DK--FS 混凝土高效防水劑的研制

    [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 組份在水泥水化過程中能生成絡(luò)合物,生成過程中的發(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,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

    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題。

    2. 研究表明,通過對(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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