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    2. DK--FS 混凝土高效防水劑的研制

      2005-04-19 00:00
          [摘 要]  本文針對(duì)當(dāng)前預(yù)拌混凝土生產(chǎn)中普遍存在的粉狀高摻量防水劑添加計(jì)量麻煩,不自動(dòng)計(jì)量,勞動(dòng)強(qiáng)度高,環(huán)境污染大等問(wèn)題,根據(jù)減水塑化、引氣抑制泌水、補(bǔ)償收縮及憎水等防水抗?jié)B機(jī)理,采取多種防水性能互補(bǔ)的有效組份優(yōu)化組合,通過(guò)試驗(yàn)研究,研制出了一種防水抗?jié)B性能優(yōu)良的低摻量(215 %以下) 復(fù)合型液體泵送防水劑。

          [關(guān)鍵詞]  泵送混凝土;  防水抗?jié)B;  低摻量;  液體;  混凝土防水劑

          The  research  of  DK--FA  water-repellent  admixture  for  concrete
      XIN De-sheng ,  AN Zhao-xia ,  BI Chong-liang ,  ZHOU Chong-qiang ,  WANG Yue-song ,  XUN Wu-ju

          (1.Dalian Research &Design Institute of Building Science Stock Co. ,Ltd ;  2。Dalian Tielong Concrete Co. ,Ltd ,China)
        
          Abstract :  This test is amid at the general existent problems of the water-repellent admixture use in pump concrete ,the powdery and high accretion admixture with many shortcomings ,without automatic measure ,with high working-intension ,with polluted environment and so on.We mixed many water-repellent elements for concrete according as the theory of reduce water ,adhibit gas ,reduce shrinkage ,  adding hydrophobe and so on. According the research ,we produce a multiple liquid water-repellent admixture for pump concrete with good performance and low accretion(under 215 %) .
        
          Key words :  pump concrete ;  water-repellent ;  low accretion ;  liquid ;  water-repellent admixture for concrete

          1  前言

          隨著大連地區(qū)預(yù)拌混凝土的迅速發(fā)展,對(duì)混凝土外加劑的要求日益提高,我院曾成功研制了DK系列混凝土外加劑,并通過(guò)了鑒定。為了彌補(bǔ)粉狀外加劑計(jì)量不準(zhǔn)確、勞動(dòng)強(qiáng)度高、環(huán)境污染大的缺點(diǎn),我們研制了一種研新型優(yōu)質(zhì)的復(fù)合型液體混凝土高效防水劑—DK2FS ,本防水劑具有摻量低(215 %以下) 、減水率高、增強(qiáng)抗?jié)B效果好、坍落度損失小等優(yōu)點(diǎn),可以很好的滿足泵送混凝土的防水抗?jié)B施工要求,并大大減小外加劑計(jì)量添加的勞動(dòng)強(qiáng)度。本研制成果2003 年12 月正式通過(guò)了技術(shù)鑒定,現(xiàn)將DK2FS 混凝土高效防水劑的研制介紹給讀者。

          2  混凝土防水劑研制過(guò)程

          2.1  混凝土產(chǎn)生透水、滲水的主要原因分析
          ①混凝土自身收縮(包括干縮和化學(xué)收縮等) 產(chǎn)生的裂縫及沉降裂縫滲水;
          ②混凝土大孔、毛細(xì)孔內(nèi)水分遷移形成滲水的通道;
          ③混凝土和易性差(離析、泌水、分層等) 造成結(jié)構(gòu)不密實(shí)而滲水;
          ④配比材料搭配不合理、施工振搗不實(shí)等造成結(jié)構(gòu)不密實(shí)滲水。

          2.2  改善措施
          ①提高混凝土的密實(shí)性,減少混凝土內(nèi)部有害孔的數(shù)量;
          ②切斷毛細(xì)管通道,改善于L 結(jié)構(gòu)(形狀、大小等) ;
          ③提高混凝土毛細(xì)孔憎水性;
          ④合理的施工。

          2.3  防水機(jī)理
          混凝土防水劑提高混凝土抗?jié)B性能的原理較多,在本防水劑的研制中我們主要應(yīng)用了提高混凝土密實(shí)度,減少有害孔數(shù)量,補(bǔ)償收縮等防水機(jī)理,具體如下:
        
          (1) 高效減水組份的減水塑化作用
          減水塑化作用可改善混凝土和易性、降低水灰比、有效分散水泥顆粒,減少混凝土中的各種孔隙,即混凝土的總孔隙率和孔徑分布都得到改善,特別是使孔徑大于012 微米的毛細(xì)孔、氣孔等滲水通道減少,混凝土密實(shí)度提高,防水抗?jié)B能力增強(qiáng)。
          (2) 引氣組份的引氣抑制泌水作用
          適宜的含氣量可提高水泥漿的粘度,抑制泌水和沉降收縮。同時(shí),大量微小氣泡占據(jù)著混凝土的自由空間,切斷毛細(xì)管的通道,使混凝土的抗?jié)B性能得到改善。
          (3) 微膨脹組份的補(bǔ)償收縮填充堵塞作用
          膨脹密實(shí)組份與水泥水化產(chǎn)物生成鈣釩石,引起體積膨脹,補(bǔ)償收縮,強(qiáng)化密實(shí)結(jié)構(gòu),而且還能生成豐富的凝膠體,進(jìn)一步填充堵塞微裂縫及毛細(xì)孔通道,阻斷滲水通路。
          (4) 憎水組份的憎水作用
          憎水組份是一種具有很強(qiáng)憎水性的有機(jī)化合物,可提高氣孔和毛細(xì)孔內(nèi)表面的憎水能力,進(jìn)一步提高抗?jié)B性能。

          2.4  原材料的選擇與配方的確定
          根據(jù)對(duì)滲水原因和改善措施的分析我們進(jìn)行原材料的選擇。首先,根據(jù)滿足混凝土泵送施工的要求,我們選擇了減水組份A 及減水引氣組份B ,A、B 兩種組份均為陰離子表面活性劑,其中A 為高效減水組份,對(duì)水泥顆粒具有很強(qiáng)的吸附—分散、潤(rùn)滑和潤(rùn)濕作用,可大大減少混凝土拌合用水量,提高混凝土可泵性能,同時(shí)減少混凝土中自由水蒸發(fā)后留下的毛細(xì)孔體積,提高混凝土的密實(shí)性。單純用A 組份,混凝土的坍落度損失較大,粘性也大,不宜于混凝土的泵送,因此,我們又選擇了B 組份與之復(fù)合。B 組份的引氣性能,可在混凝土中可以產(chǎn)生大量封閉、均勻分散的小氣泡,增加混凝土的和易性,降低泌水率,同時(shí),由于這種氣泡的阻隔作用,可以改變毛細(xì)管的數(shù)量和特征,提高混凝土的防水抗?jié)B性能。
          其次,根據(jù)膨脹密實(shí)防水抗?jié)B的原理,我們選擇了膨脹密實(shí)組份C、D 的復(fù)合,C、D 兩種組份復(fù)合使用時(shí),在水泥漿體中C 組份能加速水泥的水化作用,促使水泥水化早期生成較多的含水結(jié)晶物(低硫型的硫鋁酸鈣和六方板狀和六方板狀固溶體等) ,減少游離水的數(shù)量,從而減少了由于游離水蒸發(fā)而遺留下的毛細(xì)孔數(shù)量;D 組份在水泥水化過(guò)程中能生成絡(luò)合物,生成過(guò)程中的發(fā)生體積膨脹,填充混凝土內(nèi)部孔隙和堵塞毛細(xì)管通道,因而能夠增加混凝土的密實(shí)性,提高混凝土的抗?jié)B性能。為了更好的提高混凝土內(nèi)氣孔和毛細(xì)孔表面的憎水作用,我們選擇了憎水組份E。由于A、B、C、D、E 五種組份復(fù)合使用,為了確定出最佳摻量,我們?cè)O(shè)計(jì)L16 (45) 正交試驗(yàn),其因素水平表如表1。根據(jù)以上的正交試驗(yàn)表,我們進(jìn)行了16 組混凝土試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果及正交分析情況表列于表2。

                 表1  因素水平表
      因素
      水平
      高效減水組分
      (A)/%
      引氣組分
      (B)/%
      密實(shí)組分
      (C)/%
      微膨脹組分
      (D)/%
      憎水組分
      (E)/%
      1
      0.2
      0.1
      0.01
      0.25
      0.15
      2
      0.6
      0.2
      0.03
      0.50
      0.30
      3
      1.0
      0.3
      0.05
      0.75
      0.45
      4
      1.4
      0.4
      0.07
      1.00
      0.60
          注:上述各組份用量均為水泥用量C的百分比(C×%)
                  
      表2 多考核指標(biāo)L16(45)正交試驗(yàn)結(jié)查及極差分析
      列號(hào)
      試驗(yàn)號(hào)
      A
      B
      C
      D
      E
      R3/MPa
      R7/MPa
      R28/MPa
      滲透高度/mm
      1
      1
      1
      1
      1
      1
      20.6
      27.5
      32.8
      146
      2
      1
      2
      2
      2
      2
      23.6
      31.4
      37.4
      140
      3
      1
      3
      3
      3
      3
      24.9
      33
      39.6
      132
      4
      1
      4
      4
      4
      4
      22.9
      30.5
      36.4
      122
      5
      2
      1
      2
      3
      4
      23.5
      30.7
      36
      95
      6
      2
      2
      1
      4
      3
      29.9
      36.1
      42.5
      92
      7
      2
      3
      4
      1
      2
      31.4
      37
      44.5
      88
      8
      2
      4
      3
      2
      1
      26.8
      34.2
      40
      84
      9
      3
      1
      3
      4
      2
      26.8
      35.8
      44
      35
      10
      3
      2
      4
      3
      1
      29.4
      40.2
      47.5
      32
      11
      3
      3
      1
      2
      4
      29.3
      39.9
      47
      34
      12
      3
      4
      2
      1
      3
      31
      36.5
      43.5
      30
      13
      4
      1
      4
      2
      3
      36.5
      41.6
      49
      29
      14
      4
      2
      3
      1
      4
      36.9
      42.9
      51
      28
      15
      4
      3
      2
      4
      1
      37.5
      44.7
      54
      28
      16
      4
      4
      1
      3
      2
      36.4
      41.8
      52.5
      27
       
       
      3天強(qiáng)度
      /MPa
      K1
      23.0
      26.9
      29.1
      30.0
      26.8
      K2
      27.9
      30.0
      28.9
      29.1
      29.6
      K3
      29.1
      30.8
      28.9
      28.6
      30.6
      K4
      36.8
      29.3
      30.1
      29.3
      28.2
      R
      13.8
      3.9
      1.2
      1.4
      2.0
      7天強(qiáng)度
      /MPa
      K1
      30.6
      33.9
      36.3
      36.0
      36.7
      K2
      34.5
      37.7
      35.8
      36.8
      36.5
      K3
      38.1
      38.7
      36.5
      36.4
      36.8
      K4
      42.8
      35.8
      37.3
      36.8
      36.0
      R
      12.2
      4.8
      1.5
      0.8
      0.8
      28天強(qiáng)度
      /MPa
      K1
      36.6
      40.5
      43.7
      43.0
      43.6
      K2
      40.8
      44.6
      42.7
      43.4
      44.6
      K3
      45.5
      46.3
      42.7
      43.9
      43.7
      K4
      51.6
      43.1
      44.4
      44.2
      42.6
      R
      15.0
      5.8
      1.7
      1.2
      2.0
      滲透高度/mm
      K1
      135.0
      76.3
      74.8
      73.0
      72.5
      K2
      89.8
      73.0
      73.3
      71.8
      72.5
      K3
      32.8
      70.5
      69.8
      71.5
      70.8
      K4
      28.0
      65.8
      67.8
      69.3
      69.8
      R
      107.0
      10.5
      7.0
      4.0
      2.7
       
          備注:
          1. 表中K1、K2、K3、K4 為各個(gè)因素每個(gè)摻量所得強(qiáng)度或滲透高度的平均值,R 為K1、K2、K3、K4 四者的極差。
          2.滲透高度為各試件滲透高度的平均值。
          3. 試驗(yàn)中水泥為小野田4215 硅酸鹽水泥,砂為中砂,石子為5mm~3115mm 碎石, 水泥用量為340kg/m3 ,基準(zhǔn)混凝土配比水泥∶砂∶石= 1 ∶2102∶3129。
          4. 基準(zhǔn)混凝土R3、R7、R28 分別為1919MPa 、2415MPa 、3415MPa ,滲透高度為150mm(透水) 。
       
          表2 中R3、R7、R28 及滲透高度為試驗(yàn)結(jié)果,K1 、K2 、K3 、K4 和R值為分析結(jié)果。K值是指每種組份與每個(gè)摻量所得試驗(yàn)結(jié)果的平均值。例如組份A“1”摻量對(duì)應(yīng)的三天強(qiáng)度分別為2016、2316、2419、2219 ,則三天強(qiáng)度K1 = (2016 + 2316 + 2419 + 2219) ÷3 = 3016 ,其它類推。R 為極差,即K1 、K2 、K3 、K4 、四個(gè)數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差。由以上分析可以看出,每種組份的K值反映了各組份對(duì)混凝土強(qiáng)度及滲透性的影響程度。而R 值的大小則反映出該種組份在不同摻量時(shí)對(duì)混凝土性能的影響程度,即R 值越大,表明該組份對(duì)混凝土的該項(xiàng)性能影響越大。

          根據(jù)表2 中的分析數(shù)據(jù),我們畫出該次正交試驗(yàn)的直觀分析圖(如圖1、圖2) 。
       
       
       
       
       
       
       
       
          圖1 各組份摻量與滲透高度比的關(guān)系
       
       
       
       
       
       
       
       
          圖2 各組份摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度比

          由表2中的數(shù)據(jù)如圖1可以看出,高效減水組份A曲線最陡,說(shuō)明其摻量變化對(duì)混凝土的抗?jié)B性影響最大,隨摻量的增大,抗?jié)B效果明顯增強(qiáng)。由圖2 可以看出高效減水組份A 隨摻量增大,能夠顯著提高混凝土的強(qiáng)度。引氣組份B 對(duì)混凝土抗?jié)B有一定提高,但由圖2 可以看出摻量不能太大,摻量在B4以后強(qiáng)度開(kāi)始下降,以往的試驗(yàn)表明B 組份參量不宜大于B4摻量,否則對(duì)混凝土的強(qiáng)度損失較大。密實(shí)組份C 在摻量C3點(diǎn)處有拐點(diǎn),摻量太大會(huì)影響強(qiáng)度;微膨脹組份D及憎水組份E 曲線變化較為平緩,對(duì)混凝土抗?jié)B性能影響不太明顯。D、E 組份參量較低,在防水劑中適當(dāng)摻入可提高混凝土的密實(shí)度和毛細(xì)孔憎水性。為考核5 種組份影響的顯著性,以滲透高度為考核指標(biāo),進(jìn)行了極差的方差分析,詳見(jiàn)表3 表4。由方差分析知,5 種組份對(duì)高效防水劑的主要性能(滲透高度) 的影響,均非常顯著,說(shuō)明5 種組份的選擇是正確的。
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       

                      
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
      表4  方差分析表
      考核指標(biāo)
      方差來(lái)源
      平方和
      自由度
      均方
      F值
      臨界值
      度/mm
      A
      186202.131
      3
      62067.377
      8403.59501
      非常顯著
      F0.01(3,80)=4.03628064
      B
      1426.67448
      3
      475.55816
      64.3880629
      非常顯著
      F0.05(3,80)=2.7187852
      C
      739.678646
      3
      246.559549
      33.3828605
      非常顯著
      F0.1(3,80)=2.1535449
      D
      175.515313
      3
      58.5051042
      7.92128208
      非常顯著
       
      E
      133.730313
      3
      44.5767708
      6.03545931
      非常顯著
       
      重復(fù)取樣誤差
      590.865
      80
      7.3858125
       
       
       
      SI
      189268.595
      95
       
       
       
       
       
          綜合以上分析,根據(jù)各組份對(duì)混凝土抗?jié)B性能的不同影響并綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本后選擇A3B2C3D2E2 為本防水劑的最佳配方。

          3   性能試驗(yàn)

          3.1對(duì)新拌混凝土性能的影響

          3.1.1  對(duì)新拌混凝土減水率的影響
          參照GB8076-1997和JC474-1999試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

          在保持混凝土坍落度基本不變的條件下,隨著防水劑摻量的增加,減水率明顯增大。摻量為C×30%時(shí),減水率可達(dá)到23%左右。

          3.1.2   對(duì)新拌混凝土坍落度損失的影響

          對(duì)混凝土坍落度損失影響,結(jié)果見(jiàn)表6。

          由試驗(yàn)經(jīng)果可以看出,摻防水劑的混凝土在1.5小時(shí)內(nèi)具有良好的流動(dòng)性,完全能夠滿足當(dāng)前預(yù)拌混凝土泵送施工的要求。

          3.1.3 對(duì)新拌混凝土其它性能的影響

          對(duì)新拌混凝土其它性能的影響見(jiàn)表7。

                 表 5
      編號(hào)
      摻量/(C X %)
      水灰比/(W/C)
      減水率/%
      坍落度/mm
      1
      0
      0.603
      0
      80
      2
      1.5
      0.540
      14.6
      80
      3
      2.0
      0.515
      18.7
      85
      4
      2.5
      0.494
      20.8
      80
      5
      3.0
      0.476
      22.9
      85

                 表 6
      停放時(shí)間/min
      0
      30
      60
      90
      流動(dòng)度/mm
      220/500
      215/480
      190/450
      180/390
          注:流動(dòng)度中分子為坍落度值,分母為坍落度擴(kuò)散直徑。

                 表 7
       
      防水劑摻量/%
      常壓泌水量/%
      壓力泌水率/%
      含氣量/%
      基準(zhǔn)混凝土
      0
      13.1
      52.6
      1.8
      受檢混凝土
      3
      8.5
      32.6
      3.8
       
          3.2  對(duì)硬化混凝土的性能影響

          3.2.1  對(duì)混凝土強(qiáng)度影響
          參照GB8076 - 1997 和JC474 - 1999 試驗(yàn)方法進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。
        
          由表8 數(shù)據(jù)可知,摻防水劑后混凝土各齡期強(qiáng)度均明顯高于基準(zhǔn)混凝土,增強(qiáng)效果顯著,在保持混凝土坍落度基本不變條件下,隨著防水劑摻量的增加混凝土強(qiáng)度明顯提高;摻量C×215 %時(shí),3 天、7 天、28 天強(qiáng)度可分別提高55 %、46 %和32 %。

          3.2.2  對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響
          JC474 - 1999《砂漿、混凝土防水劑》標(biāo)準(zhǔn)中采用滲透高度比、48 小時(shí)吸水量比等相對(duì)指標(biāo)評(píng)價(jià)防水劑的抗?jié)B性能。我們進(jìn)行了受檢混凝土與基準(zhǔn)混凝土的滲透高度比和48 小時(shí)吸水量比的試驗(yàn),結(jié)果如表9。

                 表 8
      編號(hào)
      摻量/%
      坍落度/mm
      抗壓強(qiáng)度(MPa)/抗壓強(qiáng)度比(%)
      3d
      7d
      28d
      1
      0
      80
      10.5/100
      23.5/100
      33.6/100
      2
      1.5
      80
      13.5/129
      29.0/123
      38.6/115
      3
      2.0
      85
      14.4/137
      31.8/135
      41.0/122
      4
      2.5
      85
      16.3/155
      34.4/146
      44.2/132
      5
      3.0
      90
      20.1/191
      38.1/162
      47.2/140
          注:小野田42.5水泥340kg/m3,中砂、5mm~31.5mm碎石

              表 9
       
      滲透高度mm/滲透高度比%
      48h吸水量/48h吸水量比%
      基準(zhǔn)混凝土
      150/100
      78/100
      受檢混凝土
      21.3/14.2
      49/63.1
         
          注:1防水劑摻量C×2.5%;.2基準(zhǔn)混凝土在1.2MPa透水,受檢混凝土1.2MPa未透,劈開(kāi)測(cè)滲透高度。

          為了更直觀評(píng)價(jià)本防水劑的抗?jié)B性能,本試驗(yàn)測(cè)定了不同摻量時(shí)同坍落度混凝土的抗?jié)B能力。由表10 可見(jiàn),隨著防水劑摻量的增加抗?jié)B能力不斷提高,摻量C ×215 %時(shí),抗?jié)B壓力可達(dá)4.0MPa 以上。

             表 10
      摻量(C×%)
      0
      1.0
      1.5
      2.0
      2.5
      3.0
      抗?jié)B壓力/MPa
      1.0
      2.2
      2.8
      3.6
      4.0
      4.2
          注:摻量C×3.0%時(shí),水壓維持4.2MPa,試件仍未透水,試驗(yàn)終止。
       
           3.2.3  對(duì)混凝土收縮和抗凍性的影響
          對(duì)混凝土收縮和抗凍性能影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。

                表 11
       
      摻量/%
      50次凍融循環(huán)
      收縮率/%
      強(qiáng)度損失率/%
      質(zhì)量損失率/%
      基準(zhǔn)混凝土
      0
      16.2
      3.4
      231 x 10-6
      受檢混凝土
      2.5
      4.0
      0.7
      224 x 10-6
       
          3.2.4  對(duì)鋼筋銹蝕的影響

          鋼筋銹蝕是造成混凝土構(gòu)筑物破壞的重要因素之一。我們對(duì)本防水劑的進(jìn)行了鋼筋銹蝕試驗(yàn)。

          由極化曲線(圖3) 可以看出,摻本防水劑對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕作用,可以滿足鋼筋混凝土的施工要求。
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
          圖3 極化曲線

          4  結(jié)束語(yǔ)

          1. 本防水劑的研究主要解決了當(dāng)前預(yù)拌混凝土生產(chǎn)中,低摻量液體防水泵送復(fù)合型外加劑缺乏的問(wèn)題。

          2. 研究表明,通過(guò)對(duì)多種密實(shí)防水性能互補(bǔ)的有效組份優(yōu)化組合,可以達(dá)到防水組份低摻量且具有良好抗?jié)B效果的目的。

          3. 試驗(yàn)研究表明,高效減水劑可以大大提高混凝土的密實(shí)度,可以顯著提高混凝土的防水抗?jié)B性能。
       
          [參考文獻(xiàn)]

          [1 ]張冠倫,王玉吉,孫振平. 混凝土外加劑原理與應(yīng)用[M] . 北京:中國(guó)建筑工業(yè)版社,1996.
          [2 ]馮浩,朱清江. 混凝土外加劑應(yīng)用手冊(cè)[M] . 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999.
          [3 ]沈春林,蘇立榮,岳志俊. 建筑防水材料[M] . 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.
          [4 ]王鐵夢(mèng). 工程裂縫控制[M] . 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999. 8.

          [作者簡(jiǎn)介]  辛德勝(1975 - ) ,男,助工,1999 年畢業(yè)哈爾濱建筑大學(xué)無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)。
          [單位地址]  大連市沙河口區(qū)太原街369 號(hào)(116021)
          [聯(lián)系電話]  0411 - 87114527
       
       
        

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      監(jiān)督:0571-85871513

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