)的混凝土電通量(174C)低于添有馬來酸系減水劑混凝土(M1和M2)(240C)。這表明添加丙烯酸系減水劑混凝土微觀結(jié)構(gòu)較為密實，從而使外界氯離子滲入到混凝土內(nèi)部的能力降低。同時也表明了與馬來酸系的高效減水劑相比，丙烯酸系高效減水劑可有效改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水泥水化進(jìn)程，形成較多的水化產(chǎn)物，進(jìn)而使混凝土的微觀結(jié)構(gòu)密實[4]。

圖1 不同類型減水劑對混凝土電通量的影響

2.2 聚羧酸高效減水劑對混凝土水分傳輸影響

圖2顯示的是不同品種聚羧酸減水劑對混凝土內(nèi)部相對濕度的影響結(jié)果。從圖2可知，摻有不同品種聚羧酸減水劑的混凝土內(nèi)部相對濕度隨著齡期的延長而逐漸降低。其中，分別摻有A1和A2的混凝土內(nèi)部相對濕度低于摻有M1和M2的混凝土。這表明摻有丙烯酸系的混凝土內(nèi)部水分降低較快，丙烯酸系減水劑可促使混凝土內(nèi)部水化進(jìn)程加快，內(nèi)部水分消耗相對迅速，從而使其相對濕度降低速率高于摻有馬來酸系高效減水劑的混凝土[5]。

圖2 C50混凝土內(nèi)部相對濕度隨時間變化曲線

不同品種聚羧酸減水劑對C50混凝土失水率的影響結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，摻有M1和M2的混凝土失水量高于摻有A1和A2的混凝土。這表明摻有M1和M2的混凝土結(jié)構(gòu)疏松，這可由圖2中的SEM結(jié)果看出。由于摻有馬來酸系的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，從而易使混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)喪失，使其失水速率高于摻有丙烯酸系減水劑的混凝土。

圖3 C50混凝土失水率隨時間變化曲線

圖4和表7顯示的不同品種聚羧酸減水劑對混凝土孔結(jié)構(gòu)及孔隙率影響結(jié)果。由圖4和表7可知，摻有M1和M2的混凝土孔隙率和孔隙均略高于摻有A1和A2的混凝土，進(jìn)一步表明摻有馬來酸系的減水劑混凝土結(jié)構(gòu)疏松，從而失水速率高于摻有丙烯酸的混凝土。

圖4不同品種聚羧酸減水劑對60d齡期下混凝土的孔結(jié)構(gòu)分布影響

表7 不同品種聚羧酸減水劑對混凝土平均孔隙率的影響

由混凝土電通量、內(nèi)部相對濕度、失水率和孔結(jié)構(gòu)、孔隙率試驗結(jié)果可知，添加丙烯酸系減水劑有利于促進(jìn)水泥的水化，使其水化產(chǎn)物增多，從而使其微觀結(jié)構(gòu)密實，孔隙率降低，孔徑較小。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因可能與丙烯酸系減水劑和馬來酸系減水劑分子結(jié)構(gòu)和分子量有關(guān)。丙烯酸系減水劑中含有大量酰胺基團(tuán)(-CONH2)，殘留未反應(yīng)大單體分子量均在1000左右，而馬來酸系減水劑中含有較多的聚氧乙烯側(cè)鏈，殘留未反應(yīng)大單體分子量均高于2000，這表明馬來酸系減水劑在混凝土中未能充分發(fā)揮作用，水泥顆粒分散效果較差，從而使混凝土中水泥水化進(jìn)程慢于丙烯酸系減水劑對水化進(jìn)程的影響，進(jìn)而對混凝土微觀結(jié)構(gòu)的改善作用低于丙烯酸系減水劑對混凝土微觀結(jié)構(gòu)的改善作用。

3 結(jié) 語

研究了不同品種聚羧酸系減水劑(丙烯酸系、馬來酸系)對C50混凝土滲透性和內(nèi)部水分的影響。通過研究，得出以下結(jié)論：

(1)摻有丙烯酸系減水劑的混凝土60d電通量均值為170C，低于摻有馬來酸系減水劑混凝土的電通量值(240C)；摻有丙烯酸系減水劑的混凝土內(nèi)部相對濕度降低速率高于馬來酸系減水劑混凝土；摻有馬來酸系減水劑的混凝土失水率高于丙烯酸系減水劑混凝土。

(2)相比于摻有馬來酸系的聚羧酸系減水劑，摻有丙烯酸系的聚羧酸系減水劑可以加快水泥水化進(jìn)程，改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)，減少孔隙，降低孔隙率。

[1]張全貴, 劉洋, 付海平. 聚羧酸減水劑復(fù)配方案對新拌混凝土工作性的影響[J]. 混凝土世界, 2014,(5): 52-57.

[2]路芳, 熊衛(wèi)鋒. 減縮型聚羧酸減水劑對水泥基材料收縮性能的影響[J]. 混凝土, 2014, (5)：91-92.

[3]黃健, 譚洪波, 馬保國, 等. 聚羧酸減水劑在C50混凝土中的應(yīng)用研究[J]. 公路, 2013，(4)：175-178.

[4]邰煒, 鄭廣軍, 韓周冰, 等. 高保坍型聚羧酸減水劑配制高強自密實混凝土在武漢中心工程中的應(yīng)用[J]. 混凝土與水泥制品， 2013，(5)：16-20.

[5]詹洪, 王友奎, 趙帆, 等. 骨料含泥對聚羧酸減水劑分散性能影響的試驗研究[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

孟慶貴(1977-)，男，河北唐山人，工程師，E-mail：wz2000tbm@163.com。

U414.101

A

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

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