聚羧酸高性能减水剂制备 C40高性能混凝土

侯格妹，何均辉，张勇

（1.东莞市洪信混凝土有限公司，广东　东莞　523160；2.东莞市光泰混凝土有限公司，广东　东莞　523160）

聚羧酸高性能减水剂制备 C40高性能混凝土

侯格妹1，何均辉1，张勇2

（1.东莞市洪信混凝土有限公司，广东东莞523160；2.东莞市光泰混凝土有限公司，广东东莞523160）

聚羧酸减水剂具有减水率高、掺量低等优点，本文介绍了CC-AI 型聚羧酸高性能减水剂制备 C40高性能混凝土。通过复掺聚羧酸减水剂、矿物外加剂和膨胀剂，制备出流动性好、坍落度损失小，抗压强度、抗裂性能和耐久性优异的高性能混凝土，有效解决了混凝土体积稳定性难题，提高耐久性。

聚羧酸减水剂；高性能混凝土；工作性；膨胀剂；体积稳定性

混凝土是世界上用量最大的建筑材料。化学外加剂、矿物掺合料的使用和技术进步，使得混凝土性能和技术水平不断提高，应用领域不断拓宽。减水剂是一种对商品混凝土极其重要的外加剂，可以在保证混凝土相同工作性前提下，大幅减少用水量，从而显著改善混凝土孔结构，提高混凝土强度。尤其是聚羧酸高性能减水剂，它具有减水率高（＞25%）、掺量低、坍落度损失小等优点[1]，赋予混凝土前所未有的工作性能、力学性能和耐久性，广泛应用于工民建、桥梁、公路和隧道等重点工程[2-4]。本文主要介绍了用聚羧酸减水剂制备 C40泵送高性能混凝土，抗渗等级 P10，坍落度控制在 (180±30)mm，混凝土含气量控制在3.0%～4.0%。并且，混凝土的施工性能、力学性能、抗裂防渗性能和耐久性能可以协调发展。

1　原材料及试验方法

1.1原材料

水泥，海螺水泥有限责任公司生产的 P·O42.5普通硅酸盐水泥，比表面积320m2/kg，碱含量0.90%，28d 抗压强度42.8MPa。

矿渣，S95矿渣粉，比表面积410m2/kg，流动度比100%，烧失量0.30%，28d活性指数98%。

粉煤灰，I 级灰，45μm 筛余5.0%，需水量比95%，烧失量0.30%，28d 活性指数95%，游离氧化钙含量0.14%，烧失量3.5%。

膨胀剂，深圳市豹鸣股份有限公司生产的 CSA 膨胀剂，水中7d 限制膨胀率0.046%，28d 抗压强度42.4MPa。

砂，河砂，中砂，细度模数2.4。

石，碎石，连续级配，粒径5～25mm。

减水剂，聚羧酸系高性能减水剂，5种，产品型号分别为 CC-AI 型、VF-1型、KPL 型、JW-11型和 Rawy-101型。

1.2试验方法

聚羧酸减水剂性能测试，依据 GB8076－2008《混凝土外加剂》和 GB/T8077－2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。

按表1给出的配合比称取原材料拌制混凝土，测试混凝土拌合物性能后，制备试件，对硬化混凝土进行力学性能和耐久性能测试。

表1　混凝土配合比　kg/m3

混凝土拌合物性能测试，依据 GB/T50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。

力学性能测试，依据 GB/T50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

耐久性测试，依据 GB/T50082－2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行。

2　结果与分析

2.1聚羧酸减水剂的优选

5种聚羧酸减水剂的化学成分及性能检测结果见表2。

表2　聚羧酸减水剂性能指标

由表2可知，5种聚羧酸减水剂的各项性能指标都符合国家缓凝型高性能减水剂技术指标要求。其中，Rawy-101固含量最高达27.06%， KPL 最低为19.58%；Cl-含量在0%～0.11% 之间，远低于规范规定的0.6%；减水率均较高，达到37%～39% 之间，其中 CC-AI 最高为39%，此外，CC-AI 保水性能较好，常压下未见泌水；几种减水剂缓凝效果明显， KPL 减水剂和 JW-11减水剂缓凝时间差较长，减水剂样品凝结时间差为225～320min；7d 抗压强度比172%～218% 之间，高于规定的125%。

综合考虑各项性能指标，CC-AI 型聚羧酸减水剂的减水率最高、常压泌水率比最低、抗压强度比高，因此，本工程的减水剂优选 CC-AI 型聚羧酸高性能减水剂。

2.2混凝土拌合物性能

按表1制备的3组混凝土拌合物性能测试结果见表3。

表3　混凝土拌合物性能

由表3可知，3组混凝土拌合物的工作性均满足施工要求。随着胶凝材料总量和聚羧酸减水剂掺量的增加，水胶比的降低，混凝土拌合物的坍落度由170mm 增加到210mm，并且1h 后坍落度保持在150～175mm，坍落度损失较小。混凝土的容重在2360～2370kg/m3之间，混凝土拌合物和易性好。3# 配合比混凝土拌合物的出机状态和1h 坍落度见图2。

图2　新拌混凝土坍落度

2.3混凝土的力学性能

按表1制备的3组混凝土抗压力学性能测试结果见表4。

表4　硬化混凝土的抗压强度　MPa

混凝土强度等级为 C40，强度标准差取5.0MPa，则混凝土的配制强度应 ≥48.2MPa。

由表4可知，除1# 外，2#、3# 配合比混凝土的28d 抗压强度满足设计要求，并且3# 配合比混凝土强度最高，达到52.7MPa。并且，各配合比混凝土的早期强度相对较低，但后期强度增长较多，这主要是混凝土配合中使用了大量的矿渣、粉煤灰和膨胀剂，占总胶材用量的40%。早期矿物掺合料水化较少，后期在水化产物 Ca(OH)2激发作用下，产生C-S-H 凝胶，填充孔隙，改善孔结构，从而显著提高混凝土后期强度。

2.4混凝土的抗渗性能

混凝土试件养护27d 时取出，将表面晾干，采用松香－石蜡混合物作为密封材料，进行抗渗性能试验。从0.2MPa 加压至1.5MPa，试验结束时，3组配合比所有混凝土试件均未出现渗水现象，表明：混凝土的抗渗等级达到 P13。

试验结束后，将混凝土试件置于压力试验机上劈开，试件渗水高度在1.2～2.6cm 之间，以上结果说明，3组混凝土的抗渗性均较好。一方面得益于聚羧酸高性能减水剂的使用，它大幅度降低混凝土单方用水量（160kg/m3），既减水混凝土总孔隙又改善孔结构[5]。另一方面，矿物掺合料的使用，其微珠效应和火山灰活性效应，进一步密实混凝土。

2.5混凝土的限制膨胀率

混凝土限制膨胀率采用中国建筑材料科学研究总院开发的现场膨胀测试方法[6]，见图3。混凝土限制膨胀率测试结果见表5。

表5　混凝土限制膨胀率　%

由表5可知，3组混凝土的限膨胀率0.019%～0.022%，说明掺入膨胀剂在混凝土内部产生有效膨胀，在约束作用下，在混凝土内部储存了一定的预压应力，可以用来抵消干燥收缩引起的拉应力，从而显著提高混凝土的抗裂防渗性能，这一点对于沉管隧道的正常使用至关重要。

此外，研究表明，聚羧酸减水剂具有低收缩的特性，掺聚羧酸减水剂的混凝土体积稳定性较其他混凝土相比，有较大提高。因此，聚羧酸减水剂和膨胀剂的复合使用，显著改善混凝土的抗裂性能，有助于解决沉管隧道工程混凝土的体积稳定性难题。

2.6混凝土的耐久性能

混凝土的耐久性能以电通量方法表征，表6给出了测试结果。

表6　混凝土电通量　C

由表6可知，3组配合比混凝土28d 电通量495～590C，56d 电通量进一步降低，在418～512C，均在100～1000C 之间，依据标准，可以判定3组混凝土的氯离子渗透性为“很低”。也就是说3组混凝土的抗氯离子渗透能力均较强，有助于提高混凝土的耐久性能[7]，尤其是3# 配合比混凝土。该结果与混凝土的抗渗透性能结果相吻合。

综上所述，3# 配合比混凝土的工作性能、力学性能、抗裂性能和耐久性能最佳。按3# 配合比拌制混凝土进行现场混凝土施工，经现场检验，混凝土质量稳定，混凝土的工作性、力学性能、耐久性能均满足设计和施工要求。拆模后，混凝土外观质量较好，这符合聚羧酸减水剂拌制混凝土的特点。

3　结论

（1）聚羧酸高性能减水剂制备的 C40高性能混凝土流动性好、坍落度损失小，抗压强度、抗裂防渗性能和耐久性能优异。

（2）聚羧酸高性能减水剂和矿物掺合料复合使用，显著降低混凝土的孔细隙，改善孔结构，密实混凝土，从而显著提高混凝土的抗渗性能和耐久性。

（3）聚羧酸高性能减水剂和混凝土膨胀剂复合使用，显著改善混凝土的抗裂性能，有助于解决混凝土的体积稳定性难题。

[1] 罗亮江．聚羧酸高性能减水剂在南宁枢纽工程中应用[J]．铁路建筑技术，2012,9:100-101．

[2] 胡孟其，仇建刚，马治平，等．聚羧酸高性能减水剂在南水北调中线工程中的应用[C]．第三届全国混凝土外加剂应用技术专业委员会年会论文集，2007：371-380．

[3] 田晓霞．聚羧酸系减水剂在甘竹溪特大桥工程中的应用[J].公路，2009,7：333-336．

[4] 段彬，齐淑芹．新型聚羧酸系高性能减水剂在海阳核电工程中的应用[J]．混凝土，2010,4：83-84+88．

[5] 龚明子，陈龙，蒋亚清．聚羧酸减水剂对大掺量粉煤灰自密实混凝土水硬化性能的影响[J]．粉煤灰，2009,4：11-13．

[6] 赵顺增．图解说明现场检测补偿收缩混凝土限制膨胀率的方法和仪器[J]．膨胀剂与膨胀混凝土，2012,3：28-30．

[7] 谢友均，马昆林，龙广成，等．矿物掺合料对混凝土中氯离子渗透性的影响[J]．硅酸盐学报，2006,11:1345-1350．

［通讯地址］广东省东莞市洪梅镇金鳌沙村东莞市洪信混凝土有限公司（523160）

侯格妹（1984－），女，工程师。