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高效混凝土论文范文

摘要：采用自制的AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂和国内外同类产品进行对比试验,结果表明：与国内外同类产品相比,AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂不仅在减水效果和流动度保持性能方面有优势,而且能使硬化后高性能混凝土强度高、干缩小、刚度高、稳定性好,同时具有良好的抗氯离子渗透性能、抗冻性、耐磨性和抗硫酸盐腐蚀性能．

关键词：AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂；高性能混凝土；综合性能

中表分类号：TU528.042.2 文献标识码：A 文章编号：1009-8135（2013）03-0049-07

混凝土与水泥砂浆一样,具有抗压强度高、稳定性好、施工机械简单、成本低廉等优点,是应用最为广泛的建筑材料之一[1]．但由于其自身存在诸如坍落度损失大、水泥用量大、耐久性不够好等缺陷,其使用功能和使用范围受到了一定限制．而外加剂具有改善混凝土拌合物和易性、合理降低水泥用量和提高混凝土抗渗、抗冻性能等优点,所以,利用外加剂改善新拌混凝土的工作性,提高硬化后力学性能、体积稳定性和耐久性,是现代高性能混凝土技术发展的方向．在混凝土中,减水剂不仅具有改善混凝土拌合物流变性能的作用,同时还具有提高硬化后的混凝土力学性能、体积稳定性和耐久性能的作用．目前,新型高效减水剂多为聚羧酸系高效减水剂,具有无氯、低碱,高减水、高分散,低掺量、高保坍,增强效果显著,适应性、耐久性俱佳,生产和使用无污染等独特优点而备受关注[2~7]．在现代土木工程领域,聚羧酸系减水剂已作为配制高性能混凝土水泥、水、砂、石之外的必需基本组分[8~10]．

AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂是以自制的可论文范文大分子单体MPEGAA、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-论文范文丙烯磺酸部分替代论文范文丙烯磺酸钠为主要原料,采用环保经济的水溶液共聚方法合成的具有羧基、羟基、酯基、酰胺基、磺酸基等极强活性基团和甲氧基聚乙二醇长侧链共存的一种聚羧酸系高效减水剂．

衡量减水剂性能好坏主要体现在它对高性能混凝土的性能影响上．本文通过与国内外同类产品进行对比试验,重点考察了自制AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂对新拌高性能混凝土的工作性能以及硬化后的抗压性能、体积稳定性能和耐久性能等方面的影响．

1. 材料与方法

1.1 研究材料

1.1.1 减水剂

AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂（记为AMPS-PC高效减水剂）：自制,固含量29.2%；Sika高效减水

剂：市售,固含量30.8%,瑞士Sika公司；PC减水剂：市售,固含量29.7%,福建科之杰新材料有限公司．其中,AMPS-PC高效减水剂是以2-丙烯酰胺-2-论文范文丙磺酸（AMPS）部分替代论文范文丙烯磺酸钠（论文范文AS）,通过与丙烯酸（AA）和自制的大分子单体MPEGAA共论文范文成的AMPS改性聚乙二醇单丙烯酸酯高效减水剂．

1.1.2 水泥（C）

PO42.5 R,安徽芜湖海螺水泥有限公司．其化学成分和主要物理力学性能指标分别见表1和表2．

1.1.3 矿物掺合料

I级粉煤灰和S95矿渣粉,其化学成分见表1．

（1）粉煤灰（FA）：细度（0.045 mm方孔筛筛余）6.9%,比表面积445 m2/kg,含水量0.20%,需水量比94%,福建新源粉煤灰开发有限公司．

（2）矿渣粉（GBFS）：比表面积456 m2/kg,厦门市禾强建材有限公司．

1.1.4 骨料

粗骨料为碎石,细骨料为河沙,其主要物理力学性能指标见表3．

（1）碎石（G）：石灰岩碎石,符合连续级配5～25 mm的要求．

（2）河砂（S）：天然河砂,细度模数为2.71,符合Ⅱ区级配要求．

1.2 AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂的合成

采用水溶液论文范文法,先把AA和MPEGAA配成具有一定浓度的混合单体水溶液,再将引发剂APS配成一定浓度的水溶液,然后向装有温度计、机械搅拌装置、冷凝回流及恒压滴液装置的四口烧瓶中加入一定量的水、论文范文AS和AMPS,通氮排氧,开动搅拌器,加热至反应温度80 ℃后,分别滴加混合单体水溶液和APS水溶液,混合单体水溶液先于APS水溶液滴加完毕．在1.5～2.5 h滴加完毕后,继续保持恒温反应2 h,反应结束后冷却至室温,然后加入一定浓度的氢氧化钠水溶液,调节pH 等于 7,再加入纯水,稀释到一定的固含量,即制得AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂的水溶液．其共聚反应方程式及结构为：

1.3 高性能混凝土(HPC)配合比

为了研究AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂在HPC中的作用,试验设计了C50 HPC的配合比,具体配合比如表4所示．其中,水胶比（W/B,其中B为胶凝材料用量,即水泥C、粉煤灰FA和矿渣粉GBFS用量之和）为0.32,粉煤灰FA和粒化高炉矿渣粉GBFS的掺量分别为胶凝材料用量的15%和10%．

1.4 测试与表征

1.4.1 混凝土拌合物坍落度和坍落度经时损失的测试

按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2002）进行测试．

1.4.2 AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂在混凝土中减水率的测试

以C∶S∶G 等于 330∶788∶1 233配制基准混凝土与掺加AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂的混凝土,按混凝土拌合物坍落度测定方法首先测定基准混凝土拌合物坍落度达到80 mm ± 10 mm时的单位用水量（W0）,然后加入一定量AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂,以相同方法测定混凝土拌合物坍落度达到80 mm ± 10 mm时的单位用水量（W1）．按下式计算减水剂在混凝土中的减水率（wcwr）：

1.4.3 混凝土凝结时间的测试

按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2002）凝结时间试验方法进行测试．

1.4.4 混凝土抗压强度的测试

按《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）抗压强度试验方法进行测试．混凝土抗压强度fcc按下式计算（MPa）：

其中Fa为破坏最大荷载（N）；A为受压部分面积（mm2）,抗压强度比是以掺减水剂混凝土与基准混凝土同龄期立方体抗压强度的比值表示．

1.4.5 混凝土干缩率的测试

按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2009）收缩试验的接触方法进行测试．某一龄期混凝土干缩率按下式计算（准确至1 × 10-6）：

其中εt为t d龄期时试件的干缩率（%）；Lt为t d龄期时试件的长度（mm）；L0为混凝土试件的初始长度（mm）；Δ为金属测头埋入的深度（mm）．

1.4.6 混凝土静力受压弹性模量的测试

按《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）静力受压弹性模量试验方法进行测试．混凝土受压弹性模量Ec（MPa）按下式计算：

其中Fa为应力为1/3轴心抗压强度时的荷载（N）；F0为应力为0.5 MPa时的初始荷载（N）；A为试件承压面积（mm2）；L为测量标距（mm）；εa为Fa时试件两侧变形的平均值（mm）；ε0为F0时试件两侧变形的平均值（mm）．

1.4.7 高性能混凝土渗透性能的测试

采用电通量法（ASTM C1202—97[11]）和混凝土氯离子扩散系数快速检测的NEL法（CCES 01—2004[12]37-42）来综合评价混凝土的渗透性能．

1.4.8 混凝土抗冻性的测试

按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2009）快速冻融的测试方法进行测试．冻融300次后混凝土试件的相对动弹性模量（P300）按下式计算：

其中f0,f300分别为300次冻融循环前、后混凝土试件（标准养护56 d）的横向基频．

1.4.9 混凝土耐磨性的测试

按《混凝土及其制品耐磨性试验方法》（GB/T 16925—1997）滚珠轴承法进行测试．以耐磨度大小来评定混凝土的耐磨性能．

1.4.10 混凝土抗硫酸盐腐蚀性的测试

按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2009）抗硫酸盐侵蚀的试验方法进行测试．以两组试件抗压强度的比值作为混凝土抗压强度耐蚀系数,以抗压强度耐蚀系数大小来评定混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能．

2. 结果与讨论

2.1 AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂对混凝土减水率的影响

表5为混凝土减水率在拌合物初始坍落度控制在80 mm ± 10 mm情况下,随AMPS-PC、Sika和PC三种不同减水剂掺入的变化规律．由表5可知,AMPS-PC高效减水剂在混凝土中的减水率明显高于Sika和PC减水剂,达36.2%,其减水性能明显高于Sika和PC减水剂．原因是AMPS-PC高效减水剂经过AMPS改性后,明显提高了减水剂分子中磺酸基数量和密度,保证了分子中有较多的阴离子与水作用,氢键缔合作用大幅提高,在超细粉体表面形成的水分子膜大幅增厚,阻止了超细粉体发生团聚,使AMPS-PC高效减水剂的减水性能得到明显提高．

2.2 AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂对HPC拌合物工作性能的影响

表6为C50 HPC拌合物坍落度及坍落度损失、含气量以及凝结时间随AMPS-PC、Sika和PC三种不同减水剂掺入的变化规律．由表6可知,掺入三种不同减水剂C50 HPC拌合物初始坍落度均大于210 mm,且具有良好的保坍性能,拌合后1 h内坍落度几乎不损失．这一结果验证了AMPS-PC高效减水剂在水泥浆料的作用结果．尽管掺入AMPS-PC高效减水剂C50 HPC拌合物在1.5 h内坍落度经时损失比Sika和PC减水剂稍大,但AMPS-PC高效减水剂是在较小水胶比的情况下仍表现出良好的泵送性能．主要原因是AMPS-PC高效减水剂分子中的羧基具有较强的锚固能力,能使减水剂分子较牢固地吸附在C50 HPC中的超细粉体颗粒表面,分散新拌C50 HPC超细粉体的絮凝作用,使新拌C50 HPC具有良好的工作性能．但由于AMPS-PC高效减水剂是经过AMPS改性的高效减水剂,其分子中的磺酸基含量较高,故初始坍落度较好,但羧基含量相对降低,故拌合后1.5 h内坍落度经时损失稍大．

混凝土高效消泡剂:砂浆泵机器|高速高效混凝土搅拌机

从表6还可看出,在掺入三种不同减水剂的C50 HPC拌合物中,掺入AMPS-PC高效减水剂的C50 HPC拌合物初凝与终凝之间的时间间隔要小于Sika和PC减水剂,说明其延缓效果较Sika和PC减水剂稍差．原因是AMPS-PC高效减水剂分子中磺酸基数量较多,羧基的相对数量较少,减水剂的吸附锚固作用有所降低,从而引起缓凝作用下降．

2.3 AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂对HPC抗压性能的影响

表7为C50 HPC在不同龄期的抗压强度和抗压强度比随AMPS-PC、Sika和PC三种不同减水剂掺入的变化规律．由表7可知,掺入三种不同减水剂C50 HPC抗压强度变化趋势一致,但强度发展速度不同．AMPS-PC高效减水剂对C50 HPC各龄期的抗压强度作用明显高于Sika和PC减水剂,强度发展更好．C50 HPC凝结硬化初期（3 d）,掺入AMPS-PC、Sika和PC三种不同减水剂的C50 HPC抗压强度比分别为187%、162%和151%,掺入AMPS-PC高效减水剂的C50 HPC抗压强度增幅最大；随着硬化的进一步进行（28 d）,AMPS-PC、Sika和PC三种不同减水剂的C50 HPC抗压强度比分别为163%、141%和135%．原因是在C50 HPC凝结硬化初期,由于AMPS-PC高效减水剂具有良好的分散性能,保证了水泥颗粒与水接触面积得以增加,水泥的水化速率得以提高,因此C50 HPC的早期强度发展较快．在C50 HPC凝结硬化后期,因为AMPS-PC高效减水剂在保持掺量和C50 HPC拌合物初始坍落度相同的情况下,具有更高的减水率,达36.2%（如表5所示）,虽然水泥水化会受一定影响,但更高的减水率明显降低了用水量,减少了硬化后的C50 HPC内部孔隙,提高了C50 HPC密实度；同时更高的减水率也降低了水胶比,以及C50 HPC引入的矿物掺合料的作用,使水泥水化产物的微观结构得以改善,尤其是水泥石与骨料之间的界面过渡区结构得到加强,从而保证了C50 HPC的强度仍然有较大增幅的发展．

2.4 AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂对HPC变形性能的影响

表8为C50 HPC在不同龄期的干缩率和标准养护28 d后抗压弹性模量随AMPS-PC、Sika和PC三种不同减水剂掺入的变化规律．由表8可知,掺入三种不同减水剂的C50 HPC干缩率变化趋势基本一致,但干缩程度不同．随龄期的延长,C50 HPC干缩率均表现出先上升、后稳定的变化规律．28 d之前,掺入3种不同减水剂的C50 HPC干缩率增长都较快,而后随龄期的延长又都逐步趋于平稳．但在各相同龄期,掺入3种不同减水剂的C50 HPC干缩率由小至大依次为AMPS-PC＜Sika＜PC．原因是C50 HPC掺入AMPS-PC高效减水剂后,由于AMPS-PC高效减水剂通过减水分散作用减少了拌合用水量,干燥过程失去的水分随之减少,使硬化后的C50 HPC内部孔隙减少,从而提高了C50 HPC密实程度；另外,由于AMPS-PC高效减水剂的掺入,细化了C50 HPC的孔径,降低最可几孔径,减少有害孔的含量,从而大幅度地提高了C50 HPC的抵御收缩能力,降低了C50 HPC的干燥收缩．

从表8还可看出,掺入三种不同减水剂的C50 HPC在标准养护28 d后的受压弹性模量由大至小依次为AMPS-PC＞Sika＞PC．原因是由于AMPS-PC高效减水剂通过良好的减水分散作用,明显降低水胶比,以及C50 HPC引入的矿物掺合料的作用,使水泥石与骨料之间的界面过渡区结构得以加强．另外,还由于未水化超细粉体颗粒间距的减小,增加了中心质效应程度,提高了C50 HPC的匀质性,从而保证了C50 HPC受压弹性模量的增大,刚度提高,稳定性更好．

2.5 AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂对HPC耐久性能的影响

2.5.1 AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂对HPC抗氯离子渗透性能的影响

表9为C50 HPC标准养护56 d后的电通量和养护28 d后的氯离子扩散系数随AMPS-PC、Sika和PC三种不同减水剂掺入的变化规律．由表9可知,掺入三种不同减水剂的C50 HPC养护一定龄期后的电通量和氯离子渗透系数由小至大依次为AMPS-PC＜Sika＜PC,说明C50 HPC的抗氯离子渗透能力由大至小依次为AMPS-PC＞Sika＞PC．原因是AMPS-PC高效减水剂减水分散作用明显高于Sika和PC减水剂（如表5所示）,它将大幅度地减少混凝土拌合用水量．在C50 HPC中,随着拌合用水量的降低,C50 HPC的孔隙率降低,孔径分布向小孔方向移动,增加了C50 HPC的密实性；同时减少了水泥浆中多余水分蒸发和泌水后留下的毛细管道,从而减少了氯离子在C50 HPC内部输运的通道,降低了氯离子在C50 HPC内的传输速度,有利于C50 HPC抗氯离子渗透性能的提高．由表9还可看出,在C50 HPC掺入AMPS-PC高效减水剂后,氯离子6 h电通量为962 C,小于1000 C,氯离子扩散系数为1.85 × 10-12 m2/s,小于2.5 × 10-12 m2/s,氯离子渗透性低,可见AMPS-PC高效减水剂对提高混凝土抗氯离子渗透性具有显著的作用．

2.5.2 AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂对HPC抗冻、耐磨和抗硫酸盐侵蚀性能的影响

表10为C50 HPC标准养护56 d的相对动弹性模量和耐磨度以及养护28 d的抗硫酸盐腐蚀系数随AMPS-PC、Sika和PC三种不同减水剂掺入的变化规律．由表10可知,掺入AMPS-PC、Sika和PC三种不同减水剂的C50 HPC养护一定龄期后的相对动弹性模量、耐磨度和抗硫酸盐腐蚀系数由大至小依次为AMPS-PC＞Sika＞PC．原因是在C50 HPC中掺入的AMPS-PC高效减水剂后具有高减水、高分散性能,通过减水分散作用,可大幅度地降低混凝土的水胶比和拌合用水量．随着拌合用水量的减少,C50 HPC孔隙率将大大降低,密实度可大幅度提高；同时,随着水胶比的降低和在C50 HPC引入的矿物掺合料作用,使水泥石与骨料之间的界面过渡区结构更加致密．这样,一方面水分较难以进入C50 HPC内部使孔隙达到饱和状态,另一方面抵抗磨损能力得到提高,而且硫酸盐腐蚀介质不易进入C50 HPC内部,从而保证了C50 HPC具有良好的抗冻性、耐磨性和抗硫酸盐腐蚀性能．

3. 结论

在高性能混凝土中,正确选用和使用了AMPS改性聚丙烯酸高效减水剂,可以在较低掺量情况下表现出高减水、高分散和拌合后1 h内高保坍以及良好的凝结性,极大地满足现场施工的需要．同时,可以在较低掺量情况下表现出具有足够的强度,更高的弹性模量,更小的变形,更大的刚度,更好的稳定性和更高的抗渗性、耐久性,保证了混凝土的应用范围得到了进一步的扩展,安全使用寿命得到了进一步的提高．

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（责任编辑：张新玲）

Effects of AMPS-modified Polyacrylic Acid Superplasticizer on Combination Property of HPC

CHEN Baofan

( College of Civil Engineering, Applied Technological Engineering Center of Fujian Provincial High Education for Practical Chemical Material, Liming Vocational University, Quanzhou 362000, China)

Abstract: A comparison test is conducted between the self-made AMPS modified Polyacrylic acid superplasticizer and products of the same kind home and abroad. The results indicate: Compared with the products of the same kind home and abroad, the self-made AMPS modified Polyacrylic acid superplasticizer not only has an advantage in the water-reducing effect and fluidity keeping quality, but also can increase the intensity of the high-performance concrete after hardening, it is characteristic of little drying shrinkage, high rigidity, and good stability, meanwhile, it shows high quality of penetrating resistance to chloride ion, frost resistance, abrasive resistance, and anti-sulfate corrosion.

Keywords: AMPS-modified polyacrylic acid superplasticizer, high performance concrete(HPC), combination property

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混凝土高效消泡剂引用文献: