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减水剂的特性及应用前景是什么?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-05-16

近年来,随着混凝土结构向着大跨度、高层次、施工趋于机械化的方向发展,这就要求混凝土必须具备高流动性、高强度性、高耐久性等特点。这也要求商品混凝土在高流态、低水灰比时具有低黏度和坍落度保持性,并与各种水泥都有很好的相容性,满足混凝土长距离运输、泵送施工要求。

一、减水剂的特性及应用前景

(一)高效减水剂的功能

高效减水剂又称为塑化剂,是混凝土拌制过程中主要外加剂之一,其掺入量不大于水泥质量的5%,主要有以下四个方面作用:(1)提高混凝土的浇筑性,改善混凝土的工作性能;(2) 在给定工作条件下,减少水灰比,提高混凝土的强度性和耐久性;(3) 在保持混凝土浇筑性能和强度不变的情况下,减少水和水泥的用量,减少干缩,水泥水化热等引起混凝土初始缺陷的因素;高效减水剂对水泥有强烈的分散作用,能大大提高水泥拌合物的流动性和混凝土坍落度,同时大幅度减少用水量,显著改善新拌混凝土的工作性能和混凝土各龄期的强度;(4) 促进了混凝土的高强、超高强,改善了混凝土的施工,实现了大体积的现代化高速文明施工。

(二)减水剂的分类

高效减水剂一般分为合成型单一组分和复合型组分两大类,主要控制技术指标有:减水率、含气量、凝结时间、保坍性能、泌水率比、抗压强度比和相对耐久性指数等。其中,减水率为坍落度相同时,基准混凝土和掺外加剂混凝土单位用水量之差与基准混凝土单位用水量之比,是减水剂最重要的品质指标之一。

(三)使用高效减水剂的经济性

在混凝土中掺入适量的减水剂,可在保持新拌混凝土和易性相同的情况下,显著地降低水灰比;若基准混凝土的水灰比为0.5,混凝土中的水泥用量为360kg/m,掺入高效减水剂后,在相同坍落度的条件下,掺入减水率为20%,则水灰比可降至40% (混凝土中的用水量可减少36kg/m以上)。由于掺入适量的减水剂,将对混凝土的强度、抗冻、抗渗等一系列物理力学性能产生良好的影响。掺减水剂后,新拌混凝土的减水率一般为6%~10%;若掺入具有较强分散能力的减水剂时,其减水率可达12%~25%。

(四)粉煤灰混凝土和减水剂

粉煤灰混凝土水化热低、和易性好、致密性高,并能抵抗一定程度的化学侵蚀,已逐渐成为建筑工程中一种经常使用的混凝土,如与各类外加剂配合使用,更能提高其性能,并取得良好的技术性能和较高的经济效益。

(五)减水剂的发展前景

有关专家预言:高性能混凝土对未来建筑业的影响是不可估量的,21世纪这种混凝土将在更多领域得到更大的发展。高性能混凝土的研究与应用在世界范围才刚起步,当前我国也很重视其开发应用研究,但大部分都处于试验室研究阶段。

今后高效减水剂有利于磺酸基高效减水剂的发展,但未必是它们现在的形式。为了促进其更广泛的应用,用共聚的方法使其继续优化,在研究和开发方面已显示出有希望的产品。预计今后一段时间内可能只有少部分的萘系产品被其他产品所替代。

随着世界能源和资源保护要求的日益增长,大量高炉矿渣、粉煤灰等作为水泥复合材料,高效减水剂使超细矿物掺合料应用于配制高性能混凝土成为了可能,使资源得以综合利用并极大地改善了混凝土性能,随之产生了较高的经济效益和社会效益。

二、实验举例

(一)高效减水剂对混凝土坍落度的实验分析

在称取各用料后,按先掺入法加入减水剂,拌合均匀,测定混凝土的坍落度。测定坍落度每隔30min一次,测3次。葛洲坝水泥与华新水泥的实验记录,A型减水剂1%~2%掺量混凝土坍落度见表1。

表1 A型减水剂1%~2%掺量混凝土坍落度水 

从表1中可以看出,同类型号的减水剂在同种掺量之下,葛洲坝水泥在双掺时的坍落度比华新水泥的大,由于设计坍落度为16~18cm,两种普通硅酸盐水泥在掺入高效减水剂后,坍落度都达到泵送要求。

混凝土坍损率的测定:对于减水剂与水泥之间的影响,还要考虑到环境温度、湿度因素。混凝土温度低时,萘系减水剂的减水率较小;混凝土温度高时,其坍落度损失较快。由表1中各时段的坍落度,可计算出30min和60min的混凝土坍落度损失率,即坍损率:η= (T0-T′)/T0,其中,T′为30min和60min时测定的坍落度。因为是各时段的坍落度损失,所以才能反映减水剂的作用功效。新拌混凝土随着时间的延长,坍落度越来越小。因为高效减水剂是按先掺法加入的,故初始的坍落度均可满足泵送50~100m高度的要求。但在30min之后,坍落度损失3~3.5cm;在60min之后,坍落度损失4.5~7.5cm,其1h后的坍落度损失大约40%以上,这不利于泵送和运输。对长途运输的商品混凝土而言,先掺法是不利的,由于坍落度随时间下降,为了保持施工操作所需的和易性,采用混凝土减水剂的后掺工艺、分批添加减水剂(补偿混凝土坍落度损失)或减水剂与缓凝剂复合使用都可以有效地控制混凝土的坍落度损失。

在保持流动性及水灰比不变的条件下,减少用水量的同时,相应减少了水泥用量,即节省了水泥。此外,减水剂的加入还可以减少混凝土拌合物泌水、离析等现象,延缓拌合物的凝结时间和降低水化放热速度等效果。

在高掺量的情况下,也要控制设计坍落度在合理的范围之内,A型减水剂1.6%掺量混凝土坍落度见表2。

表2 A型减水剂1.6%掺量混凝土坍落度

从控制坍落度来看,两种混凝土在不同的掺量之下,初始坍落度有稍微的提高,华新水泥表现得比较明显。30min时,其坍落度损失在1~3cm之间;60min时,其损失在3~9cm之间。

这是1h内的坍落度损失,1h后的坍落度则会更小,坍落度损失则会更大。而在掺入高效减水剂后,混凝土的泌水性、和易性、粘聚性及板结性能的变化,也是考虑影响商品混凝土的重要方面。由此可知,高效减水剂掺量过高,虽然能改善泵送混凝土的坍落度,但是会产生泌水、板结、离析、和易性差等方面的现象,这些方面的变化,都不利于商品混凝土的运输、泵送和浇筑。在高层混凝土泵送浇筑中,会产生分层离析、裂缝等现象,严重影响混凝土的强度性和耐久性等物理力学性能。

(二)混凝土力学性能的分析

抗压强度的测定分析,依照GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能实验方法》。测定掺入高效减水剂普通硅酸盐混凝土的强度,减水剂的型号为A型,掺入量分别为1.2%和1.6%。各时段测得的强度见表3。

表3 各时段测得的强度

与无外加剂掺入下的普通硅酸盐混凝土比较,可以知道,掺入了高效减水剂后,混凝土的强度在3d时提高10%~15%,在7d时可提高15%~25%,到28d时,强度值可以比未加减水剂时提高30%~40%。这种强度的提高,可以显著提高高性能混凝土的要求,但在28d之后,更长时间内的强度变化,还需进一步的研究。

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