张新元
内蒙古北疆能源物资发展有限责任公司 内蒙古呼和浩特 010010
摘要：随着建筑行业的发展，混凝土外加剂已经成为新型混凝土（高性能、多功能、特种乃至普通混凝土）不可缺少的第五组分，不同的外加剂可以使混凝土强度获得不同程度的改善和提高。减水剂作为一种常用的外加剂，可以有效地改变混凝土的和易性、强度等性质，本文通过引用已有实验数据，分析了两种减水剂（FDN萘系高效减水剂和HW-1聚羧酸系减水剂）对混凝土拌合物的和易性与硬化后的强度影响进行了分析，发现FDN减水剂掺量在0.25%到0.45%之间时，对混凝土坍落度的改善效果最明显，而HW-1减水剂掺量在0.20%到0.30%和0.38%到0.40%之间时，对混凝土坍落度的改善效果最明显。
引言：减水剂加入混凝土使得混凝土各种综合性能得到了大大的提高，减水剂的作用主要有：不改变混凝土成分配比的情况下加入减水剂可以提高混凝土流动性，改善混凝土的和易性，从而可以有利于施工的机械化和自动化减少了人力因素对混凝土性能的影响；在给定工作条件的前提下添加减水剂可以可以减少水的用量，从而减小水胶比，提高混凝的土强度从而使混凝土耐久性增强 [1] 延长了工程结构物的寿命，可以使工程更加经济节能；在给定的和易性与强度的条件下添加减水剂，可以适当的减少水泥的用量，这样就为了可以节省很大一部分投资，从而可以减少水化反应所放出的热量[2]，以及减小干缩等等；减水剂在混凝土中的使用可以加快建设的速度，扩大了混凝土的用途，降低了生产过程中的能耗，在生产高性能、高流动性自密实混凝土[3]方面减水剂产生了很大的作用。
减水剂对混凝土材料不一定会同时提高混凝土的各项指标，如在混凝土中如果想提高混凝土的强度，则需要降低水胶比，但如果减少混凝土中用水量，那么混凝土砂浆的流动性又会变差从而和易性也受限，因此在加入混凝土减水剂的时既要考虑混凝土的和易性来保证施工的便捷，又要考虑强度来保证混凝土结构物的正常使用。因此，同时考察减水剂对混凝土和易性和强度的影响对指导实际施工具有重要价值。本文通过引用文献[4]中的试验数据，总结分析了两种减水剂对混凝土和易性与强度的影响规律。
1 实验材料
本文试验原材料如下：采用符合 JGJ63-2006 混凝土用水标准[5]中要求的自来水；采用的水泥是哈尔滨水泥厂生产的天鹅牌普通硅酸盐水泥，标号为45，水泥的主要物理力学参数如表 1 所示；细骨料为河砂，其筛分余量如表2，颗粒级配如图1，细度模数为37，属于中砂，表观密度为2540kg/m3，吸水率为3.06%，符合《JGJ52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》[6]中砂子的使用要求，制备试样前用筛孔尺寸为0.16mm的筛进行了筛分，选取了粒径小于0.16mm的砂，过筛后的砂如图 2 所示；
粗骨料采用最大粒径为31.5mm连续级配的碎石，碎石的颗粒级配如图3所示。碎石的表观密度为2590kg/m3，吸水率为17%，符合《JGJ52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》[6]的使用要求；本次试验采用了两种减水剂，分别为为萘磺酸甲醛缩合物高效减水剂和聚羧酸系减水剂，萘磺酸甲醛缩合物高效减水剂简称FDN主要成分是β萘磺酸甲醛缩合物，对水泥粒子有强烈的分散作用，属于萘系减水剂。本产品为粉剂产品，外观为棕黄色或棕褐色粉末；PH值在7~9之间，属于中性到弱碱性；推荐掺量为0.35%~1.5%，当掺量大于0.75%时，减水剂的减水率可达20%以上；本产品无毒、无腐蚀性、不易燃，易溶于水，对混凝土中的钢筋不产生锈蚀作用；聚羧酸系减水剂简称HW-1，主要成分为聚羧酸系聚合物，本产品为黄色粘稠液体。挥发性为44%~46%，PH值在6~9之间，呈弱酸性或弱碱性，一般不能长时间放置在碱性较强的环境中，否则会可能导致产品质量的恶化。粘度为500~1100mPa·s/20°C，减水率一般达到30%以上。
搅拌15s，后加水搅拌2min，控制整个搅拌过程在135s左右。在每次试验之前都进行预搅拌，对搅拌机起到润湿作用，减小试验误差。
2.2 坍落度测定方法
坍落度测定应按下列步骤进行[8]：
①润湿坍落度桶及其它用具，并把筒放在布吸水的刚性水平底板上，然后用脚踩住两边的脚踏板，使坍落度筒在装料时保持位置固定。
②把按要求取得的混凝土试样用小铲分三层均匀地装入筒内，使捣实后每层高度为筒高的三分之一左右。每层用捣棒插捣25次。插捣应沿螺旋方向由外向中心进行，各次插捣应在截面上均匀分布。插捣筒边混凝土时，捣棒可以稍稍倾斜。插捣底层时，捣棒应贯穿整个深度，插捣第二层和顶层时，捣棒应插透本层至下一层的表面。
③浇灌顶层时，混凝土应灌到高出筒口。插捣过程中，如混凝土沉落到低于筒口，则应随时添加。顶层插捣完后，刮去多余的混凝土，并用抹刀抹平。清除筒边底板上的混凝土后，垂直平稳地提起坍落度筒。坍落度筒的提离过程应在5~10s 内完成。从开始装料到坍落度筒的整个过程应不间断地进行，并应在150 s 内完成。
④提起坍落度筒后，量测筒高与塌落后混凝土试体最高点之间的高度差，即为该混凝土拌合物的坍落度值。
2.3 混凝土减水率的测定方法
在不改变水泥用量，不增加新拌混凝土和易性的情况下，加入减水剂的新拌混凝土时，可明显地减少混凝土拌合物得用水量，从而达到提高混凝土强度的目的。减水率为坍落度基本相同时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。坍落度按GBJ-80-85测定。减水率按式（1）计算：
（1）
2.4 混凝土抗压强度测定方法
掺外加剂混凝土与基准混凝土的抗压强度参照 GB50081-2006《普通混凝土基本力学性能试验标准方法》进行，试件采用标准振动台振捣，时间为 15～20s，试件预养温度为 20℃。每批一组，三块数据取值原则同前，误差超过 15%者作废。三批结果的平均值为其强度值。
3 实验内容及实验结果分析
本节将研究掺加减水剂混凝土坍落度和坍落度损失的情况，以及减水剂对混凝土强度的影响，为此我们测定了不加减水剂的混凝土的坍落度和混凝土28d的抗压强度，作为后续试验的基准试验。还测定了的28d抗压强度试块，研究了制模时间对混凝土试块强度的影响规律，其中强度试块均为一式三联还测定了试块28d的抗压强度，实验结果如表4所示。
由表6和图6可以看出，HW-1减水剂的加入明显改善了混凝土的坍落度。当HW-1掺量小于 0.20%时，对混凝土坍落度的改善作用较小。当HW-1掺量在0.20%到0.30%之间时，混凝土的坍落度迅速增大；当HW-1掺量在0.30%到0.38%之间时，混凝土坍落度的增长速率减小；当掺量由 0.38%增加到 0.40%时，混凝土坍落度迅速增大。由此可以看出，HW-1减水剂掺量在0.20%到0.30%和0.38%到0.40%之间时，对混凝土坍落度的改善效果最明显。
由表6和图7可以看出，HW-1掺量为0.36%时强度略大。随着 HW-1 的加入，混凝土强度略有降低，且强度随 HW-1 掺量的变化基本保持不变，平均强度为39.5MPa。
4 结论
本文通过分析掺量为0.25%-0.50%的FDN减水剂和掺量为0.16%-0.40%的HW-1减水剂的混凝土塌落度试验和强度试验数据，得到不同类型和不同掺量的减水剂对混凝土和易性与强度的影响规律，主要结论是：随着减水剂加入，水泥净浆和砂浆的工作性明显改善，且随着减水剂掺量的增加，水泥净浆和砂浆的流变参数均先减小后保持稳定。这说明随着减水剂掺量的增加，水泥净浆和砂浆的工作性越来越好，但不是无限度的，当工作性保持稳定时，减水剂的掺量即为饱和掺量；在水灰比相同的情况下，加入减水剂后混凝土强度略有下降，随着减水剂掺量的增加，混凝土强度基本不变。而且在掺加减水剂的情况下，制模时间在 60min 内对混凝土强度的影响不明显。
参考文献：
[1]张冠伦，张云理 混凝土外加剂原理及其应用技术.上海：上海科学技术文献出版社，1985：10~50
[2]M. Collepardi Admixtures Used to Enhance Placing Characteristics of Concrete Cement and Concrete Composites 1998 （20）：103~112
[3]冯浩，王兴国 中国混凝土外加剂50年 建筑技术 31（1）：15~16
[4]李亮 聚羧酸系混凝土减水剂构性及应用技术研究 武汉理工大学 2009.06.01
[5]JGJ63-2006 混凝土用水标准 中华人民共和国行业标准 2007
[6]JGJ52-2006 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准 中华人民共和国行业标准 2007
[7]JGJ 55-2000 普通混凝土配合比设计规程 中华人民共和国行业标准 2000
[8]GB/T50080-2002 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 中华人民共和国行业标准 2002
[9]聚酯与聚醚型减水剂的合成和性能研究[D]. 邹邵华.北京交通大学 2010
[10]新型功能性减水剂的合成与性能研究[D]. 侯珊珊.中国地质大学（北京） 2012
[11]新型聚羧酸系高效减水剂的研究[D]. 欧阳杰.南昌大学 2007
[12]烯丙醇聚氧乙烯醚型减水剂的合成工艺与性能研究[D]. 邓亚婷.成都理工大学 2013
[13]聚羧酸系减水剂的合成及性能研究[D]. 潘伟.武汉理工大学 2007
[14]保坍型聚羧酸系减水剂的合成及性能研究[D]. 刘春燕.山西大学 2012
[15]减水剂对混凝土工作性和强度的影响[D]. 霍雷.哈尔滨工程大学 2012
[16]采用烯丙醇聚氧乙烯醚合成聚羧酸系高效减水剂及其性能研究[D]. 余铖.重庆大学 2008
[17]聚羧酸系高效减水剂的合成及性能实验研究[D]. 张德亮.华侨大学 2012
论文作者:张新元
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/29
标签：混凝土论文; 减水剂论文; 强度论文; 和易论文; 羧酸论文; 坍落度论文; 抗压强度论文; 《防护工程》2018年第13期论文;