聚羧酸系高效減水劑不會(huì)對混凝上干縮產(chǎn)生負(fù)影響,在隧道工程中棄用 AFt 類膨脹劑而代之以聚羧酸系高效減水劑的可行性和合理性。用聚羧酸系高效減水劑、 AFt 膨脹劑和鎂質(zhì)膨脹劑,相繼對自由收縮試件和兩端受限混凝土試件的干縮進(jìn)行了研究,并進(jìn)行了不同膠凝材料用量下聚羧酸系高效減水劑和 AFt 膨脹劑對混凝土干縮的試驗(yàn)。結(jié)果表明,與膨脹劑相比,聚羧酸系高效減水劑不會(huì)對混凝土干縮性能帶來負(fù)影響,還可能有一定程度的改善作用。在隧道工程實(shí)踐中,用聚羧酸系高效減水劑代替 AFt 類膨脹劑是合理可行的,對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有利。 ( 1 )膨脹劑與聚羧酸系高效減水劑相比,在混凝土試件泡水養(yǎng)護(hù)期間,混凝土試件的膨脹率較大,這對早期混凝土試件的收縮性能有利。
部分減縮劑的物理性能
減縮劑 SR 1、產(chǎn)品簡介
4 、用量
* 外加劑量包括其所含水量
( 4 )凝結(jié)時(shí)間
( 5 )抗壓實(shí)驗(yàn)
SHRINKAGE REDUCING AGENT SR 1 、 DESCRIPTION
(3)SHRINKAGE
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能減少混凝土收縮的外加劑。近年來,因?yàn)楦稍锸湛s等所造成的混凝土構(gòu)筑物裂縫等質(zhì)量問題,嚴(yán)重地困擾著業(yè)界。針對這些問題,在以使用單位用水量少的干拌混凝土以及改善硬化混凝土品質(zhì)的同時(shí),具有良好性能的高流動(dòng)性的混凝土被廣泛地使用。但業(yè)界更希望得到具有防干燥收縮效果的高流動(dòng)性混凝土。
四、減縮劑的使用量與干燥收縮量 Shrinkage-reducing and anti-cracking polycarboxylate-based superplasticizer (SRPCA) was developed. The water reduction of SRPCA can reach up to 22.3% at a rate of 0.20% by mass of cement. Moreover, the strength characteristics of the SRPCA are improved obviously. Compared with the conventional superplasticizer (FDN), the SRPCA demonstrates 52.1% less auto-genous shrinkage and 44.9% less drying shrinkage of concrete. In addition, slab and restrained ring tests proved that the SRPCA can improve the crack properties of concrete greatly. The decreasing of surface tension in the water of pores which leads to lower capillary stress is thought to be the main action mechanism by which the SRPCA reduces shrinkage. 減 縮 機(jī) 理 研究了二元醇醚類減縮劑( SRA-1 )和硅氧烷類減縮劑( SRA-2 )復(fù)配對減縮效果的影響:復(fù)配型減縮劑的減縮效果比單一型的更好。在此基礎(chǔ)上對復(fù)配型配件縮劑體系進(jìn)行優(yōu)化和乳化改性。 SRA-1 與 SRA-2 的最優(yōu)質(zhì)量比為 7 : 3 且乳化劑為吐溫系列時(shí)改性效果較好。改性后減縮劑的自收縮減縮率提高了 10 %~ 30 %。減縮劑對水泥砂漿的抗折強(qiáng)度影響不明顯,但對抗壓強(qiáng)度有一定的影響,當(dāng)復(fù)配減縮劑的摻量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為 1 %~ 3 %時(shí),水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度 3d 時(shí)增加了約 10 %,而 28d 時(shí)最大下降了 9 %左右。 近年來高性能混凝土的類風(fēng)問題一直困擾著建筑工程界。裂縫的類型很多,按成因基本可以分為由外部荷載和變形引起的裂縫,其中大部分裂紋是由干燥收縮、自收縮和溫度收縮等引起的非荷載裂縫。與普通混凝土相比,高性能混凝土由于高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉等的使用,自收縮和干燥收縮量增加,早期尤為明顯。混凝土收縮量增加,必然會(huì)導(dǎo)致微裂紋的增多。這些類風(fēng)不僅影響混凝土構(gòu)筑物的美觀,同時(shí)加快了混凝土的劣化過程。裂縫為空氣和水進(jìn)入混凝土提供了通道。使混凝土更易發(fā)生碳化腐蝕和鋼筋銹蝕,在寒冷地區(qū)還會(huì)發(fā)生凍融破壞,這些都會(huì)降低混凝土的耐久性,影響了工程的使用壽命,嚴(yán)重者將會(huì)威脅到人身及財(cái)產(chǎn)安全。因此,通過何種途徑來減小混凝土的收縮已成為當(dāng)前工程界研究的重點(diǎn)。目前解決的方法有在混凝土攪拌時(shí)加入減縮劑、膨脹劑、纖維或改善養(yǎng)護(hù)條件等。由于混凝土減縮劑不受混凝土配合比的限制,在低水灰比、高水泥用量的條件下可發(fā)揮出優(yōu)良的減縮效果。同時(shí),減縮劑與水泥的適應(yīng)性好,在不同品種的水泥中都可發(fā)揮出良好的減縮效果。加混凝土減縮劑是預(yù)防混凝土收縮開裂的重要措施之一。 1 實(shí)驗(yàn) 用 P.II 52.5 硅酸鹽水泥,水泥熟料中硅酸三鈣( 3CaO.SiO 2, C 3 S )質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 64.4 %,鋁酸三鈣( 3CaO.Al 2 O 3 ,C 3 A )的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 7.4 %, f-CaO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.37 %。水泥的比表面積為 379m 2 / ㎏。砂為 GB178 標(biāo)準(zhǔn)砂。 試件采用 10mm × 10mm × 40mm 六聯(lián)試模成型(每組 6 條試件),試模兩端有測頭。水灰比按照標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。試件成型后經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)( 24 ± 2 ) h 后脫模,測定其初始長度 L O ,然后將試件在 20 , 40 , 80 ℃ 條件下密封養(yǎng)護(hù)至預(yù)定齡期后,測定試件長度 L 1 。試件的長度變化值, L A = 【( L 1 -L O ) /L 】× 100 %,其中: L 為試件的有效長度, L= 35mm 。 按 GB177-85 方法檢測砂漿試件各齡期抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度,試件尺寸為 40mm × 40mm × 160mm 。 2 結(jié)果與討論 2.1 減縮劑遴選 用作高性能水泥基材料減縮劑的物質(zhì)一般為氣 - 液界面活性劑,它可以大幅度地降低水泥石中毛細(xì)孔或凝膠孔中液相的表面張力。一般還應(yīng)具備下列性質(zhì):在強(qiáng)堿性溶液中顯示出表面活性劑的效果,并具有足夠的穩(wěn)定性;降低水溶液表面張力的作用受溫度變化影響小;在水泥粒子上不產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸附;對水泥的水化不產(chǎn)生異常影響;沒有異常的引氣性;與常用的混凝土外加劑有良好的相容性;抵揮發(fā)性;易于儲(chǔ)存和使用。由于非離子表面活性劑在溶液中不是以離子狀態(tài)存在,其穩(wěn)定性高,不受強(qiáng)電解質(zhì)、酸堿的影響,與其他類型的表面活性劑相溶性好,在固體表面不發(fā)生強(qiáng)烈吸附。因此現(xiàn)有的混凝土減縮劑通常是非離子表面活性劑。 選取了 2 種不同類型的非離子表面活性劑,通過活性對水泥凈漿的減縮效果進(jìn)行遴選,結(jié)果表明:二元醇醚減縮劑( glycol ethers,SRA-1 )和硅氧烷類減縮劑( siloxane,SRA-2 )的減縮效果較好。這兩種減縮劑具有較低表面張力、抵泡性,內(nèi)摻時(shí)可以提高水泥砂漿的流動(dòng)性。 目前混凝土減縮劑的發(fā)展趨勢之一是其組分從當(dāng)初的單一型向多組分復(fù)合型的方向發(fā)展。復(fù)合型的優(yōu)點(diǎn)為:其一,減縮劑中各組分間的協(xié)同效應(yīng)使復(fù)合后減縮劑的表面張力更小,因此提高了混凝土減縮劑的減縮效果;其二。復(fù)合型減縮劑中各組分短期和長期的作用效果不同,其減縮劑能互補(bǔ)使得復(fù)合減縮劑長期的減縮效果不至于有大幅度的下降;其三。復(fù)合混凝土減縮劑能夠克服單一組分減縮劑降低混凝土抗壓強(qiáng)度、降低引氣劑效果等缺點(diǎn);其四,由于經(jīng)濟(jì)上的原因,表面活性劑的每一步提純都會(huì)帶來成本的大幅度增加,而多種表面活性劑的存在反而能提高其性能。 將 SRA-1 和 SRA-2 以質(zhì)量比 1 : 1 混合制得復(fù)配減縮劑( SRA-1 : 1 ),研究復(fù)配對減縮劑減縮效果的影響,結(jié)果見圖 1 。與 SRA-1 和 SRA-2 的單獨(dú)作用相比, SRA-1 : 1 在水泥凈漿中的減縮效果更明顯。 圖 1 減縮劑對水泥凈漿自收縮率的影響 Fig 1 Effect of SRA on the autogenous shrinkage rate of paste SRA-1 is glycol ethers;SRA-2 is siloxane;SRA-1:1 is mixed shrinkage reducing agent,the mass ratio of SRA-1 and SRA-2 is 1:1,the dosage of SRA-1,sra-2,and SRA-11:1 is 2 % in mass 2.2 不同養(yǎng)護(hù)溫度下?lián)綔p縮劑水泥凈漿的自收縮率 圖 2 內(nèi)摻 1 %, 2 %, 3 %和 4 %復(fù)配減縮劑的水泥凈漿在 20 , 40 , 80 ℃ 密封養(yǎng)護(hù)下的自收縮曲線。結(jié)果表明:復(fù)配減縮劑在不同養(yǎng)護(hù)溫度下都可以大幅度的降低水泥凈漿的自收縮率,早期( 7d )尤為明顯。 20 ℃ 養(yǎng)護(hù)時(shí),摻量為 4 %的減縮效果最佳, 7d 自收縮率降低 82 %, 180d 仍有 42 %的減縮率; 40 ℃ 養(yǎng)護(hù)時(shí),摻量為 3 %的減縮效果最好, 7d 和 180d 的自收縮率分別降低了 71 %和 57 %; 80 ℃ 養(yǎng)護(hù)時(shí)摻量為 1 %減縮效果最好, 7d 和 180d 的自收縮率分別降低了 54 %和 40 %。相同摻量下,高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)減縮劑的減縮效果明顯比低溫養(yǎng)護(hù)時(shí)的差,這可能與高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)水泥顆粒水化速度比較快,水分消耗快,自干燥現(xiàn)象比低溫時(shí)更明顯有關(guān)。
Fig2 Effect of mixed SRA with various dosages on autogenous shrinkage rate of paste cured at diffraction temperature dosages of SRA-1:1 is in mass fraction 3 減縮劑體系的優(yōu)化 3.1 減縮劑中各組分的不同配比對減縮率的影響 將 SRA-1 和 SRA-2 以質(zhì)量比為 3 : 7 , 5 : 5 和 7 : 3 復(fù)配成不同的減縮劑,比較 40 ℃ 密封養(yǎng)護(hù)時(shí)不同配比減縮劑對水泥凈漿減縮效果的影響,結(jié)果見圖 3 。配比為 7 : 3 的減縮劑早期的減縮效果要明顯優(yōu)于配比為 3 : 7 的減縮劑。這是因?yàn)?SRA-1 的早期效果明顯,而 SRA-2 的長期效果更好。從整體上評價(jià),減縮效果較佳的是 7 : 3 的減縮劑,水泥凈漿的自收縮隨摻量的增加而減小。當(dāng)減縮劑摻量為 3 %時(shí),其 3d 和 28d 的減縮率可達(dá)到 59 %和 43 %。 圖 3 40 ℃ 養(yǎng)護(hù)時(shí)不同配比的復(fù)配減縮劑對水泥凈漿的自收縮的影響 Fig.3 Effect of mixed SRA with various mass ratios on autogenous shrinkage rate of paste cured at 40 ℃ 1 % ,2 % 3 % are the dosages of mixed SRA;3:7,1:1,and 7:3 are mass ratio of SRA-1toSRA-2,the same below 3.2 減縮劑的乳化改性 由于 SRA-2 是親油性非離子表面活性劑,在混凝土攪拌時(shí)分散得不是很充分,影響了減縮效果。因此,選擇聚乙醇辛基苯基醚和吐溫等乳化劑對其進(jìn)行改性,結(jié)果表明:吐溫系列乳化劑的作用效果明顯, SRA-2 乳化后液體呈灰色半透明狀,從外觀判斷,減縮劑液珠粒徑為 0.05 ~ 0.1 μ m ,且穩(wěn)定時(shí)間較長。將 SRA-1 和乳化改性后的 SRA-2 以質(zhì)量比為 3 : 7 , 5 : 5 和 7 : 3 復(fù)配成不同的減縮劑,比較減縮劑乳化改性后水泥凈漿的減縮效果,結(jié)果見圖 4 。 圖 4 40 ℃ 養(yǎng)護(hù)時(shí)乳化改性的減縮劑對水泥凈漿的自收縮率的影響 Fig.4 Effect of emulsificated SRA on autogenous shrinkage rare of paste cured at 40 ℃ The emulsifier used is tween 比較圖 4 和圖 3 中的結(jié)果可知乳化改性后的減縮劑的減縮率提高了 10 %~ 30 %。配比為 3 : 7 的減縮劑的減縮率提高得比 7 : 3 更明顯,這是因?yàn)榕浔葹?3 : 7 的減縮劑中 SRA-2 的含量較高,吐溫系列乳化劑使其在水泥顆粒中分散得更充分,其減縮效果得到更好的發(fā)揮。從整體上評價(jià),減縮效果較佳的是 3 : 7 的減縮劑,水泥凈漿的自收縮率隨摻量的增加而減小。當(dāng)減縮劑摻量為 3 %時(shí),其 3d 和 28d 的減縮率分別達(dá)到 64 %和 55 %,而 7 : 3 的減縮劑 3d 和 28d 的減縮率分別達(dá)到 77 %和 40 % 4 減縮劑對砂漿強(qiáng)度的影響 表 1 和表 2 為 SRA-1 和乳化改性后的 SRA-2 以質(zhì)量比為 3 : 7 和 7 : 3 的復(fù)配減縮劑 SRA 在不同摻量時(shí)對水泥砂漿抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度的影響。與未摻減縮劑的基準(zhǔn)水泥砂漿相比,檢索劑對砂漿的抗折強(qiáng)度影響不是很明顯。但對抗壓強(qiáng)度有一定的影響。配比為 7 : 3 的減縮劑在摻量為 1 %~ 3 %時(shí), 3d 的抗壓強(qiáng)度增加了約 10 %,而 28d 的抗壓強(qiáng)度最大下降約 10 %。 表 1 乳化改性的復(fù)配減縮劑 SRAs 對水泥砂漿抗折強(qiáng)度的影響 Table1 Effect of emulsification modified and mixed SRAs on the flexural strength of mortar
表 2 乳化改性的復(fù)配減縮劑 SRAs 對水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的影響 Table1 Effect of emulsification modified and mixed SRAs on the compressive strength of mortar
5 結(jié)論 ( 1 )復(fù)配減縮劑由于各組分間的協(xié)同效應(yīng)表面張力更低,復(fù)配后的減縮劑的減縮效果比單一型的效果更明顯。 20 , 40 , 80 ℃ 養(yǎng)護(hù)時(shí)均能夠大幅度的降低水泥凈漿的自收縮,早期的效果尤為明顯。 20 ℃ 養(yǎng)護(hù),復(fù)配減縮劑 SRA-1 : 1 摻量為 4 %, 7d 自收縮率降低 82 %, 180d 仍有 42 %的減縮率; 40 ℃ 養(yǎng)護(hù),摻量為 3 %時(shí), 7d 和 180d 的自收縮率分別降低了 71 %和 57 %; 80 ℃ 養(yǎng)護(hù),摻量為 1 %時(shí), 7d 和 180d 的自收縮率分別降低了 54 %和 40 % . ( 2 )減縮劑內(nèi)摻時(shí)對水泥砂漿的抗折強(qiáng)度影響不明顯,但對抗壓強(qiáng)度有一定的影響,在摻量 1 %~ 3 %時(shí)水泥砂漿 3d 的抗壓強(qiáng)度最大下降 9 %左右。 ( 3 )由于 SRA-2 是親油性的表面活性劑,在混凝土攪拌時(shí)分散得不是很充分,影響了減縮效果。通過吐溫系列乳化劑改性后可以使減縮劑在水泥顆粒中分散得更好,其減縮效果得到更好的發(fā)揮。乳化改性后減縮劑的減縮率提高了 10 %~ 30 %。 |