新型混凝土减缩剂的研究（i）―水泥胶砂试验

第25卷　第11期
2003年11月
武　汉　理　工　大　学　学　报
JOURNAL OF W UHAN UN I VERSI T Y OF TECHNOLOG Y
V o l .25　N o.11　N ov .2003
新型混凝土减缩剂的研究(I )—水泥胶砂试验
李　悦1,霍　达1,王晓琳1,滕海文1,覃立香2
(11北京工业大学建工学院,北京100022;21北京城建工程研究院,北京100014)
摘　要:　自收缩会造成混凝土的早期收缩开裂,严重影响混凝土结构的强度和耐久性。

选取了几种非离子型表面活性剂,通过种类和掺量的优化,研制出了混凝土用减缩剂。

试验结果表明:这些减缩剂具有良好的减缩效果,对强度无不良影响,适合实际工程应用。

关键词:　水泥砂浆;　减缩剂;　强度;　自收缩率中图分类号:　TU 528.042
文献标识码:　A
文章编号:167124431(2003)1120022203
收稿日期:2003209208.
基金项目:北京工业大学青年基金(JQ 0401200201)1作者简介:李　悦(19722),男,博士1E 2m ail :L iyue @bjut .edu .cn
自收缩是指在水泥初凝后,随着水泥水化的延续,水泥基胶凝材料宏观体积的收缩[1]。

自收缩不包括由于水分损失、温度改变和外力与约束作用产生的体积变化。

影响自收缩的因素主要有:W C 、胶凝材料的种类和数量、水泥矿物组成及养护条件等[1,2]。

例如W C 比减低,自收缩值明显增加;水泥矿物组成中C 3A 和C 4A F 的质量分数增加,自收缩值增加;含有大量硅灰和磨细矿渣的混凝土自收缩值较大。

目前降低自收缩的方法主要有:加强早期养护、掺入高弹性模量的纤维、适当增大水灰比、掺加膨胀剂等[2,3]。

减缩剂是近几年来出现的一种较为新颖的改善方法,其主要作用机理是降低液体表面张力Ρ,从而降低毛细孔张力∃P 。

目前,美国在减缩剂研制方面处于国际领先水平[4,5],我国在减缩剂研究方面起步较晚,研究成果不多。

所以,论文选取了减缩剂为研究内容,以期得到性能较好的改善自收缩的外加剂。

1　试验材料与方法
试验中采用了唐山冀东水泥股份有限公司生产的盾石牌P .O 42.5R 普通硅酸盐水泥和北京翰林化工有限公司提供的高分子聚合物,其物理性质指标列于表1。

表1　高分子聚合物的性质
产品名称
化学名称
外观性能、特点
UD 2080羟基合成醇聚氧乙烯醚透明液体非离子表面活性剂,有泡沫性
L S 45丙烯乙二醇衍生物透明液体低泡表面活性剂,良好的渗透性TX 210
壬基酚聚氧乙烯醚透明液体非离子表面活性剂
二甲基硅油
二甲基硅氧烷
透明液体
防水,改进固体粉末的流动分散性
试件的3d 和28d 抗折与抗压强度按GB 177285方法检测,试件尺寸为40mm ×40mm ×160mm 。

试件的长度变化采用比长仪测量,主要考察试件成型1d 以后的变形情况。

试件成型后放入养护室(养护室温度(20±2)℃,湿度大于90%),24h 后脱模,脱模后立即用塑料薄膜将试件四周包裹,以防止水分交换。

用ISO 2160型比长仪(测量范围158～161mm )测量收缩。

脱模后记录初始值,以后每24h 测量1次,并继续在养护室养护。

试验中,试件内有<4mm 钢杆,所以自收缩率均为在相同限制条件下得到的。

2　试验结果和讨论
1)试样配合比见表2。

2)试验结果
(1)自收缩率的变化情况　图1为各组试件的自收缩率随龄期变化的试验结果,与空白试件相比,改善自收缩效果最好的2种减缩剂是:0.5%二甲基硅油和0.5%(二甲基硅油+L S 245)。

掺0.5%二甲基硅油的水泥
胶砂7d 和21d 的自收缩率分别降低了63%和74%。

掺0.5%(二甲基硅油+L S 245)的水泥胶砂水化2d 后的自收缩率明显降低,其7d 和21d 的自收缩率均降低了80%,这种减缩剂在该试验中的减缩效果是最好的。

(2)强度变化情况　强度试验的结果见表3。

从表3中可以看出,与空白试样相比,除了2#和5#试样的强度有大幅度降低外,其余各试样与空白试样相比,强度基本相同甚至略有提高。

自收缩率最低的7#和9#试样的强度变化特点为:7#试件的3d 强度有所提高,28d 强度有所降低。

9#试件的3d 和28d 强度变化幅度较小,与空白样值基本相当。

图1　减缩剂对水泥砂浆自收缩率的影响
表2　水泥胶砂配合比设计
编号水泥 g 砂 g 减水剂 g 水灰比减缩剂
Ξ(减缩剂) %154013505.50.3无-254013505.50.3UD 20801354013505.50.3L S 2451454013505.50.3L S 2450.5554013505.50.3TX 2100.5654013505.50.3二甲基硅油1754013505.50.3二甲基硅油0.5854013505.50.3L S 245和二甲基硅油各0.259
540
1350
5.5
0.3L S 245和二甲基硅油
各0.5
注:非离子表面活性剂的掺量是非离子表面活性剂的质量与水泥质量的比率。

3　讨　论
自收缩的产生机理主要归结为水泥石内部微细孔的毛细孔张力∃P ,∃P =Ρ(1 r 1+1 r 2)。

式中,Ρ为液体的表面张力;r 1,r 2为毛细孔水的曲率半径。

随着毛细孔水的水化消耗,r 1、r 2变小,∃P 增大,毛细孔张力作用在孔壁上,产生拉力,进而导致宏观上混凝土体积收缩。

减缩剂降低自收缩率的主要原因一般认为是由于减缩剂的表面活性作用使毛细管中的水表面张力降低,从而减少了毛细孔周围的附加应力。

文章的试验结果证实了用毛细张力理论解释自收缩的产生机理是合理的。

表3　掺各种减缩剂的水泥胶砂试样强度试件抗压强度 M Pa 3d 28d 抗折强度 M Pa
3d 28d 148.4065.908.1510.30215.6016.903.103.40350.9067.808.859.35447.064.407.608.75518.4018.102.154.0650.0070.007.609.30751.9062.508.3510.10850.3072.207.709.659
47.567.2
8.09.9
表3中强度降低最为显著的是2#和5#试样,试验中发现上述2种试样在搅拌过程中产生了大量气泡,
试样呈泡沫状,密度明显降低,这是它们强度降低的根本原因。

其余各试样的密度与空白试样基本相同。

随着二甲基硅油掺量的增加,水泥胶砂的强度有所增加。

掺1%硅油的水泥胶砂比掺0.5%硅油的水泥胶砂28
d 强度提高了12%。

其原因可能是随着高分子聚合物的增加,水泥颗粒及其水化物构成的网络结构中聚合物数量增多,填补了原有网络缺陷,使胶凝材料增强。

但是综合考虑减缩剂掺量(成本)、对强度的影响及减缩效果等因素,在强度达到要求的情况下0.5%的掺量为宜。

4　结　论
a .非离子表面活性剂一般具有明显减缩作用,在所选取的几种表面活性剂中,减缩效果最好的外加剂及其掺量是0.5%二甲基硅油和0.5%(二甲基硅油+L S 245),并且它们对强度的影响不大,28d 强度改变量
一般不超过5%。

综合考虑强度影响、减缩效果及产品成本,认为0.5%二甲基硅油和0.5%(二甲基硅油+L S 245)是较为理想的水泥胶砂减缩剂。

b .一些非离子活性剂由于在胶砂中引入大量气泡,造成强度明显降低,所以不适宜作为减缩剂,比如:UD 2080和TX 210。

3
2第25卷　第11期 李　悦,等:新型混凝土减缩剂的研究(I )—水泥胶砂试验
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—Test on H igh Strength Portland Cem en tM ortars
L I Y ue1,H UO D a1,W A N G X iao2lin1,T EN G H a i2w en1,Q IN L i2x iang2 (11Schoo l of A rch itecture and C ivil Engineering,Beijing U niversity of T echno logy,Beijing100022,Ch ina;
2.Beijing C ity Buiding Engineering R esearch Institute,Beijing100014,Ch ina)
Abstract:　A utogenous2sh rinkage w ill cause the concrete early crack,w h ich w ill seri ously affect the concrete strength and durability.In th is paper,som e non2i on surface2active agents w ere selected and op ti m ized,several sh rinkage2reducing adm ix2 tures w ere p repared.T he test results show ed that tw o k inds of the sh rinkage2reducing adm ixtures obvi ously reduced the au2 togenous sh rinkage rati o and had no negative influence on the strength.
Key words:　po rtland cem ent mo rtar;　sh rinkage2reducing adm ixture;　strength;　autogenous2sh rinkage rati o
(上接第17页)
D esign of Concrete D urab il ity Expert System
L V L in2nv,H U S hu2g uang,D IN G Q ing2jun,ZH ON G L uo
(Schoo l of Science,WU T,W uhan430070,Ch ina)
Abstract:　In th is paper,a concrete durability expert system exp lo ited by the autho rs w as introduced.A t the sam e ti m e, the overall fram ew o rk and design idea of th is expert system,the fram ew o rk and content of its subsystem s are also discussed. T he expert system designed consisted of the separate subsystem s such as concrete expert system of anti alkali2aggregate reac2 ti on,concrete expert system of frozen resistance,concrete expert system of steel ero si onresistance,concrete expert system of sulfate ero si on resistance,together w ith concrete durability design expert system under m ulti2facto rs′cooperative affecting, and system of concrete′s advanced techno logy(including pump concrete expert system and h igh strength concrete expert sys2 tem).A ll these subsystem s constituted one har moni ous and integrated expert system.
Key words:　concrete;　durability;　expert system。