聚羧酸减水剂与水泥的相容性研究

2016-04-20李一可陈锦

公路与汽运 2016年2期

关键词：水泥公路

李一可,陈锦

(长沙理工大学,湖南长沙 410004)

聚羧酸减水剂与水泥的相容性研究

李一可,陈锦

(长沙理工大学,湖南长沙 410004)

摘要:针对目前市场上常用于公路工程的3种聚羧酸减水剂,选择不同厂家生产的6种水泥样品进行水泥净浆相容性试验和掺加减水剂砼性能试验,阐述了砼外加剂与水泥相容性的机理;从水泥温度、水泥化学和物理性能及外加剂等方面分析了聚羧酸减水剂与水泥的相容性关系,提出了改善两者相容性的措施。

关键词:公路;水泥;聚羧酸减水剂;相容性

近年来,第三代新型砼高效减水剂的应用技术得到飞速发展,其中以聚羧酸高效减水剂为代表的新型减水剂,在掺量极小的条件下,能使砼用水量减少,保持流动性基本不变,并使掺加减水剂后的砼具有低泌水性、低收缩性和高强度等优点。目前全国许多在建工程如武靖(武冈—靖州)、兴华(兴宁—五华)高速公路等预拌砼搅拌站和城市商品砼搅拌站都使用聚羧酸减水剂配置的砼。

随着聚羧酸减水剂不断应用于工程中,对其性能和特点的认识不断深化,发现某些类型聚羧酸减水剂与水泥之间可能存在相容性的问题。该文通过水泥净浆相容性试验和掺加减水剂砼试验,探讨聚羧酸减水剂和水泥相容性的影响因素,并提出改善相容性的方法,以正确使用和充分发挥聚羧酸减水剂的优良性能。

1 试验材料

(1)水泥。选用广东省某在建高速公路预拌砼生产常用的2种P.O 42.5水泥,按照GB/T 1346 -2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》对水泥的常规指标进行检测,其主要技术指标见表1。

(2)减水剂。选取用于在建工程的3种聚羧酸减水剂,其常规性能检测结果见表2。

表1 水泥的物理性能检测结果

表2 减水剂常规试验结果

(3)集料。粗集料采用碎石,其性能指标见表3。细集料采用机制砂,其性能指标见表4。

2 水泥净浆相容性试验

2.1 试验方法

聚羧酸减水剂与水泥的相容性试验依据JC/T 1083-2008规定的流动度法进行。称取广东塔牌P.O 42.5水泥500 g,水取145 m L,水灰比为0.29,减水剂掺量分别取水泥用量的0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%。由于使用的为液态减水剂,根据要求应将其折算成固态粉剂含量,同时在加水量中减去其中的含水量。

水泥净浆的搅拌按JC/T 729中的相关规定进行,搅拌完成后,立即将浆体缓慢倒入位于玻璃板中间的圆模内,使浆体慢慢充满圆模。然后用刮刀将高出圆模顶面的浆体刮除并抹平,随即提起圆模。约1 min后,用游标卡尺测量椭圆状浆液的最长径方向与其垂直方向的长度,将两者平均,得到初始流动度。测完初始流动度后,立即将玻璃板上的浆体回收至指定容器内,并用保鲜膜封住容器口,防止水分散失。待60 min后将其重新搅拌,按上述方法依次测定60 min后各掺量下浆体的流动度。

2.2 试验结果及分析

2.2.1 聚羧酸减水剂与塔牌水泥的相容性试验

分别测试3种减水剂在不同掺量下的初始和60 min后流动度,结果见表5、图1。

表3 粗集料的试验结果

表4 细集料的试验结果

表5 3种聚羧酸减水剂与塔牌水泥净浆的流动度

图1 3种聚羧酸减水剂与塔牌水泥净浆的流动度

从表5、图1可知:1)广州建盛外加剂配置出的水泥净浆具有较好的初始流动度,浆体没有出现泌水现象;当减水剂掺量为0.6%,初始流动度和60 min流动度都随着掺量的增加而呈现出明显增大的趋势;当减水剂掺量大于1.2%时,初始流动度不再继续明显增加,而是稳定在330 mm左右,说明减水剂已处于饱和状态。其60 min流动度是3组中损失最大的。2)南京优尔西减水剂与塔牌水泥配置出的水泥净浆具有最好的初始流动度,浆体没有出现沉底及泌水现象,初始流动度和60 min流动度都在掺量为0.6%时开始显著增加;掺量大于1.2%时,流动度维持在高位区间且变化幅度不大,说明掺量已饱和,其最佳掺配区间为0.6%～1.2%。3)重庆天耀减水剂与水泥净浆的流动度是3组中最低的,其流动度基本上为180～270 mm,且变化幅度不大。与前2组一样,流动度显著增加的掺量为0.6%,在该掺量下,初始流动度、60 min流动度都开始呈现显著增加的趋势;当减水剂掺量大于1.0%时,流动度的变化越来越平稳,缓慢增加。这种情况可能是由于该组聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量较小,但由于其带有许多支链,可产生空间位阻效应,掺量很低时就可实现较好的塑化效果。同时该组聚羧酸减水剂是3组中唯一一组出现60 min后流动度增加的,这可能与外加剂掺量过饱和有关。该组减水剂推荐采用较小的掺量区间,即0.6%～1.0%。

2.2.2 水泥温度对水泥净浆相容性能的影响

分别将水泥温度控制在30、50和70℃,比较3组聚羧酸减水剂与水泥的相容性,结果见图2～4。

图2 广州建盛减水剂与塔牌水泥净浆流动度随温度的变化

图3 南京优尔西减水剂与塔牌水泥净浆流动度随温度的变化

图4 重庆天耀减水剂与塔牌水泥净浆流动度随温度的变化

从图～4可以看出:水泥温度对水泥浆液的初始流动度损失影响不是很明显,基本上在20 mm以内,但随着水泥温度的升高,流动度损失负偏差总体上增大。主要原因是当水泥温度升高时,水泥水化速度较快,水泥、水和外加剂体系的熵值较大,水泥与减水剂的适应性降低,导致流动度出现一定程度的损失。

2.2.3 水泥化学和物理性能对水泥净浆相容性能的影响

水泥主要由C2S、C3S、C3A和C4AF矿物成分组成,这4种矿物成分与减水剂分子的吸附程度强弱顺序为C3A＞C4AF＞C3S＞C2S,说明聚羧酸减水剂分子对氯酸盐的吸附作用强于硅酸盐。主要原因是大多数聚羧酸减水剂表面活性剂为阴离子,C3A、C4AF水化反应呈现正电荷,由于C3A的活性大于C4AF,减水剂分子优先吸附在C3A;而C3S、C2S水化反应呈负电荷,其与减水剂分子吸附能力较弱。因此,水泥中的C3A、C4AF比例较高时,该水泥与外加剂的相容性较差。

水泥颗粒的粗细对外加剂分子的吸附性有强弱之分,在掺加外加剂的水泥净浆中,越细的水泥颗粒吸附的外加剂分子越多,而且颗粒越细,水泥颗粒的絮凝作用越明显,在相同掺量减水剂下,破坏这种絮凝现象需要更多的减水剂分子,两者的相容性较差。

3 砼试验

3.1 配合比及试验方法

设计一组C40水泥砼,各部分原材料用量见表6。按规范要求制件并对其进行养护,检测其规定龄期的力学性能指标。

表6 C40水泥砼的原材料用量

在配合比相同和掺量相同(1.0%)的情况下,分别对3种减水剂掺加2种不同厂家的水泥进行对比试验,试验结果见图5、图6、表7。

图5 塔牌水泥与减水剂配制的砼的强度

3.2 试验结果分析

选用2组水泥分别与3组外加剂按固定掺量制件,试验时以坍落度为控制指标。根据测得的减水率,控制实际用水量,使刚出机的砼坍落度尽可能控制在210 mm左右。从表7来看,瑞溪水泥与聚羧酸减水剂配制的砼的坍落度保持性能较差,均有一定的损失。但由于聚羧酸减水剂有引气的作用,通过引入大量均匀的小气泡,可在一定程度上改善砼的流动性能,在一定范围内,坍落度的保持与含气量呈一定的相关性。从图5、图6来看,2组水泥和3组外加剂配制的砼的各龄期强度增长不仅差别不大,而且呈现出较好的规律。