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浅析福州萘系减水剂对混凝土性能的影响!
来源:www.fjxdwjj.com 发布时间:2020年12月03日
   萘系减水剂在国内的研究起步相对较晚,20世纪40年代末我国将外加剂引入到水泥混凝土的设计当中来。1975年,清华大学卢璋成功制备出了萘系减水剂NF,同时对萘系减水剂的机理进行深入的研究。萘系减水剂的重大研究成果对我国混凝土外加剂的发展具有里程碑的意义。目前,减水剂由于可以提高混凝土力学性能、改善施工和易性且可降低资源的消耗、保护了环境,所以已经成为水泥混凝土中必不可少的成份,在本行业中经常被称为水泥混凝土的第五成份。萘系减水剂目前是行业内公认有效的减水外加剂,且该减水剂在我国使用量大范围广。由于萘系减水剂大面积的使用带来了污染、成本高的问题。本文从减水剂的作用机理出发,采用造价低和污染小的绿色萘系减水剂,研究不同萘系减水剂掺加量下水泥混凝土的性能。研究结果为萘系减水剂在实际工程中的应用提供了一定价值的理论参考与指导。
   

萘系减水剂


   1减水剂的功能与机理
   
   减水剂作为一种外加剂,其功能主要有以下几点:一、减水剂可以在不影响水泥混凝土正常施工的前提下,减少用水量,从而在水泥混凝土硬化过程中,有较少的水分需要散失,因此混凝土的内部气孔较少,从而可以提高混凝的强度;二、减水剂可大幅度改善水泥混凝土的施工和易性,降低施工拌和时的能耗;三、减水剂可以在不降低水泥混凝土各方面性能与力学指标的前提下减少水泥和水的用量,从而降低施工的成本。
   
   减水剂的分子结构两端分别是亲水端和疏水端,在使用的过程中,亲水端指向水,而疏水端则指向气体或固体界面,因此可降低水与气相和固相间的界面能,从而达到分散的效果。在正常的水泥混凝土施工拌制过程中,一旦向水泥中加入水,水泥就会立刻生成絮状结构物,此结构物内在中包含了许多的水;如果加入减水剂,一方面减水剂会附着在水泥颗粒的表面,将水泥颗粒与水的接触界面阻断,另一方面减水剂的亲水端吸附一定量水分子,可对水泥颗粒起到润滑的作用之更容易分散;亲水基带负电,吸附在水泥颗粒的表面后,水泥颗粒也带有相同的负电,从而相互排斥使水泥颗粒更加分散,减少水的用量,提高水泥混凝土的流动性。
   
   2试验原材料
   
   2.1水泥
   
   水泥的强度等级及用量与混凝土的工作性能和强度有直接关系。本试验选用东方希望重庆水泥有限公司生产的32.5R水泥,水泥指标:强度等级32.5MPa,初凝时间253min,终凝时间289min,标准稠度28.2%,体积安定性为合格,比表面积352m2/kg,3d抗折强度6.4MPa,28d抗折强度8.7MPa,3d抗压强度29.6MPa,28d抗压强度50.2MPa,均满足规范要求。
   
   2.2粉煤灰
   
   在水泥混凝土中加入粉煤灰减少水泥用量并且可以改善混凝土的整体性能。本试验所采用的粉煤灰由中铁十六局物资贸易有限公司工业分公司提供,其各项性能指标:细度(45μm方孔筛余量)16.5%,含水率0.28%,需水量比103%,烧失量3.21%,28d活性指标75%,均满足规范要求。
   
   2.3骨料
   
   水泥混凝土中的骨料包括细骨料和粗骨料,粗骨料起到骨架的作用,细骨料起到填充的作用,骨料的比例占混凝土的70%,所以骨料的各项指标级大影响着混凝土施工和易性与强度。本试验中细骨料为中砂,细度模数为2.58,堆积密度为1468kg/m3,含泥量为1.23%,细骨料的各项指标均满足现行规范技术要求。粗骨料采用机械破碎的石灰石碎石,较大粒径为23mm,针、片状含量2.9%,含泥量0.15%,含水率0.15%,压碎指标为6.5%,表观密度为2734kg/m3,堆积密度为1780kg/m3,此粗骨料的各项指标均满足现行规范技术要求。
   
   2.4减水剂与拌合用水
   
   本实验采用上海云哲新材料有限公司提供的萘系减水剂,此减水剂的主要成份为β萘磺酸钠甲醛缩合物,无害、无腐蚀性、易溶于水且物理化学性能稳定。具体性能指标:粉剂为90%、pH值为7~9、硫酸钠含量为15%~20%,水泥净浆流动度为240mm。
   
   实验过程中采用的水为重庆市石柱土家族自治县生活用水,其各项指标均满足《混凝土用水标准》JGJ63-2006的标准。
   
   3实验结果与分析
   
   3.1萘系减水剂掺量对混凝土强度的影响
   
   实验采用的配合比方案如表1所示,按照试验设计的配合比方案制作混凝土试样,在标准养护模式情况下对不同龄期的混凝土试样进行抗压强度检测。
   
   为了分析萘系减水剂掺量对不同龄期混凝土强度的影响,分别对龄期为3d、7d、14d、28d和60 d的水泥混凝土强度进行检测
   
   加入一定量萘系减水剂后,混凝土的水胶比呈下降趋势,但是混凝土强度呈现逐步上升的趋势,第3d至第7d水泥混凝土的强度处在一个较低界限值之内,而14d至第60d混凝土的强度相对于前期7d之内的强度得到了大幅度的提升,因此可以得出萘系减水剂在混凝土强度形成的第7d到14d内起较大的作用,即呈现出减水剂对混凝土后期强度的影响程度大于前期强度。与未添加减水剂的实验组比较可知,当加入减水剂后混凝土各阶段的强度均有大幅度的增长,特别是60d龄期的混凝土提升效果较为显着,其强度增长了15MPa左右。
   
   当掺入萘系减水剂的范围在1.6%~1.8%时,各龄期混凝土的抗压强度都增长快。针对规范标准要求的28d抗压强度曲线可知,与未添加减水剂的混凝土试样强度相比,当掺加1.6%的萘系减水剂时强度提升了10MPa,当掺加1.8%的萘系减水剂时强度提升了12MPa。由以上数据可以充分证明掺入萘系减水剂,可以降低水泥混凝土的单位用水量和水胶比并且大幅度提高混凝土抗压强度,但是当萘系减水剂的掺量过1.8%时,混凝土试样的强度的增长速率变慢,3d的抗压强度呈现零增长。综合经济与混凝土强度的增长情况,建议萘系减水剂掺量为粉体颗粒总质量的1.6%~1.8%。
   
   3.2萘系减水剂掺量对施工性能的影响
   
   根据表1的配合比方案,按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测定不同减水剂掺量下混凝土的初凝时间、终凝时间、坍落度等各项指标,如图3和图4所示。按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测定不同减水剂掺量下混凝土的施工性能状况。
   
   在混凝土中掺入萘系减水剂后,水泥混凝土的初凝和终凝时间均大幅度提高,并且随着减水剂的掺量增加,凝结时间逐步提升,提升的速率先快后慢,趋于平稳。所以加入减水剂可以为水泥混凝土的运输与铺筑争取时间,但是添加量也并非是越多越多好,一方面添加过多造成终凝时间过长,不利于混凝土强度的形成,提高了由于混凝土强度形成过慢而被外界环境因素破坏的可能性,另一方面增大了施工的成本。
   
   随着减水剂的增加,混凝土坍落度先增大后降低,当掺量太大时会出现严重的分层离析现象。随着减水剂的增加,混凝土试样的黏聚性越来越好。减水剂的掺加量在1.6%~1.8%之间,混凝土的保水性较好。
   
   综上可知,萘系减水剂的掺加量在一定的范围内可以提高水泥混凝土的施工和易性,因此建议萘系减水剂的掺加量为固体粉末总质量的1.6%~1.8%。
   
   4结论
   
   (1)减水剂分子两端分别为亲水和疏水,掺加到水泥混凝土当中其亲水端指向水,而疏水端则指向气体或固体界面,可降低水与气相和固相间的界面能,从而达到分散的效果。
   
   (2)减水剂对混凝土去强度影响的时间段为7~14d,同不加减水剂的混凝土相比,其60d抗压强度增长了15MPa左右。
   
   (3)综合水泥混凝土的抗压强度、水胶比、初凝时间、终凝时间及经济因素的考虑推荐萘系减水剂的掺加量为固体粉末总质量的1.6%~1.8%。

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