保坍增強(qiáng)型混凝土功能外加劑BTC-3對混凝土性能的影響

  摘要：保坍增強(qiáng)型混凝土功能外加劑BTC－3能夠促進(jìn)混凝土內(nèi)的細(xì)粉團(tuán)聚顆粒再分散與稀釋，起滲透助磨作用，可以提高漿體微觀結(jié)構(gòu)均勻性并改善硬化強(qiáng)度，較好解決混凝土粘度太大、坍落度損失快、混凝土離析泌水及混凝土泵送后流動性喪失等問題，通過混凝土中的應(yīng)用試驗(yàn)表明，摻BTC-3混凝土功能外加劑可降低水泥用量10%-15%，混凝土1小時(shí)后的坍落度損失明顯減小，改善了混凝土的結(jié)構(gòu)均勻性，混凝土的泵送施工性能和28天抗壓強(qiáng)度得到顯著提高。

  關(guān)鍵詞：功能外加劑；保坍；增強(qiáng)

  1.引言

  混凝土是建筑工程中最大宗的建筑材料，由于近年來城市化進(jìn)程加快，商品混凝土需求量增大，建筑行業(yè)對空氣污染和能源問題影響巨大。水泥混凝土行業(yè)中水泥生產(chǎn)消耗大量能源資源，綠色高性能混凝土的主要途徑是大量使用礦物摻合料，盡可能節(jié)約水泥用量。由于砂石資源短缺，各混凝土企業(yè)為控制生產(chǎn)成本，把劣質(zhì)的天然砂與人工砂混用，砂的含泥量越來越高，這常常導(dǎo)致混凝土的工作性處于離析泌水和坍落度損失極快的兩個(gè)極端化困境。

  混凝土實(shí)際上是一種動態(tài)的成分復(fù)雜的固液氣三相分散體系，料漿的流動性和穩(wěn)定性對混凝土的工作性至關(guān)重要。確切地說，混凝土外加劑應(yīng)該包括由減水分散、懸浮穩(wěn)定及其它功能助劑等組成，長期以來混凝土外加劑行業(yè)習(xí)慣于只注重于使用減水分散和功能助劑復(fù)配成各種外加劑，如泵送劑、防凍劑、防水劑等，而忽略對料漿穩(wěn)定的控制。分散劑組分只能對分散微粒表面覆蓋及包封，改善料漿流動，面對摻聚羧酸的混凝土初期離析泌水現(xiàn)象和坍落度損失現(xiàn)象難以控制的問題，補(bǔ)充使用一種懸浮穩(wěn)定的功能助劑非常必要。本文研究討論一種受到混凝土行業(yè)普遍歡迎的保坍增強(qiáng)型功能外加劑BTC-3的應(yīng)用性能，其作用機(jī)理在于對團(tuán)聚顆粒的再分散稀釋和助磨作用，提高漿體微觀結(jié)構(gòu)均勻性并改善硬化強(qiáng)度，較好解決混凝土粘度太大、坍落度損失快，離析泌水及混凝土泵送后流動性喪失不利于施工問題，全面提高混凝土工作性、強(qiáng)度和耐久性，進(jìn)一步說明BTC-3是一種具有良好發(fā)展前景的功能型混凝土外加劑。

  2原材料與試驗(yàn)方法

  2.1原材料

  （1）膠凝材料

  水泥：北京金隅水泥P.042.5水泥，性能指標(biāo)如表1所示；粉煤灰：II級粉煤灰，細(xì)度（0.045篩余17.5%），需水量比105%；礦粉：S95礦渣粉，7d活性指數(shù)為76%，28d活性指數(shù)101%。

  （2）骨料

  細(xì)骨料：砂的細(xì)度模數(shù)為2.6河砂，含泥量3.2%；粗骨料：石子為5-2-mm連續(xù)級配的碎石，石粉含量5.5%；

  （3）外加劑

  實(shí)驗(yàn)使用自制的聚羧酸系減水劑BTC-200和BTC－3功能型外加劑稀釋液。其中，減水劑BTC-200的濃度為10%，最佳摻量范圍1.5%-2.5%，減水率25%-35%；BTC－3外加劑在配制混凝土?xí)r直接入總膠凝材料用量的0.4%-0.6%。

  2.2試驗(yàn)方法

  （1）水泥凈漿流動度：測定參照GB 8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行。固定減水劑摻量為2.0%，調(diào)整BTC－3摻量0～0.8％，測定水泥凈漿流動度。

  （2）混凝土工作性能：試驗(yàn)參照GB8076—2008《混凝土外加劑》進(jìn)行，檢測混凝土工作性各項(xiàng)指標(biāo)。

  （3）混凝土力學(xué)性能：試驗(yàn)參照GB50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行，檢測混凝土3d、7d、28d、56d的抗壓強(qiáng)度。

  （4）配合比設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)選擇了C25、C30強(qiáng)度等級的混凝土并摻加0.6％的BTC－3，對比摻BTC-3功能外加劑對混凝土各種性能的影響，混凝土配合比見表2。

  3.結(jié)果與討論

  3.1 BTC-3功能型外加劑對水泥凈漿流動度的影響

  減水劑BTC-200的摻量固定為2.0%，并摻入不同摻量的功能型外加劑BTC-3，摻量分別為0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%，所得的漿體流動度結(jié)果如圖1所示。由圖1可見，當(dāng)BTC-3摻量較低時(shí)，擴(kuò)展度較小，當(dāng)摻量逐漸增大時(shí)，擴(kuò)展隨之增大，摻量為0.6%時(shí)，擴(kuò)展度達(dá)到最大，繼續(xù)加大摻量至0.8%時(shí)，擴(kuò)展度反而降低了。試驗(yàn)結(jié)果表明，功能型外加劑具有保坍功能，與減水劑共同使用能達(dá)到更強(qiáng)的分散效果，功能外加劑BTC-3對水泥漿體的分散和稀化具有明顯作用。

  3.2 BTC-3功能型外加劑對混凝土工作性的影響

  為解決實(shí)際工程中混凝土坍落度損失過快的問題，特別是摻聚羧酸系減水劑混凝土泵送后流動性損失問題，功能型外加劑BTC-3具有良好的保坍稀化功能，可以降低一部分水泥用量或者提高低水泥用量混凝土的強(qiáng)度。試驗(yàn)以C30和C25兩個(gè)強(qiáng)度等級為基礎(chǔ)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，C300是C30強(qiáng)度等級的原始配比試驗(yàn)組編號，C301則是在原始配比上減少了15kg水泥，C302是減少25kg水泥，C303是減少35kg水泥，C250是C25強(qiáng)度等級的原始配比編號。保持所有的試驗(yàn)BTC-200的減水劑用量不變，功能型外加劑BTC-3的摻量為0.6%。圖2的試驗(yàn)結(jié)果表明，出機(jī)時(shí)對照組C300的坍落度最好，而C303坍落度最小，摻加功能型外加劑BTC-3后漿體粘聚性更好，沒有泌水現(xiàn)象，倒桶時(shí)間進(jìn)一步縮短，流動性的保持能力明顯增強(qiáng)。功能型外加劑BTC-3對混凝土初始坍落度和坍落度損失的影響，用于C30混凝土試驗(yàn)時(shí)改變水泥量，C301、C302和C303分別在基礎(chǔ)配合比上降低了15kg、25kg、35kg的水泥，配合比上保持與原始配比有相同的水膠比和砂率，C302初始坍落度不是最大，但坍落度損失最小，并且C302漿體粘聚性更好，倒桶時(shí)間更短。

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  3.3 BTC-3功能型外加劑對混凝土強(qiáng)度的影響

  BTC-3功能型外加劑除了具有分散保坍作用之外，還有增強(qiáng)作用。圖3為功能型外加劑BTC-3對C30與C25混凝土增強(qiáng)作用的試驗(yàn)情況，由圖3（a）可見，

  混凝土摻BTC-3后同時(shí)減少了水泥用量，最多減少35kg水泥，但C301和C302組的各齡期強(qiáng)度基本上與C300持平，水泥減少25kg時(shí)的各齡期強(qiáng)度可以達(dá)到最高。由圖3（b）可見，C300為C30混凝土的原始配比，C250為C25混凝土的原始配比，C251在C25混凝土基礎(chǔ)上直接摻加BTC功能型外加劑BTC-3， C251的各齡期混凝土強(qiáng)度接近C30混凝土相應(yīng)強(qiáng)度，相差約1-2.0Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于C250基本組。

  3.4 BTC-3功能型外加劑的作用機(jī)理探討

  功能型外加劑BTC-3含有較多醇胺類水泥助磨劑物質(zhì)，對水泥基細(xì)粉團(tuán)聚顆粒有一個(gè)助磨分散作用，由于醇胺類物質(zhì)對水泥早期水化中AFt的生成有促進(jìn)和細(xì)化的作用，但對C3S水化沒有顯著的影響，另外BTC-3含有抗粘土保坍物質(zhì)，具有一定的增大減水作用，酰胺類材料可以促進(jìn)水泥早期水化，BTC-3提高了漿體的粘聚性，改善界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)，使得水化膠凝結(jié)構(gòu)更加致密，隨著水化進(jìn)行，水化產(chǎn)物的生成，后期的強(qiáng)度發(fā)展較快。

  由圖4可以看出，在16h時(shí)明顯檢測到硅酸三鈣和氫氧化鈣，有單硫型硫鋁酸鈣AFm，而Aft幾乎沒有發(fā)現(xiàn)。水化48h，在XRD圖上硅酸三鈣幾乎消失，出現(xiàn)的較多是單硫型硫鋁酸鈣AFm和三硫型硫鋁酸鈣AFt，表明BTC-3能促進(jìn)水泥石中微晶態(tài)的鈣礬石生成。

  4.結(jié)論

  （1）BTC-3具有良好的保坍功能和提高混凝土粘聚效果，摻BTC-3同時(shí)降低水泥用量10%-15%，明顯改善C30混凝土工作性，更容易獲得均勻的混凝土結(jié)構(gòu)。

  （2）功能型外加劑BTC-3對混凝土具有增強(qiáng)作用，保持水膠比、砂率不變，摻功能型外加劑BTC-3混凝土的配合比水泥用量減少量可以在10%-15%之間，C30混凝土水泥用量150-200Kg，各齡期的強(qiáng)度與基準(zhǔn)對照樣品混凝土強(qiáng)度上下浮動1.0-2.0Mpa；

  （3）功能型外加劑BTC-3中醇胺類物質(zhì)起助磨分散作用，保坍抗粘土組分對混凝土漿體組分具有良好的增粘穩(wěn)定作用，大量的氨基、醇胺類基團(tuán)能促進(jìn)水泥中的C3A等水化生成顆粒細(xì)小的AFt，通過混凝土結(jié)構(gòu)均勻性提高以及凝膠材料進(jìn)一步細(xì)化凝膠化，突出表現(xiàn)為對混凝土的增強(qiáng)作用。

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