C80高强混凝土如何采用高性能减水剂?

随着混凝土技术的发展，高强、高流动性、高耐久性的高性能混凝土被越来越广泛的应用，高性能混凝土被称为“21世纪混凝土”，要求既要有良好的工作性，又有优异的物理力学性能和耐久性能。因此，高性能混凝土的研究和开发要求更高减水率的超塑化剂[1]。高性能减水剂是一种性能优异的新型、绿色环保型高效减水剂，它的优越性能来自于可以使低水胶比的新拌混凝土的工作性保持一定时间周期，而不影响水泥体系的凝结和硬化的化学外加剂，因此，在目前国内新标准水泥普遍过细和天然细集料普遍劣化的情况下，本试验利用本地原材料，大量地掺用矿物掺合料，采用高性能减水剂成功地配制C80高强高性能混凝土，成本低，性能优良。1  试验原材料及试验方法1.1  试验用原材料（1）水泥：采用山西同力牌P·O42.5水泥，试验结果详见表1，其他指标符合GB175—2007标准要求。（2）粉煤灰：包头河西电厂II级粉煤灰，试验结果详见表2，符合GB/T1596—2005。（3）矿粉：包头宏伟厂生产的S75级矿渣，试验结果详见表3，符合GB/T18046—2008。（4）细集料：采用河砂，产地包头，细度模数2.8，中砂，含泥量2.2%，符合JGJ52—2006。（5）粗集料：采用（5~31.5mm）连续级配的碎石，产地包头，符合JGJ53—2006。（6）高性能减水剂：采用呼市聚羧酸、秦皇岛聚羧酸以及钢鹿牌聚羧酸减水剂，性能优良，所有技术指标均符合铁建设[2009]152号标准要求，掺量均为胶凝材料的1.8%，见表4。（7）水：普通自来水，符合混凝土用水标准要求。

表1  水泥的物理性能密度（g/cm3）强度（MPa）标准稠度用水量（%）SO3含量（%）烧失量（%）安定性（煮沸法）凝结时间h：min3d   28d初凝终凝3.1326  57.228.52.32.12合格2：073：23表2  粉煤灰的物理性能密度（g/cm3）细度（45 m）（%）需水量比（%）比表面积（m2/kg）SO3含量（%）烧失量（%）2.245.31053810.880.6表3  矿渣的主要性能密度（g/cm3）流动度比（%）活性指数（%）比表面积（m2/kg）SO3含量（%）烧失量（%）7d28d2.979566944080.741.4表4  高性能减水剂技术性能               生产地检测项目标准要求外加剂产地呼市秦皇岛钢鹿减水率（%）≥2529.828.629.2含气量（%）/2.62.82.5常压泌水率（%）≤20192018抗压强度比（%）7d≥14016017017528d≥13014815216060min坍落度保留值（mm）≥150160165165凝结时间差 （min）初凝>±90+180+200+220终凝////收缩率比（%）≤110108105102注：依据铁建设[2009]152号文件检验。

1.2  试验方法本试验是针对聚羧酸减水剂对高强高性能混凝土性能的影响而设计的，首先将三种不同聚羧酸减水剂进行性能对比试验分析，然后对同种聚羧酸减水剂进行在不同骨料中的对比试验分析，主要分析混凝土的和易性和强度。抗压强度试验试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，试验方法如下：（1） 研究C80混凝土配合比，详见表5。（2）进行混凝土拌合物性能试验，符合GB/T50080—2016。（3）进行混凝土力学性能试验，符合GB/T50081—2019。2  试验结果与分析2.1  三种不同聚羧酸减水剂的性能对比试验分析本试验研究的高性能混凝土的性能特点不同于普通混凝土，也不同于一般的高性能混凝土，它要求混凝土既具有良好的工作性，不离析、不泌水，又要具有较高的强度、高耐久性。因此，混凝土配合比要取低水胶比，所选的外加剂必须具有较高的减水效果。同时，混凝土的坍落度经时变化要小。这就要求选择能降低拌和水的表面张力，使用水泥粒子分散好的外加剂[2-3]，本文选择呼市聚羧酸减水剂、钢鹿牌聚羧酸减水剂和秦皇岛聚羧酸减水剂。

表5  C80高强混凝土配合比水泥（kg/m3）粉煤灰（kg/m3）矿渣（kg/m3）砂（kg/m3）石子（kg/m3）水（kg/m3）高性能减水剂（kg/m3）45587.657.4597110914510.8表6  同掺量不同产地的聚羧酸对比试验研究序号聚羧酸掺量（%）坍落度（mm）扩展度（mm）含气量（%）3d（MPa）7d（MPa）28d（MPa）56d（MPa）1呼市1.82506102.246.852.873.471.72钢鹿1.82205502.250.871. 488.488.53秦皇岛1.82004602.855.673.787.982.4

图1  不同聚羧酸的混凝土在各龄期强度分析表6和图1描述了高性能聚羧酸减水剂对高性能混凝土性能的影响。从表中可以看出，对于同种水泥配制的混凝土，在外加剂掺量以及养护条件均相同的情况下，不同的聚羧酸表现出不同的效果。呼市聚羧酸减水剂，其流动性优于其他两组。钢鹿聚羧酸与秦皇岛聚羧酸虽流动性稍差，但其强度均显著优于呼市聚羧酸，且钢鹿与秦皇岛聚羧酸在28天强度均超过80MPa。这说明同是聚羧酸高性能减水剂，由于厂家生产工艺与加工方法以及原材料品种的不同，使得生产出的聚羧酸减水剂达到的性能有所不同，但聚羧酸与萘系外加剂相比，由于其具有梳形分子结构的特点，能够达到极高的减水率，并增加混凝土的黏聚性，改善混凝土的匀质性。因此，在较低掺量的情况下能够较大地提高和有效地控制混凝土的工作性。如：混凝土塑化能够保持更长的时间，混凝土内聚力强（不离析、分散或泌水）。硬化后的混凝土具有高强、低收缩、低渗透、抗碳化等特点。2.2  聚羧酸减水剂在不同粗骨料中对混凝土的性能影响

表7  不同粗骨料的混凝土强度对比试验结果序号聚羧酸（%）坍落度（mm）扩展度（mm）含气量（%）3d（MPa）7d（MPa）28d（MPa）56d（MPa）5呼市1.82406402.65372.689.288.56呼市1.82605702.555.683.584.690.1

图2  不同粗骨料的混凝土在各龄期强度分析表7描述的是聚羧酸减水剂在不同粗骨料中对混凝土的性能影响。5号（即图2材料一）为5～31.5mm的粗骨料配置的混凝土的试验分析结果，6号（即图2材料二）为5～10mm的粗骨料配置的混凝土的试验分析结果。在其他条件均相同的情况下，聚羧酸减水剂在混凝土中表现出不同的效果。5号骨料由于颗粒粒径较大，混凝土坍落度稍差，但扩展度黏聚性较好。6号骨料粒径较小，坍落度较大，扩展度稍小，成型的混凝土密实，和易性良好。两组混凝土在28天强度均超过80MPa，说明用聚羧酸减水剂配制高强高性能混凝土增强效果显著，骨料粒径大时应力集中现象较大，骨料粒径较小时应力集中现象小，所以理论上骨料的最大粒径对混凝土的强度应该有较大影响，但本试验的结果不明显。3  结论（1） 三种聚羧酸高性能减水剂对混凝土强度的增长效果不同。呼市聚羧酸减水剂流动性优于其他两组，但强度不如钢鹿聚羧酸减水剂和秦皇岛聚羧酸减水剂。（2） 三种聚羧酸高性能减水剂与同力牌水泥适应性好，坍落度损失小。（3） 聚羧酸减水剂具有极高的分散能力，在低水胶比的情况下，其具有良好的流动性、黏聚性和可泵性。（4）同种聚羧酸高性能减水剂，骨料粒径不同，混凝土的和易性、强度基本相同。（5） 本次试验研究的高性能混凝土，由于掺用了高性能减水剂同时掺入了大量矿物掺合料（矿渣粉、粉煤灰），既保护环境、节约资源、节能环保，又降低成本，提高混凝土的性能，具有广泛的社会效益和经济效益。