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高性能减水剂和高效减水剂对混凝土性能影响的对比分析

2024-11-11 72 上传者：管理员

摘要：为研究高性能减水剂和高效减水剂对混凝土性能产生的影响，本文分别对掺高性能减水剂和高效减水剂的混凝土进行拌合物性能、收缩性能、抗水渗透性能测试，对比分析高性能减水剂和高效减水剂在混凝土中的应用效果。研究表明，高性能减水剂比高效减水剂拌制的混凝土保水性和流动性更好，混凝土收缩增长速度更慢，抗水渗透性能更明显。

关键词：
减水剂
拌合物性能
混凝土
耐久性
高性能减水剂
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随着我国混凝土技术的发展，高性能减水剂和高效减水剂作为混凝土中的最常用的外加剂，被广泛应用于各种重大工程上，对混凝土拌合物性能和耐久性产生直接影响[1]。通过掺加高性能减水剂或高效减水剂，改进混凝土配合比设计，优化混凝土的孔结构和孔径分布，可在一定程度上提高混凝土拌合物性能和长期耐久性[2]。基于此，本研究通过设计试验，使用高性能减水剂和高效减水剂分别配制混凝土，并分别对拌合物性能、收缩性能和抗水渗透性能测试，为高性能减水剂和高效减水剂在混凝土中的应用提供数据参考。

1、高性能减水剂和高效减水剂的主要特征及应用现状

高性能减水剂和高效减水剂作为减水剂市场上的主要产品，在现代混凝土工程中应用十分广泛。高性能减水剂主要指聚羧酸系减水剂，减水率为25%以上，按凝结时间分类可以分为早强型、标准型和缓凝型[3]，属于目前减水剂产品中的高档产品；高性能减水剂比其他类型减水剂具有更高的减水率、更好坍落度保持性能、较小干燥收缩，且具有一定引气性能[3]，制备原料无毒无害，是一种绿色环保材料[4]。高效减水剂主要以萘系减水剂为主，减水率在14%～25%之间，按凝结时间分类可以分为标准型和缓凝型[2]。萘系高效减水剂的优点是减水率较高，对混凝土的凝结时间影响小，引气性低，价格相对便宜，与各种外加剂复合性能好；缺点是在预拌混凝土中使用时坍落度损失较大，混凝土流动性降低，泌水严重，易出现扒底和板结现象[5]。

2、试验测试方案

2.1 原材料

本研究主要胶凝材料统一采用满足《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）标准要求的混凝土外加剂性能检验用基准水泥，它是一种由硅酸盐水泥熟料与二水石膏共同粉磨而成的42.5强度等级的P·Ⅰ型硅酸盐水泥，可避免不同水泥中矿物质构成和含量对减水剂性能产生影响。细集料采用本地天然河砂，其技术要求符合《建筑用砂》（GB/T 14684-2022）标准要求的Ⅱ区中砂，细度模数为2.6～2.9，含泥量小于1%。粗集料采用技术要求符合《建设用卵石、碎石》（GB/T 14685-2022）标准要求的公称粒径为5mm～20mm的反击破碎石，统一采用二级配，其中5mm～10mm占40%,10mm～20mm占60%，满足连续级配要求，针片状物质含量小于10%，空隙率小于40%，含泥量小于0.5%。拌和水为符合《混凝土用水标准》（JGJ 63-2006）标准的自来水。对比外加剂为广东某建材科技有限公司提供的高性能减水剂（HPWR-R）和广东某高新材料有限公司提供的高效减水剂（HWR-R），外加剂掺量均为占总胶凝材料的1.2%。

2.2 混凝土配合比

为保证对比分析效果，本次研究依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）开展配合比设计，除采用不同品种的外加剂外，其他材料均按上述2.1原材料进行配置，材料比例均保持一致，最终配合比见表1。

2.3 测试方法

按上述配合比拌制混凝土，依照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2016）进行新拌混凝土的坍落度、扩展度和表观密度试验，并依照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GBT50082-2009）成型收缩率和抗水渗透性能试件，测定7d、14d、28d龄期收缩率和抗水渗透性能，成型后静置24h后进行编号、拆模，再将试件放入标准养护室养护至规定龄期后开展试验。

表1 混凝土配合比

3、试验结果分析

3.1 拌合物性能对比

使用高性能减水剂和高效减水剂拌制的混凝土拌合物坍落度、扩展度、表观密度试验结果见表2。

由表2和试验过程观察可知，编号为JSJ-1掺高性能减水剂的混凝土坍落度为220mm，扩展度为580mm，表观密度为2340kg/m3，混凝土拌合物中浆体较多，包裹性好，无泌水和离析现象，混凝土流动性和粘聚性好。编号为JSJ-2掺高效减水剂的混凝土坍落度为160mm，扩展度为400mm，表观密度为2310kg/m3，混凝土拌合物流动性明显不如编号为JSJ-1掺高性能减水剂混凝土，且出现少量泌水现象。从而说明，高性能减水剂比高效减水剂拌制的混凝土保水性和流动性更好，更能满足混凝土工程现代化施工要求。

表2 不同减水剂下混凝土拌合物性能测试结果

3.2 混凝土收缩性能对比

混凝土干燥收缩是由于水泥基材料所处外部环境湿度低于内部湿度，引起内部水分蒸发所造成的收缩，干燥收缩应力会导致水泥砂浆和混凝土的开裂，从而影响混凝土长期耐久性，不同的外加剂对混凝土的收缩影响较大。本次研究采用接触法分别测定使用高性能减水剂和高效减水剂拌制的混凝土7d、14d、28d收缩率，试验结果见表3。

表3 不同减水剂下混凝土收缩率测试结果

由表3对比分析可得：

⑴掺高性能减水剂和掺高效减水剂的混凝土收缩率均随龄期的增长而增大，且增长趋势明显，掺高性能减水剂混凝土收缩率7d到14d期间增加了33%，掺高效减水剂混凝土收缩率7d到14d期间增加了41%；掺高性能减水剂混凝土收缩率14d到28d期间增加了24%，掺高效减水剂混凝土收缩率14d到28d期间增加了31%。由此可见，掺高性能减水剂的混凝土比掺高效减水剂的混凝土应变速率更小，混凝土体积稳定性更好，可降低混凝土开裂的机率。

⑵掺高性能减水剂的混凝土7d收缩率比掺高效减水剂的混凝土7d收缩率小41%；掺高性能减水剂的混凝土14d收缩率比掺高效减水剂的混凝土14d收缩率小46%；掺高性能减水剂的混凝土28d收缩率比掺高效减水剂的混凝土28d收缩率小51%。这说明高性能减水剂可以有效地降低混凝土的收缩率。

3.3 混凝土抗水渗透性能对比

混凝土抗渗性是决定混凝土耐久性的重要因素，同时是评价混凝土结构致密程度的重要指标[5]。本次研究采用渗水高度法，0.5MPa水压，在混凝土抗渗仪上分别测定使用高性能减水剂和高效减水剂拌制的混凝土7d、14d、28d渗水高度来表示混凝土的抗水渗透性能，渗水高度试验结果见图1。

⑴掺高性能减水剂混凝土和掺高效减水剂混凝土的渗水高度均随龄期延长而降低，说明掺高性能减水剂和掺高效减水剂混凝土抗水渗透性能与养护龄期长度有着密切联系，在28d龄期内均可通过提高养护天数来提高抗水渗透性能。

⑵掺高性能减水剂混凝土14d龄期渗水高度比7d龄期渗水高度降低5.1mm，降低31%;28d龄期渗水高度比14d龄期渗水高度降低6.4mm，降低57%；掺高效减水剂混凝土14d龄期渗水高度比7d龄期渗水高度降低3.7mm，降低21%;28d龄期渗水高度比14d龄期渗水高度降低5.1mm，降低38%；由此可见，掺高性能减水剂和掺高效减水剂混凝土前期抗水渗透性能提升较小，后期抗水渗透性能比前期提升大。

图1 渗水高度试验结果图

⑶在相同养护龄期下，掺高性能减水剂的混凝土试件的抗水渗透性能要高于掺高效减水剂混凝土试件的抗水渗透性能。随着养护龄期的增加，由于渗透高度的差异增大，掺高性能减水剂对混凝土抗水渗透性能的改善更为明显。

4、结论

基于以上掺高性能减水剂混凝土和掺高效减水剂混凝土的拌合物性能、收缩性能和抗水渗透性能的试验结果及数据对比分析，本文可得出如下结论：

⑴高性能减水剂拌制的混凝土比高效减水剂拌制的混凝土保水性和流动性更好，更能满足混凝土工程现代化施工要求。

⑵掺高性能减水剂的混凝土比掺高效减水剂的混凝土应变速率更小，混凝土体积稳定性更好，高性能减水剂可以有效地降低混凝土的收缩率。

⑶掺高性能减水剂和掺高效减水剂的混凝土在28d龄期内均可通过提高养护天数来提高抗水渗透性能；掺高性能减水剂和掺高效减水剂的混凝土前期抗水渗透性能提升较小，后期抗水渗透性能比前期提升大；在相同养护龄期下，掺高性能减水剂混凝土试件的抗水渗透性能要高于掺高效减水剂混凝土试件的抗水渗透性能；随着养护龄期的增加，掺高性能减水剂对混凝土的抗水渗透性能改善更为明显。

参考文献:

[1]柯科杰.广东混凝土外加剂及其应用的多项之“首”或“最”(1954~2016)[J].广东建材,2023,39(01):97-100.

[2]王彦鹏.高性能混凝土中聚羧酸减水剂研究与应用[J].中国建材科技,2021,30(4):58-60.

[3]倪琳.聚羧酸高性能减水剂的优势和缺陷[J].辽宁化工,2021,50(5):677-678.

[4]刘子泰,陈玉超,陈绍伟,等.低敏感长效保坍型聚羧酸减水剂的合成及性能研究[J].新型建筑材料,2022,49(06):129-133.

[5]杨飞,吕凯,周伟,等.减缩型聚羧酸减水剂的合成及性能研究[J].混凝土与水泥制品,2023,(09):36-40.

[6]郑靓,王新祥,王元光,等.混凝土抗渗性原位测试技术研究与应用[J].广东土木与建筑,2018,25(09):59-61.

文章来源:欧进健.高性能减水剂和高效减水剂对混凝土性能影响的对比分析[J].广东建材,2024,40(11):16-18.