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聚羧酸增效剂对预拌混凝土的性能影响

发布时间：2018-07-19 来源：点击率：

1、 技术背景

目前，商品混凝土行业面临经济运行低潮，原材料价格不断上涨，特别是水泥价格一路飙升，而商品混凝土的价格却并没有水涨船高，反而随着市场的饱和呈下降趋势，对商品混凝土公司造成了巨大的成本压力。降低商品混凝土成本，特别是采用更加合理的胶凝材料体系，适当减少商品混凝土中单位水泥用量是有非常现实的技术和经济上的意义。使用新型混凝土外加剂不仅可以降低生产成本，还可以使混凝土配合比更加合理，使其工作性能和耐久性能都得到提升，对商品混凝土的发展具有十分深远的影响。

2、 主要技术方案研究

首先结合聚羧酸型专用混凝土增效剂对生产配合比进行优化，确定聚羧酸型专用增效剂适宜掺量，并对优化后的配合比与生产配合比进行实验对比分析，确定水泥合理减少量。对比分析聚羧酸型专用混凝土增效剂对商品混凝土各项工作性能、抗压强度、抗渗性能的影响。聚羧酸型专用混凝土增效剂在混凝土中应用的技术、经济效益、环保效益分析。

3、 详细试验研究内容

3.1聚羧酸增效剂对混凝土性能影响

3.1.1聚羧酸增效剂对混凝土拌合物性能试验

研究聚羧酸增效剂对混凝土拌合物性能的影响，有助于了解掺聚羧酸增效剂混凝土配合比与掺常用高效减水剂或不掺增效剂的区别，为后面设计掺聚羧酸增效剂混凝土配合比和研究性能影响提供依据。

试验以同设计强度等级相同配合比下，测定外加剂在同掺量下，参照混凝土外加剂减水率的检测方法，控制坍落度在(180±20)mm，实测外加水的适宜掺量。配合比见表2-1。

表2-1实测外加水配合比设计

试验编号	设计强度等级	水灰比	砂率	配合比（每立方米混凝土各材料用量kg）
试验编号	设计强度等级	水灰比	砂率	碎石	砂	水泥	水	粉煤灰	减水剂	聚羧酸LJ
1	C30	0.460	0.420	1087	787	310	实测	73	6	0
2	C30	0.460	0.420	1087	787	310	实测	73	6	2
3	C30	0.460	0.420	1087	787	310	实测	73	6	2.5
4	C30	0.460	0.420	1087	787	310	实测	73	6	3
5	C40	0.370	0.390	1098	701	364	实测	84	8	0
6	C40	0.370	0.390	1098	701	364	实测	84	8	3
7	C40	0.370	0.390	1098	701	364	实测	84	8	3.5
8	C40	0.370	0.390	1098	701	364	实测	84	8	4

表2-2 聚羧酸增效剂对混凝土拌合物性能影响试验

试验编号	设计强度等级	拌合物性能			用水量/kg
试验编号	设计强度等级	坍落度/mm	扩展性/mm	和易性	用水量/kg
1	C30	175	460	良	178
2	C30	195	480	优	165
3	C30	190	480	优	159
4	C30	180	470	良	156
5	C40	190	470	良	178
6	C40	185	490	优	168
7	C40	190	470	优	160
8	C40	190	480	优	165

分析以上结果可以得出，混凝土配合比相同且在拌合物性能要求下，在一定范围内添加适量聚羧酸增效剂，可减少外加水用量。

聚羧酸增效剂具有较好的坍落度保持性能，在配合比设计方面可以更多的降低水胶比，有利于提高混凝土的后期性能，还可以改善传统高效减水剂配合比设计中以初始稍泌水，以此来保证坍落度保持的设计理念。

根据上述结果添加聚羧酸增效剂对C30和C40混凝土性能的研究，可选定外加水用量分别为160kg和162kg。

3.1.2聚羧酸增效剂对C30混凝土力学性能影响

A.设计混凝土强度等级C30，选定水灰比为0.418，砂率0.420，胶凝材料用量相同，聚羧酸增效剂用量逐渐增加与空白进行对比的实验。试验根据同一批次原材料设计6组混凝土配合比。具体配合比如下表2-3。试验结果见表2-4。

表2-3不同聚羧酸增效剂用量C30混凝土配合比

试验编号	设计强度等级	水灰比	砂率	配合比（每立方米混凝土各材料用量kg）
试验编号	设计强度等级	水灰比	砂率	碎石	砂	水泥	水	粉煤灰	减水剂	聚羧酸增效剂
A-1-0	C30	0.418	0.420	1087	787	310	160	73	6	0
A-1-1	C30	0.418	0.420	1087	787	310	160	73	6	2
A-1-2	C30	0.418	0.420	1087	787	310	160	73	6	2.4
A-1-3	C30	0.418	0.420	1087	787	310	160	73	6	2.8
A-1-4	C30	0.418	0.420	1087	787	310	160	73	6	3.2
A-1-5	C30	0.418	0.420	1087	787	310	160	73	6	3.6
A-1-6	C30	0.418	0.420	1087	787	310	160	73	6	4

表2-4不同聚羧酸增效剂用量C30混凝土试验结果

试验编号	设计强度等级	聚羧酸增效剂占胶凝材料掺量	坍落度/mm	7d抗压强度/Mpa	28d抗压强度/Mpa
试验编号	设计强度等级	聚羧酸增效剂占胶凝材料掺量	坍落度/mm	7d抗压强度/Mpa	28d抗压强度/Mpa
A-1-0	C30	0.00%	162	24.6	41.4
A-1-1	C30	0.52%	185	29.3	48.6
A-1-2	C30	0.63%	190	29.8	49.2
A-1-3	C30	0.73%	192	29.6	48.9
A-1-4	C30	0.84%	195	29.2	48.1
A-1-5	C30	0.94%	193	28.7	48.4
A-1-6	C30	1.04%	198	28.2	48.3

分析以上结果可得出，聚羧酸增效剂掺量占胶凝材料总量的0.52~0.73%，对C30混凝土强度增加最明显。与不掺加聚羧酸增效剂的相比，强度可增加14~21%。

小结：掺聚羧酸增效剂的混凝土硬化后，比不掺增效剂的混凝土具有更高的抗压强度，且相同配合比条件下后期强度约提高15%左右。这种性能说明，虽然聚羧酸增效剂由于其分子结构决定，其自身能延缓水泥水化过程，不仅不影响早期强度的增长，而且能使水化产物变小且更加致密，一定程度上促进了混凝土强度的增长。

3.2聚羧酸增效剂对混凝土水泥用量的影响

3.2.1聚羧酸增效剂对C30混凝土水泥用量的影响

A. 设计混凝土强度等级C30，水灰比0.418，砂率0.420，水泥用量逐渐变化，聚羧酸增效剂用量按照4.2中的2.4kg/m3，其它用量保持不变。试验根据同一批次原材料设计6组混凝土配合比。具体配合比如下表2-7。试验结果见表2-8。

表2-7不同水泥用量C30混凝土配合比

试验编号	设计强度等级	水灰比	砂率	配合比（每立方米混凝土各材料用量kg）
试验编号	设计强度等级	水灰比	砂率	碎石	砂	水泥	水	粉煤灰	减水剂	聚羧酸增效剂
A-2-0	C30	0.418	0.420	1087	787	260	139	73	6	2.4
A-2-1	C30	0.418	0.420	1087	787	270	143	73	6	2.4
A-2-2	C30	0.418	0.420	1087	787	280	148	73	6	2.4
A-2-3	C30	0.418	0.420	1087	787	290	152	73	6	2.4
A-2-4	C30	0.418	0.420	1087	787	300	156	73	6	2.4
A-2-5	C30	0.418	0.420	1087	787	310	160	73	6	2.4
A-2-6	C30	0.418	0.420	1087	787	320	164	73	6	2.4

表2-8不同水泥用量C30混凝土试验结果

试验编号	设计强度等级	水泥增减量	坍落度/mm	7d抗压强度/Mpa	28d抗压强度/Mpa
试验编号	设计强度等级	水泥增减量	坍落度/mm	7d抗压强度/Mpa	28d抗压强度/Mpa
A-2-0	C30	-16.1%	201	22.6	32.5
A-2-1	C30	-12.9%	195	23.8	37.3
A-2-2	C30	-9.7%	195	25.6	42.2
A-2-3	C30	-6.5%	190	27.4	46.0
A-2-4	C30	-3.2%	192	28.3	48.1
A-2-5	C30	0.0%	188	29.6	49.4
A-2-6	C30	3.2%	180	29.4	50.3

分析以上结果可得出，在一定聚羧酸增效剂掺量下，C30混凝土水泥用量可减少10~13%。

3.2.2聚羧酸增效剂对C40混凝土水泥用量的影响

B. 设计混凝土强度等级C40，水灰比0.362，砂率0.390，水泥用量逐渐变化，聚羧酸增效剂用量保持不变。试验根据同一批次原材料设计6组混凝土配合比。具体配合比如下表4-7。试验结果见表4-8。

表4-7不同水泥用量C40混凝土配合比

试验编号	设计强度等级	水灰比	砂率	配合比（每立方米混凝土各材料用量kg）
试验编号	设计强度等级	水灰比	砂率	碎石	砂	水泥	水	粉煤灰	减水剂	聚羧酸增效剂
B-2-0	C40	0.362	0.390	1098	701	294	137	84	8	3.5
B-2-1	C40	0.362	0.390	1098	701	308	142	84	8	3.5
B-2-2	C40	0.362	0.390	1098	701	322	147	84	8	3.5
B-2-3	C40	0.362	0.390	1098	701	336	152	84	8	3.5
B-2-4	C40	0.362	0.390	1098	701	350	157	84	8	3.5
B-2-5	C40	0.362	0.390	1098	701	364	162	84	8	3.5
B-2-6	C40	0.362	0.390	1098	701	378	167	84	8	3.5

表4-8不同水泥用量C40混凝土试验结果

试验编号	设计强度等级	水泥增减量%	坍落度/mm	7d抗压强度/Mpa	28d抗压强度/Mpa
试验编号	设计强度等级	水泥增减量%	坍落度/mm	7d抗压强度/Mpa	28d抗压强度/Mpa
B-2-0	C40	-19.2%	205	28.4	41.8
B-2-1	C40	-15.4%	200	31.6	45.6
B-2-2	C40	-11.5%	196	36.4	50.3
B-2-3	C40	-7.7%	190	39.8	55.1
B-2-4	C40	-3.8%	186	42.2	57.5
B-2-5	C40	0.0%	185	44.6	59.2
B-2-6	C40	3.8%	180	44.9	59.1

分析以上结果可得出，在一定聚羧酸增效剂掺量下，C40混凝土水泥用量可减少12~16%。

3.3聚羧酸增效剂对混凝土抗渗性能的影响

一般情况，掺用了减水剂可以减少混凝土的用水量，从而提高混凝土的密实性，有利于抗渗性能的提高；同时引入一定量的气泡可以改变混凝土内部的孔隙结构，能使混凝土的抗渗性能及抗冻性能有很大改善。实验结果见表4-9。

表4-9聚羧酸增效剂混凝土抗渗性能试验结果

试验编号	设计强度等级	外加剂掺量（配合比按照4.2.1）		渗水高度/mm
试验编号	设计强度等级	减水剂/kg	聚羧酸增效剂/kg	渗水高度/mm
1	C30	6	0	28
2	C30	6	2	26
3	C30	6	2.5	25
4	C30	6	3	26
5	C40	8	0	22
6	C40	8	3	18
7	C40	8	3.5	17
8	C40	8	4	17

在一次加压到2.0MPa，24小时后测定不同掺聚羧酸增效剂条件下的混凝土渗水高度。通过上述试验结果得出，在保持胶凝材料、水灰比、砂率不变及拌合物性能变化不大情况下，掺聚羧酸增效剂的C30、C40混凝土与各自基准配合比混凝土相比，抗渗性有一定提高，但抗渗增强效果不明显。

4、 经济社会效益分析

通过本项目的开发和应用改善了商品混凝土的性能，促进了商品混凝土新技术的发展。聚羧酸增效剂能有效节约水泥，能够达到节能、减排、低耗的效果。聚羧酸增效剂已经逐步成为优质商品混凝土必不可少的材料。对于提高我国混凝土总体质量水平、推动混凝土工程的技术进步、促进高性能混凝土等高新技术的进一步健康发展具有重要意义。

5、展望

目前，我国的基础设施建设在飞速发展，城市化规模不断扩大，高层及超高层建筑不断涌现，大跨度桥梁建筑方兴未艾。宜昌地区人多地少，未来宜昌地区高层建筑的高度将会继续提升，桥梁的跨度将会继续增大；为了节约材料用量、降低建筑能耗及建筑成本，混凝土技术需要进一步提高，后期将继续研究和探索聚羧酸增效剂在C60-C80高强高性能混凝土中的应用。

来源：湖北益通建设股份有限公司张玲

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