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初始环境温度对聚羧酸系减水剂性能的影响
2015-10-28 17:10:58   来源:   评论:0 点击:

1 概 述随着水泥基材料应用基础研究力度的加大, 其应用技术得到空前发展。减水剂作为混凝土原材料中的功能组分, 其作用与重要性愈加显著。随着科技进步的发展, 减水剂在性能上也经历了快速发展,即由早期

1 概 述

随着水泥基材料应用基础研究力度的加大, 其应用技术得到空前发展。减水剂作为混凝土原材料中的功能组分, 其作用与重要性愈加显著。随着科技进步的发展, 减水剂在性能上也经历了快速发展,即由早期的普通减水剂发展到后来的高效减水剂,最终到高性能减水剂的成功问世, 减水剂的飞跃发展对混凝土带来了革命性的变化, 由此提出了具备各种功能的混凝土 [1 -4 ] , 并在众多重大工程中得到大量应用, 可见, 减水剂的发展有力的提升了现代混凝土技术的进步。目前, 聚羧酸系减水剂 [5 -7 ] 因具备高减水、 高工作度保持性能、 高增强及低收缩应变等优异性能而成为主要的高性能减水剂之一。该减水剂的成功问世为高强高性能混凝土配制技术的提升提供了强有力的技术支持, 同时为国内高速铁路的快速发展提供了高性能混凝土技术保障。聚羧酸系减水剂的应用贯穿于不同季节及不同地域, 因此在应用过程中所处的环境温度差异较大。虽然环境温度对混凝土性能的影响的研究较多, 其影响规律也是公认的, 然而关于环境温度变化对聚羧酸系减水剂的缓凝效果以及增强效果的影响规律方面的研究鲜有报道, 可见, 进行探索性研究环境温度对聚羧酸系减水剂工作性能及增强性能的影响就显得尤为必要。本文选取两种不同功能型(标准型与缓凝型)聚羧酸系减水剂, 进行不同初始环境温度下的坍落度保持效果、缓凝效果及增强效果特性试验研究, 以探明环境温度与不同功能型聚羧酸系减水剂之间性能的关系,为其应用提高更加全面的参考依据。

2 原材料与试验方法

2. 1 原材料
基准水泥:山东鲁城水泥有限公司生产, 中国建筑材料科学研究院监制。聚羧酸系减水剂:标准型与缓凝型, 标准型为含固量为 20%的母液, 而缓凝型则为含固量为 20% 的母液复合 4% 的有机缓凝剂, 母液与缓凝剂均由南京瑞迪高新技术有限公司提供。砂:赣江砂, 细度模数为 2. 7。碎石:石灰岩, 两种级配, 粒径分别为 5 ~10 mm和 10 ~20 mm。水:饮用自来水。
2. 2 试验方法
所有原材料均处于各自温度环境下, 并在各自环境温度下拌合成型试件, 试件在各自环境温度下静养 24 h, 拆模测试 1 d 抗压强度, 其余试件转入标准养护室养护至 28 d 进行抗压强度测试。凝结时间进行初凝时间试验, 通过在各自环境温度下进行贯入阻力测试求得。强度性能及缓凝性能配合比参照 GB 8076—2008《混凝土外加剂》 中高效减水剂的要求来设计, 即水泥用量为 330 kg/m 3 , 砂率为40%, 粗骨料比例为:(5 ~ 10 mm 碎石):(10 ~20 mm碎石) =4:6, 坍落度控制在(80 ±10)mm。聚羧酸系减水剂坍落度保持性能则在各自的环境温度下进行 60 min 经时损失试验, 通过经时损失试验数据求得坍落度保持率, 坍落度保持率为 1 h坍落度值相对于初始坍落度值的百分数, 其性能配合比参照 GB 8076—2008《混凝土外加剂》 中高性能减水剂的要求来设计, 即水泥用量为 360 kg/m 3, 砂率为 45%, 粗骨料比例为:(5 ~10 mm 碎石):(10 ~20 mm 碎石) =4:6, 坍落度控制在(210 10)mm。
3 结果与讨论3. 1 环境温度对聚羧酸系减水剂坍落度保持性能的影响试验进行了掺两种聚羧酸系减水剂混凝土在不同环境温度下的坍落度经时损失试验, 由坍落度经时损失数据求得坍落度保持率, 试验结果见图 1。图 1 结果表明随着初始环境温度的升高, 两种聚羧酸系减水剂的坍落度保持率呈线性下降, 线性相关系数非常高, 说明通过降低初始环境温度可以改善混凝土坍落度保持性能, 同时通过该图可以发现, 在同样初始环境温度下, 缓凝型聚羧酸系减水剂的坍落度保持率要大于标准型聚羧酸系减水剂的坍落度保持率, 说明在减水剂母液品种及母液含固量一样的情况下, 缓凝型聚羧酸系减水剂的坍落度保持性能优于标准型聚羧酸系减水剂。


3. 2 环境温度对混凝土初凝时间的影响
试验进行了未掺减水剂混凝土、 掺标准型聚羧酸系减水剂混凝土及掺缓凝型聚羧酸系减水剂混凝土在不同环境温度下的初凝时间测试, 试验结果见图 2。通过图 2 可知, 三种类型混凝土的初凝时间均随着环境温度的升高而缩短, 其缩短方式均呈线性缩短, 且线性相关性均很好。这与水泥水化反应动力学相吻合, 即随着反应温度的升高, 水泥水化速度加快, 因此浆体形成凝聚结构的时间缩短, 即表现
为初凝时间缩短。

 3 环境温度对聚羧酸系减水剂初凝时间差的影响

通过对图2 数据进行处理可求得环境温度与不同类型聚羧酸系减水剂初凝时间差的关系, 即不同类型聚羧酸系减水剂在不同环境温度下的缓凝效果, 试验结果见图3。通过图 3 结果可知, 标准型聚羧酸系减水剂初凝时间差为负值, 表现出了初凝时间较未掺减水剂略有提前的现象, 而缓凝型聚羧酸系减水剂初凝时间差则为正值, 表现出初凝时间较未掺减水剂具有延长的现象。同时, 随着环境温度的升高, 两种类型聚羧酸系减水剂初凝时间差均表现为先升高后降低, 即在较低温度下时, 两种类型聚羧酸系减水剂的缓凝效果均随温度降低而降低, 同时在较高温度下时的缓凝效果则均随温度升高而降低。通过对比图 2 和图 3 可知, 三种类型的混凝土初凝时间均随温度降低而延长, 但随温度降低时三种类型的混凝土初凝时间延长的幅度不一致。在低温阶段时, 随着温度降低, 掺聚羧酸系减水剂混凝土初凝时间延长的幅度要小于未掺减水剂混凝土初凝时间延长的幅度, 这可能是因为在低温阶段, 主要考虑到水胶比与减水剂中缓凝成分两个因素对水泥水化速度变化的影响, 此时水胶比占主导地位, 掺减水剂与未掺减水剂混凝土的水化速度虽然随着温度的降低而减慢, 但由于掺减水剂混凝土水胶比较低, 因此随温度变化时掺减水剂混凝土水化速度变化幅度要小于未掺减水剂混凝土;而在高温阶段时, 随着温度升高, 掺减水剂混凝土初凝时间延长的幅度要小于未掺减水剂混凝土初凝时间延长的幅度, 这可能是因为此时缓凝成分对水化速度变化的影响占主导地位, 然而随着温度的升高, 缓凝成分的缓凝作用逐渐减弱, 因此, 掺减水剂混凝土水化速度的变化幅度随温度的变化要大于未掺减水剂混凝土。


3. 4 环境温度对混凝土抗压强度的影响
试验进行了未掺减水剂、 掺标准型聚羧酸系减水剂及掺缓凝型聚羧酸系减水剂混凝土的 1 d 和28d聚抗压强度测试, 试验结果见图 4 和图 5。

由图 4 可知, 无论是掺聚羧酸系减水剂混凝土还是未掺减水剂混凝土, 1 d 抗压强度均随环境温度升高而增长,未掺减水剂混凝土由低温的2. 3 MPa 增长到高温的9. 8 MPa, 增长幅度为 7. 6 MPa, 增长率为 326%;掺标准型聚羧酸系减水剂混凝土由低温的8. 6 MPa 上升到高温的 20. 0 MPa, 增长幅度为 11. 4 MPa, 增长率为 133%;掺缓凝型聚羧酸系减水剂混凝土则由低温的 5. 5 MPa 上升到高温的 17. 3 MPa, 增长幅度为 11. 8 MPa, 增长率为 215%。同时环境温度与三种类型混凝土抗压强度均呈对数关系, 相关系数均非常高。结果表明随着环境温度升高, 水泥水化反应速度加快, 且水化越充分, 因此, 强度越高。同时由图 5 可知, 随着环境温度的上升, 三种类型混凝土28 d 抗压强度均表现为在低温下略有波动外, 其余整体变化不大, 随环境温度变化时, 未掺减水剂混凝土 28d 抗压强度变化幅度为 2. 8 MPa, 变化率为12%;掺标准型聚羧酸系减水剂混凝土 28 d 抗压强
度变化幅度为3. 8 MPa, 变化率为8. 5% ;掺缓凝型聚羧酸系减水剂混凝土 28d 抗压强度变化幅度为6. 3 MPa, 变化率为 14. 9%。通过对比图 4 和图 5可以发现, 初始环境温度对 28 d 抗压强度的变化率明显小于对 1 d 抗压强度的变化率, 结果表明, 初始环境温度对不同类型混凝土 1 d 抗压强度变化较为明显, 而对 28 d 抗压强度变化则不明显。3. 5 环境温度对聚羧酸系减水剂抗压强度比的影响通过对上述图 4 和图 5 的数据进行处理可求得环境温度与不同类型聚羧酸系减水剂抗压强度比的关系, 即不同类型聚羧酸系减水剂在不同环境温度下的增强效果, 试验结果见图 6 和图 7。据图 6 结果可知, 对于缓凝型聚羧酸系减水剂而言, 1 d 抗压强度比随环境温度升高基本上呈线性缓慢下降, 而对于标准型聚羧酸系减水剂而言, 在环境温度低于12 ℃时, 1 d 抗压强度比随环境温度升高急剧下降,在 12 ~25 ℃时, 1 d 抗压强度比也是随环境温度升高而下降, 但降低幅度明显减小, 在上升到35 ℃时,1 d 抗压强度比又略有上升。同时由图7 可知, 两种类型聚羧酸系减水剂随环境温度的升高时, 28 d抗压强度比变化均不大, 总体趋势都在一个水平线上。可见, 初始的环境温度对减水剂 1 d 增强效果变化较为明显, 而对 28 d 增强效果变化不明显。

4 结 论

1)初始环境温度对不同类型聚羧酸系减水剂的坍落度保持性能有影响, 其影响规律为随着环境温度的升高, 坍落度保持率呈线性下降, 且在初始环境温度相同时, 具有相同母液品种及母液含固量的
缓凝型聚羧酸系减水剂的坍落度保持性能优于标准型聚羧酸系减水剂。2)初始环境温度对不同类型混凝土初凝时间
影响较大, 即随着环境温度的升高, 初凝时间均呈线性缩短。3)初始环境温度对不同类型的聚羧酸系减水
剂的缓凝效果的影响规律相似, 即随着环境温度的升高, 初凝时间差均是先增大后减小。4)初始环境温度对不同类型混凝土 1 d 抗压强度变化较为明显, 即随着环境温度的上升, 强度均呈对数方式增大, 而对 28 d 抗压强度变化则不明显。5)初始环境温度对减水剂 1 d 抗压强度比变化较为明显, 即随着初始环境温度的升高, 标准型聚羧酸系减水剂 1 d 抗压强度比在温度低于 12 ℃时急剧下降, 超过 12 ℃时则缓慢下降而后略有上升, 缓凝型聚羧酸系减水剂 1 d 抗压强度比则随环境温度升高而缓慢下降。初始环境温度对 28 d 抗压强度比变化不明显。

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