混凝土表觀質(zhì)量影響因素及改進(jìn)研究

柯余良 吳文賢 方云輝 張小芳 史艷娜 李格麗 吳傳燈

（科之杰新材料集團(tuán)有限公司）

0 前言

混凝土是建筑行業(yè)中最主要的、最大宗的建筑材料，隨著我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，混凝土需求量越來越大，質(zhì)量要求也越來越高[1-2]。但是由于混凝土砂石原材料的短缺，質(zhì)量越來越差，導(dǎo)致混凝土的原材料組成成分越來越復(fù)雜。在追求滿足混凝土各項(xiàng)性能的同時(shí)，對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的要求也越來越高[3-4]?；炷帘碛^氣泡的存在不僅嚴(yán)重影響混凝土的外觀，也會(huì)降低混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、碳化和耐腐蝕性能[5]。在實(shí)際工程條件下，混凝土的表觀質(zhì)量受到混凝土原材料、配合比、脫模劑等多種因素的影響，本試驗(yàn)主要從減水劑、脫模劑和混凝土配合比等因素對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析混凝土表觀成型質(zhì)量的主要影響因素并提出改善的措施。

1 試驗(yàn)原材料及方法

1.1 水泥

實(shí)驗(yàn)所用水泥是由閩福建材有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5 水泥，其物理性質(zhì)指標(biāo)如表1 所示。

表1 水泥的物理性能

1.2 粉煤灰

實(shí)驗(yàn)所用的粉煤灰為F 類Ⅱ級(jí)，試樣干燥無結(jié)塊，其技術(shù)指標(biāo)值如表2 所示。

表2 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)

1.3 骨料

細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.8，石粉含量4%的機(jī)制砂；粗骨料采用公稱粒徑5～31.5mm 連續(xù)級(jí)配碎石。

1.4 減水劑

科之杰新材料集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑：PCE-1 和PCE-2 為醚類產(chǎn)品，含固量為50%；PCE-3 和PCE-4 為酯類產(chǎn)品，含固量為40%。

1.5 脫模劑

Point-TM1 和Point-TM2 為科之杰新材料集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的脫模劑；TMJ-1 為國外某知名品牌生產(chǎn)的脫模劑、TMJ-2 為國內(nèi)某品牌生產(chǎn)的脫模劑，脫模劑物理性質(zhì)指標(biāo)見表3。

表3 脫模劑物理性質(zhì)指標(biāo)

1.6 試驗(yàn)方法

混凝土攪拌、成型等按照GB/T 50081-2019《普通混凝土拌合物力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行；采用Image-pro 圖像分析軟件，對(duì)試件圖像處理后，以表面氣孔面積百分率、1mm 以上氣泡個(gè)數(shù)和表觀形貌作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

混凝土基準(zhǔn)配合比見表4。改變?cè)囼?yàn)條件，研究不同因素對(duì)混凝土表觀氣泡的影響。

表4 混凝土設(shè)計(jì)配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 減水劑種類對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的影響研究

分別選用四種不同種類的聚羧酸系高性能減水劑：PCE-1、PCE-2、PCE-3 和PCE-4，混凝土配合比如表4 所示，分別調(diào)整外加劑摻量，控制混凝土擴(kuò)展度為520±20mm，并保證混凝土拌合物和易性優(yōu)良情況下成型。混凝土模具選用100×100×515mm 的收縮試模，并涂抹同一種脫模材料（Point-TM1）保證實(shí)驗(yàn)可比性，每種減水劑成型三組試塊。統(tǒng)計(jì)混凝土表面的氣泡個(gè)數(shù)和大小，如圖1 所示。

圖1 減水劑種類對(duì)混凝土試件表觀質(zhì)量的影響

從圖1 和圖2 可以看出，不同種類聚羧酸系高性能減水劑對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的影響不同。在表觀氣泡上，對(duì)于1mm 以上氣泡個(gè)數(shù)，采用減水劑PCE-4 的氣泡最少，其次PCE-1，PCE-3 孔徑較大且分布相對(duì)密集，PCE-2氣孔比較小，但是分布較多。其主要原因在于不同種類聚羧酸系高性能減水劑分子結(jié)構(gòu)不同，引氣效果不同，其對(duì)混凝土表觀氣泡的影響規(guī)律也有所差異，所以導(dǎo)致表觀形貌存在差異。

圖2 四種減水劑對(duì)應(yīng)的混凝土試件表觀形貌

2.2 脫模劑種類對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的影響研究

采用表4 所示的配合比和減水劑PCE-4 進(jìn)行試配，減水劑的摻量為0.3%，分別涂抹四種不同種類脫模劑（Point-TM1、Point-TM2、TMJ-1、TMJ-2），每組脫模劑實(shí)驗(yàn)成型三組試塊。拆模后觀察試塊表面并統(tǒng)計(jì)試模底部的粘附量。脫模材料種類對(duì)混凝土試塊粘附量的影響如圖3 所示。

圖3 脫模材料種類對(duì)混凝土粘附量的影響

從圖3 可以看出，四種脫模劑測(cè)得的混凝土粘附量均小于JC/T 949-2005 脫模劑標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的5g/m2，且混凝土試塊在脫模過程中能順利脫模，保持混凝土試塊棱角完整無損，表面光滑，說明四種脫模劑均符合規(guī)范規(guī)定的施工性能要求。使用脫模劑Point-TM2 時(shí)，混凝土粘附量最少，其外觀質(zhì)量最好，說明脫模劑Point-TM2 有利于氣泡的逸出和破滅。

2.3 配合比對(duì)混凝土表觀氣泡的影響

采用表4 所示的配合比，采用減水劑PCE-4 進(jìn)行試配，調(diào)整混凝土配合比，研究了坍落度、膠材用量及砂率等因素對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的影響，結(jié)果見圖4。

從圖4（a）可以看出，隨著坍落度的增大，混凝土表觀氣泡逐漸減少；當(dāng)坍落度增加到180mm 時(shí)，混凝土表觀效果較好；當(dāng)繼續(xù)提高坍落度時(shí)，混凝土表觀氣泡反而增多?？梢姡涠仍酱?，混凝土中的結(jié)合水減少，自由水增多，自由水在混凝土硬化階段散失后容易形成孔。因此，建議混凝土的坍落度不應(yīng)太大。

從圖4（b）可以看出，膠凝材料用量對(duì)混凝土表面的影響較小。膠凝材料用量越大，混凝土的和易性越好，拌合物存在漿富余的現(xiàn)象，這對(duì)混凝土表面孔數(shù)量的降低有一定的幫助；但是，在滿足和易性的情況下，同時(shí)應(yīng)該滿足經(jīng)濟(jì)合理的原則。

從圖4（c）可以看出，砂率大不一定好。如果是高標(biāo)號(hào)混凝土，大的砂率能夠提高混凝土的流動(dòng)性，這是建立在高的膠凝材料的基礎(chǔ)上。而當(dāng)膠凝材料固定在360kg/m3時(shí)，如果混凝土的砂率較高，骨料的總比表面積增大，將會(huì)導(dǎo)致漿體不足，混凝土的流動(dòng)性會(huì)受到不利的影響；與模板接觸的漿體越少，空隙也會(huì)變多。因此，要控制合理的砂率。

圖4 配合比調(diào)整對(duì)混凝土表觀氣泡的影響

3 結(jié)論

針對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的要求，研究了減水劑種類、脫模劑種類和混凝土配合比對(duì)混凝土表觀質(zhì)量的影響，結(jié)論如下：

⑴不同的減水劑對(duì)混凝土表觀氣泡有一定的影響作用，其中PCE-4 對(duì)混凝土表觀質(zhì)量效果最好，與其引氣性能有一定的關(guān)系；

⑵脫模劑對(duì)混凝土表觀改善較為明顯，其中脫模劑Point-TM2 應(yīng)用效果最好，混凝土表面比較光滑，氣泡最少，說明脫模劑Point-TM2 有利于氣泡的逸出和破滅；

⑶在配合比方面，提高膠凝材料用量或者控制適當(dāng)?shù)奶涠群蜕奥?，有助于改善混凝土的表觀質(zhì)量。