减水剂对混凝土的影响

减水剂对混凝土的影响

摘要：目前，随着建筑业的不断发展，对混凝土的技术性能提出了更高的要求，如:高强度、速凝、低水化热、抗冻、抗渗、密实性。要使混凝土具备这些性能，只有使用高性能外加剂。本文通过几种外加剂对抗压强度的比和减水率计算，得出UNF-5和MZY-A1为本混凝土体系下较好的外加剂，并推测了两种外加剂的作用机理。本文对实际生产具有指导意义。

关键词：减水剂；混凝土；抗压强度；减水率；作用机理

引言

混凝土是世界上用量最大、应用最广泛的建筑材料。随着新结构和新工艺的发展，混凝土向着具有调凝、降低水化热、高强和高耐久性等性能；同时还要求制备能耗低、成本低、适于快速施工方向发展。减水剂技术也己成为混凝土向绿色混凝土、高科技领域发展的关键技术[1-2]。高效减水剂对水泥颗粒的分散性强烈、减水率高、坍落度损失小、早强效果好[3]。掺这类外加剂可以使混凝土拌合物的流动性大大提高，或者在保持相同流动性的情况下大幅度减少混凝土拌合物的用水量，同时可使混凝土具有高耐久性，因而可以制得高流动性、高强度等高性能混凝土[4-6]，这对于大体积混凝土工程、海上建筑设施、轻质高强混凝土构件和制品等具有十分重大的意义。减水剂的应用已成为混凝土技术发展的一个重要的里程碑[7-10]。由于外加剂种类繁多，如何选取混凝土体系的外加剂成为当代困扰混凝土发展的问题。混凝土抗压强度和减水率能反映外加剂的两个重要指标。

1原材料及仪器

水泥：保定太行和益水泥厂，普通硅酸盐水泥(P·O 42.5)。

细集料：易县十里铺。

粗集料：易县半壁店。

水：自来水。

外加剂：MZY-A1、UNF-5、EP、FSS-V、CC-2、UNF-1。

SJD60型强制式单卧轴混凝土搅拌机：上海英松工矿设备仪器有限公司

YES-2000A型数显式液压压力试验机：济南天辰试验机制造有限公司

NYL-300型压力试验机：无锡建筑材料仪器机械厂

2试验方法

2.1混凝土性能试验

采用尺寸为150mm×150mm×150mm 的立方体试件，按照《公路工程水泥混凝土试验规程》(JTJ 053-94)中的T0517-94 试验法。掺外加剂与基准混凝土的抗压强度按GBJ 81进行试验和计算。试件用振动台振动15s-20s，用插入式高频振捣器(φ25mm,14000次/min)振捣时间为8s-12s。试件预养温度为(20±3) ℃。试验结果以三批试验测值的平均值表示，若三批试验中有一批的最大值或最小值与中间值的差值超过中间值的15%，则把最大及最小值一并舍去，取中间值作为该批的试验结果，如有两批测值与中间值的差均超过中间值的15%，则试验结果无效，应该重做。

2.2外加剂试验

减水率测定：减水率为坍落度基本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；坍落度按GBJ80测定：减水率按下式计算：

式中WR—减水率，%；

W0—基准混凝土单位用水量，kg/m3；

W1—掺外加剂混凝土单位用水量，kg/m3。

3试验结果与分析讨论

3.1 不同种类的减水剂对混凝土强度的影响

用不同种类减水剂按照其最佳掺量进行混凝土抗压试验，实验结果见表3-1。根据表3-1数据，计算掺外加剂和基准的抗压强度比见表3-2。

表3-1抗压强度（MPa）

表3-2 抗压强度比

从表3-2得出不同抗压强度比的大小如下：

各种减水剂由于它们的主要化学成分不同，因此它们的吸附、分散、润湿、润滑的作用也就不一样，从而对混凝土的强度的影响一定也不相同。6种外加剂对本体系混凝土强度提高较大的是MZY-A1和UNF-5外加剂。

3.2 不同种类的减水剂对减水率的影响的分析

通过试验和计算，6种外加剂的减水率见表3-3。由此减水剂的减水率为19.2%-23.0%，减水率的大小为：UNF-5> MZY-A1 > FSS-V > CC-2> UNF-1> EP。

各种减水剂由于它们的主要化学成分不同，因此它们的作用机理也就不一样，从而可以预想它们对减水率的影响一定也不相同；从表3-2和3-3看出，本体系中减水率大小和混凝土强度提高基本一致或者说减水率大的外加剂对强度提高效果显著，这和外加剂作用机理也有密不可分的关系。

表3-3减水剂的减水率（%）

3.3结果分析

UNF-5和MZY-A1为较好的外加剂，其可能的作用机理如下：UNF-5为高分子具有梳形结构的羧酸系高效减水剂分子在水泥颗粒表面上的吸附形态，减水剂分子主链上连有许多强极性的离子型支链，一部分锚固在水泥颗粒表面，剩余的伸展在水溶液中，如果以主链为研究对象，则通常以环形吸附为主，侧链增长有利于增大空间位阻左用，但不会影响水泥凝结时间。长侧链和短侧链随机组合接枝在主链上(如图3-1所示)，在水泥粒子表面形成大分子吸附层能够有效阻止粒子间的凝聚。

图3-1：吸附结构图

Figure 3-1: Adsorption diagram

MZY-A1属于萘系高效减水剂。它对水泥浆体的分散作用主要与吸附、静电斥力( 电位)和分散有关。体系对外加剂的吸附量增加，电位进一步变负。由于静电斥力作用，一方面使团聚的水泥颗粒得以分散，另一方面也降低了水泥浆体的粘度。当具有双电层的两个水泥

图3-2：位能变化曲线

Figure 3-2: the curves of Potential energy

粒子相互接近时，会同时受到粒子间的静电斥力和范德华引力的作用。整个体系的位能(Vt)为相斥位能(Vr)和吸引位能(Va)之和。当总位能存在最大值(Vmax)时，粒子必须克服此能垒，才能发生凝聚（见图3-2）。当水泥掺入了过多的减水剂后，水泥粒子吸附金属阳离子和有机阴离子形成的双电层相吸引，使已经分散的水泥粒子再次凝聚，剪切应力增大。

决定强度的重要因素是空隙率，而空隙率的大小又与水灰比及水泥的水化程度有关。当加入减水剂后因其减水作用可明显降低水灰比，因其分散作用可强化水泥的水化程度，因而混凝土内部孔隙体积可以大幅度减小，混凝土更加致密，抗压强度显著提高。混凝土的抗压强度的增长率与减水剂的减水能力有着密切的关系。这正合我们试验的结果相符。

结语

1. 不同减水剂最佳掺量的条件下，抗压强度比的大小如下：

1天CC-2> MZY-A1 >UNF-5>UNF-1>FSS-V>EP

3天MZY-A1> UNF-5> CC-2>FSS-V>UNF-1>EP

7天MZY-A1> UNF-5 >UNF-1>CC-2>FSS-V>EP

28天UNF-5 > MZY-A1> FSS-V> UNF-1>CC-2>EP

2. 减水剂的减水率为19.2%-2

3.0%，减水率的大小为：UNF-5> MZY-A1 > FSS-V > CC-2> UNF-1> EP。减水率大的外加剂对强度提高效果显著。