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聚硅氧烷消泡剂对C35防腐抗渗混凝土性能的影响研究

2024-11-11 59 上传者：管理员

摘要：在保持原材料均不变化的情况下，仅改变聚硅氧烷消泡剂组成材料的比例，配制成C35防腐抗渗混凝土，研究改变组分对C35防腐抗渗混凝土凝结时间、抗压强度及耐久性的影响。研究结果表明：改变聚硅氧烷消泡剂各组分的组成，能够制备具有良好的抗渗性能、抗硫酸盐腐蚀性能的混凝土，同时能够优化凝结时间。

关键词：
抗渗
耐久性
聚硅氧烷消泡剂
胶凝材料水化产物
防腐
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在工业及民用等各类建筑的地下构筑物和储水构筑物等建筑工程中，均对混凝土的耐久性有一定的要求，主要就是对抗渗性能和抗硫酸盐侵蚀性能有比较高的要求。普通混凝土仅通过改善级配提高混凝土的密实程度，减少混凝土内部结构孔隙连通性，从而提高混凝土的抗渗性能，但仅通过改善级配是难以完全消除混凝土内部结构的孔隙，地下水中的硫酸盐或氯离子等有害物质，容易渗透至混凝土外部孔隙中破坏混凝土的胶凝材料水化产物，使得混凝土的孔隙从外到内由隔绝，从而变得连通起来，导致混凝土的抗渗性能和抗硫酸盐性能不断降低，当然混凝土的强度也将随之降低。本人认为，目前常用的普通混凝土存在外部水分容易渗透至混凝土的孔隙中，对混凝土的内部结构造成破坏性，从而影响混凝土的抗渗性和耐久性。

基于以上考虑，本文通过改变配合比中聚硅氧烷消泡剂的组成，对C35防腐抗渗混凝土进行研究。该配合比所涉及的材料有水泥、水、细砂、碎石、矿物掺和料、氧化镁、纳米硫磺、六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷等。所述聚硅氧烷消泡剂包括六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷三个成分，按一定比例混合而成。

1、原材料

1.1 水泥

采用润丰牌P·O42.5R普通硅酸盐水泥，其主要物理和化学性能技术指标见表1、表2，均满足GB 175标准的技术要求。

1.2 粉煤灰

采用灵寿县健石矿物粉体厂I级粉煤灰，其主要性能指标均满足GB/T 1596-2017[2]标准的技术要求，详见表3。

表1 润丰牌P·O 42.5R普通硅酸盐水泥主要物理性能

表2 润丰牌P·O 42.5R普通硅酸盐水泥化学指标

表3 I级粉煤灰主要性能指标

1.3 砂

砂：采用平均粒径2mm的细砂。

1.4 碎石

采用5～16mm连续级配碎石，平均粒径为10mm，其主要物理性能指标如表4所示，均符合标准GB/T14685-2022[3]的技术要求。

表4 碎石主要性能指标

1.5 氧化镁

采用海城市东展矿产品制造有限公司生产的氧化镁。

1.6 聚硅氧烷消泡剂

由六甲基二硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷、八甲基环四硅氧烷混合而成。采用济南鑫伟达化工有限公司生产的六甲基二硅氧烷，采用郑州润邦化工产品有限公司生产的十二甲基环六硅氧烷，采用广州市腾源生物化工有限公司生产的八甲基环四硅氧烷。

1.7 水

拌合用水均采用自来水，符合JGJ63-2006[4]的技术指标。

2、试验设计及试验项目

2.1 配合比设计

依据《普通混凝土配合比设计规程》[5]JGJ55-2011进行配合比设计，配制强度为43.2MPa。通过试配，测试各配比的工作性能及混凝土硬化后的力学性能和耐久性能，具体的混凝土配合比如表5、表6所示。

聚硅氧烷消泡剂各组分比例为：六甲基二硅氧烷：八甲基环四硅氧烷：十二甲基环六硅氧烷的质量比。

表5 C35防腐抗渗混凝土配合比初始试配材料用量

表6 C35防腐抗渗混凝土配合比优化设计配合比材料用量

2.2 检测标准及检测项目

初凝时间和终凝时间依据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》[6]进行测定。混凝土的28d抗压强度依据GB/T 50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》[7]的规定进行。渗水高度、抗硫酸盐侵蚀性能依据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[8]的规定进行。

3、试验结果与研究分析

3.1 C35防腐抗渗混凝土初始试配结果

由表7可以看出，三个配合比渗水高度相近，但编号3的强度刚好符合C35混凝土43.2MPa的设计要求，有一定的富余值，且抗硫酸盐侵蚀后的强度较高，综合考虑，选择该配合比作为基准配合比，调整聚硅氧烷消泡剂其他组分材料用量，研究各组分对防腐抗渗混凝土工作性、抗压强度和耐久性的影响。

表7 混凝土配合比初始试配结果

3.2 聚硅氧烷消泡剂各组分组成对C35防腐抗渗混凝土凝结时间、抗压强度及耐久性的影响

通过混凝土试配，在其他原材料不变的情况下，仅改变了聚硅氧烷消泡剂三种组分材料的比例，试配出的混凝土拌合物凝结时间及抗压强度、耐久性能测试结果如表8所示。

表8 混凝土配合比试配结果

由图1可以看出，编号1-3的配合比渗水高度几乎差不多，而编号4～6的配合比渗水高度差不多是编号1～3的两倍。编号1-3采用三组组分搭配的聚硅氧烷消泡剂，而编号4～6采用的是两组分搭配的聚硅氧烷消泡剂。通过上述实验结果可以看出，聚硅氧烷消泡剂需要六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷三种组分合理配置，才能提高混凝土的抗渗性能，缺了任意一种组分，混凝土抗渗性能均有所降低。

图1 聚硅氧烷消泡剂组成对混凝土抗渗性能的影响

由图2可以看出，聚硅氧烷消泡剂各组分对C35防腐抗渗混凝土28d标准养护抗压强度影响不大，但未使用十二甲基环六硅氧烷的编号6的配比强度最低，这说明十二甲基环六硅氧烷在三组组分中对强度影响最大。采用三组组分搭配的编号1～3配比经过150次抗硫酸盐侵蚀循环后的强度比仅用两种组分搭配的编号4～6配比高了10MPa。以编号2为例，相比较28d标准养护抗压强度，经硫酸盐侵蚀后，抗压强度也仅降低了13%。以编号5为例，相比较28d标准养护抗压强度，经硫酸盐侵蚀后，抗压强度下降了41%。通过上述实验结果可以看出，聚硅氧烷消泡剂这三种组分需要合理搭配，缺一不可，否则混凝土抗硫酸盐侵蚀性能严重降低。

图2 聚硅氧烷消泡剂组成对混凝土强度的影响

由图3可以看出，聚硅氧烷消泡剂无论三组分还是两组分，终凝时间变化不大，但采用三组分消泡剂的配合比（编号1～3），初凝时间明显比采用两组分的消泡剂的配合比（编号4～6）要长30～40min，这样更利于混凝土运输使用，同时终凝时间也适当缩短，有利于混凝土施工运用。

图3 聚硅氧烷消泡剂组成对混凝土凝结时间的影响

聚硅氧烷消泡剂不仅起到了减少混凝土内部的孔隙的作用，并且与氧化镁、纳米硫磺相互配合，纳米硫磺与包含有六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷的聚硅氧烷消泡剂在混凝土内部结构的孔隙界面形成疏水的网状结构，减缓了水分蒸发速度以配合氧化镁延迟性的水化膨胀，使混凝土在养护过程中内部的孔隙被填充，纳米硫磺与氧化镁的水化产物一同粘附在孔隙界面之间，使有害离子受到纳米硫磺的隔挡不易渗入孔隙内部，从而提高了混凝土的抗渗性能以及耐腐蚀性能，使混凝土材料具有良好的耐久性。

当氧化镁、纳米硫磺以及含有六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷的聚硅氧烷消泡剂共同作用于混凝土材料中时，大幅减低了混凝土的渗水高度，使混凝土材料具有良好的防渗效果，同时，使混凝土材料在硫酸盐腐蚀环境中体现出优异的耐腐蚀性能。此外，氧化镁、纳米硫磺以及聚硅氧烷消泡剂相互配合，使混凝土的初凝时间较长、终凝时间较短，更能满足施工需求，并且对混凝土固化后的抗压强度无明显影响，使耐腐蚀防渗混凝土材料具有优良的质量。

4、结论

聚硅氧烷消泡剂采用六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷以及十二甲基环六硅氧烷三组组分合理搭配时，能够有效提高混凝土经硫酸盐侵蚀后的抗压强度，提高混凝土的防腐性能，对28d标准养护抗压强度影响不大；降低混凝土渗水高度，提高抗渗性能；延迟混凝土初凝时间，同时缩短终凝时间，有利于运输和施工。

参考文献:

[1]GB/T 175-2007,通用硅酸盐水泥[S].

[2]GB/T 1596-2017,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

[3]GB/T 14685-2022,建设用卵石､碎石[S].

[4]JGJ 63-2006,混凝土用水[S].

[5]JGJ 55-2011,普通混凝土配合比设计规程[S].

[6]GB/T 50080-2016,普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S].

[7]GB/T 50081-2019,普通混凝土力学性能试验方法标准[S].

[8]GB/T 50082-2009,普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S].

文章来源:曾慧群.聚硅氧烷消泡剂对C35防腐抗渗混凝土性能的影响研究[J].广东建材,2024,40(11):8-11.