黃勇 張文強(qiáng) 陳濤 任肖雷

（甘肅七建混凝土構(gòu)件有限公司，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

近年來，我國在聚羧酸系高性能減水劑的研究和應(yīng)用方面有了質(zhì)的發(fā)展，但還是有許多新問題出現(xiàn)[6]。蘭州地區(qū)如何將聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑各組分復(fù)配就是一個(gè)新問題，有待研究。

聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑將多種組分的作用復(fù)合在一起，既可以降低水的冰點(diǎn)，也可以促進(jìn)水泥在低溫條件下的充分水化；既改善了混凝土的初始結(jié)構(gòu)，也對(duì)混凝土后期結(jié)構(gòu)的發(fā)展有著重要的影響；既影響著硬化混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，又保持新拌混凝土流動(dòng)性能的穩(wěn)定，也對(duì)混凝土的防凍性能有積極影響。因此，性能遠(yuǎn)比普通防凍劑大幅優(yōu)越。

1 QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑的組成與性能

傳統(tǒng)防凍劑一般摻量較高，其范圍在4%-15%，較大的摻量不僅提高了成本，還可能降低混凝土的強(qiáng)度。因此，近年來，對(duì)防凍劑的研究向多種外加劑的復(fù)合方向發(fā)展，主要在降低摻量、提高性能和降低堿含量等方面入手。結(jié)合理論與實(shí)踐，本課題研發(fā)綜合性能優(yōu)異的復(fù)合型混凝土外加劑---QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑。QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑是一種集早強(qiáng)、防凍、減水和引氣組分于一身的復(fù)合型防凍劑，具有摻量低、早期強(qiáng)度高、不含氯鹽、可以阻止鋼筋銹蝕、使用方便可靠、防凍效果明顯等特點(diǎn)，特別適用于工業(yè)與民用建筑的混凝土工程。摻加較小劑量的該防凍劑于混凝土中，即能降低冰點(diǎn)，促進(jìn)低溫和負(fù)溫水泥水化過程，使混凝土提前達(dá)到臨界強(qiáng)度，加快混凝土冬期施工進(jìn)度和提高混凝土冬期施工溫度，為建筑工程施工帶來經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 各組分對(duì)混凝土抗凍性能的影響[4]

2.1 防凍組分的影響

QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑中的防凍組分與水混合后有很低的共熔溫度，具有降低水的冰點(diǎn)而使混凝土在負(fù)溫條件下正常水化，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠防凍強(qiáng)度的作用。防凍組分有無機(jī)和有機(jī)兩大類，無機(jī)類產(chǎn)品價(jià)格低，但堿含量較高，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性，有機(jī)類產(chǎn)品不增加堿含量，且用量少，防凍效果顯著，但價(jià)格較高，增加工程成本。QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑中的防凍組分是硝酸鈉和乙二醇兩種高效防凍的非氯鹽，巧妙地將無機(jī)和有機(jī)類復(fù)合使用，可以降低混凝土的總堿量和成本。

2.2 減水組分的影響

混凝土的抗凍性能與水膠比有很大的關(guān)系。在混凝土凝固過程中，混凝土中多余的游離水分子逐漸蒸發(fā)掉之后會(huì)形成大量的毛細(xì)孔，這些毛細(xì)孔不能完全被水泥水化后的生成物填滿，造成毛細(xì)孔之間相互連通，導(dǎo)致混凝土極易吸水，很容易受凍造成破壞。因此，在混凝土中加入可以分散水泥顆粒、起到潤滑作用的減水劑，可以使大量的游離狀態(tài)的水分子被釋放出來，減少水的凍結(jié)，改善混凝土的初始結(jié)構(gòu)，大大降低混凝土的用水量，降低水化熱，改善混凝土的和易性，增加密實(shí)度，提高強(qiáng)度及抗凍性能。

2.3 引氣組分的影響

引氣劑是一種表面活性劑，其加入溶液中會(huì)附著在氣泡膜上降低液膜的表面張力，使氣泡穩(wěn)定存在，表面張力越低，微細(xì)氣泡越容易穩(wěn)定存在。這些氣泡為球形，大小均勻，直徑在20～1000um之間，絕大多數(shù)小于200um。在混凝土中加入引氣劑能夠產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定、封閉、互不連通的微小氣泡，避免了毛細(xì)管道的形成，由此提高混凝土的抗凍能力，使其在低溫下保持較好的完整性，使混凝土強(qiáng)度更好發(fā)展，改善混凝土和易性，減少拌合物的離析、泌水，增強(qiáng)混凝土的抗凍耐久性。

2.4 調(diào)凝組分的影響

調(diào)凝組分的作用是調(diào)解新拌混凝土的凝結(jié)時(shí)間，使新拌混凝土保持流動(dòng)性能的穩(wěn)定，且在較長時(shí)間內(nèi)保持塑性，以便于澆筑，提高施工效率。

2.5 低溫水化促進(jìn)組分的影響

低溫水化促進(jìn)組分的作用是促進(jìn)水泥在低溫條件下的水化速度，促進(jìn)混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展，能縮短混凝土的熱養(yǎng)護(hù)時(shí)間，且不含會(huì)降低混凝土后期強(qiáng)度及破壞混凝體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有害物質(zhì)，也不會(huì)急劇縮短混凝土凝結(jié)時(shí)間。

3 QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑配方試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

復(fù)配出在環(huán)境溫度-20～0℃時(shí)可滿足各要求的聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑。

3.2 試驗(yàn)材料

1）水泥：祁連山P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；2）砂：中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂；3）水：自來水；4）外加劑：①聚羧酸高性能減水劑（A）（減水劑的性能指標(biāo)見表1），②引氣組分（B），③防凍組分，硝酸鈉溶液（C）和乙二醇溶液（D）。

表1 聚羧酸高性能減水劑性能指標(biāo)

3.3 試驗(yàn)項(xiàng)目及方法

3.3.1 外加劑在負(fù)溫條件下儲(chǔ)存穩(wěn)定性試驗(yàn)[5]

將盛有一定量液體外加劑的杯子放入負(fù)溫條件下，觀察外加劑變化情況。以組分之間不發(fā)生反應(yīng)，且組合后沒有明顯顏色及結(jié)晶沉淀為標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

3.3.2 確定各組分的正交試驗(yàn)

根據(jù)《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》（GB/T8077-2000）[3]，在減水劑A參考摻量（2.5±0.3）%范圍內(nèi)測(cè)定其用水量以及膠砂流動(dòng)度，確定流動(dòng)度達(dá)到（180±5）mm時(shí)的用水量。

將膠砂放入40mm×40mm×160mm試模成型后，再將試件在-15±1℃的冰柜中養(yǎng)護(hù)7d，然后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)解凍后，測(cè)定其抗折、抗壓強(qiáng)度。根據(jù)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，確定各組分對(duì)試件抗凍性能影響主次順序以及各組分最優(yōu)配合比。

3.3.3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.3.3.1 正交設(shè)計(jì)因素水平的確定

首先檢測(cè)高性能減水劑A對(duì)水泥膠砂工作性能的影響，并根據(jù)試驗(yàn)情況測(cè)定膠砂試驗(yàn)的用水量，見表2。

表2 減水組分A對(duì)水泥膠砂工作性能影響

以以上試驗(yàn)為基礎(chǔ)，再將四種主要組分，減水劑組分A、引氣組分B、硝酸鈉溶液C、乙二醇溶液D，按L9（34）正交表復(fù)配，然后進(jìn)行膠砂試驗(yàn)，見表3。

表3 正交試驗(yàn)因素表（%）

3.3.3.2 各組分配比及試驗(yàn)結(jié)果

將A、B、C、D各組分按一定比例復(fù)配，再靜置后并沒有明顯的顏色變化以及沉淀物出現(xiàn)，進(jìn)而按如下正交表進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 A-B-C-D組分配比及負(fù)溫養(yǎng)護(hù)條件下試驗(yàn)結(jié)果

從上表可以看出，最佳配比是A1B2C2D2，即第二組數(shù)據(jù)。故根據(jù)A1B2C2D2（減水劑組分A：引氣組分B：硝酸鈉溶液C：乙二醇溶液D=28%：0.4%：19%：4.8%）配制出QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑。

4 摻QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑混凝土性能試驗(yàn)

4.1 原材料

1）水泥：祁連山P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。C3A含量7.8%，C3S含量57%，堿含量0.5%，水泥比表面積343m2/kg。

2）細(xì)骨料：臨洮中砂，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量0.8%。

3）粗骨料：永靖5-20mm碎石，其中，5-10mm占40%，10-20mm占60%，滿足連續(xù)級(jí)配，針片狀物質(zhì)含量為7.5%，空隙率為32%，含泥量為0.2%。

4）外加劑：QJF-JS型聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑。根據(jù)試驗(yàn)使用情況，在本次試驗(yàn)中進(jìn)行復(fù)配。5）水：飲用自來水。

4.2 配合比

基準(zhǔn)混凝土配合比按JGJ55-2011設(shè)計(jì)，受檢混凝土和基準(zhǔn)混凝土的水泥、砂、石的比例不變[1]。

1）水泥用量：基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的單位水泥用量為360kg/m3。

2）砂率：基準(zhǔn)混凝土砂率45%，受檢混凝土砂率43%。3）外加劑摻量：推薦摻量水泥用量的2.5%。

4）用水量：使基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土坍落度為（210±10）mm時(shí)的最小用水量。

水泥：砂：石：外加劑=360：729：1189：9。

4.3 混凝土攪拌

根據(jù)GB8076-2008《混凝土外加劑》，先將粉料和骨料投入攪拌機(jī)中[2]，再將外加劑和水投入攪拌機(jī)，攪拌2min。出料后，在鐵板用人工翻拌均勻，再進(jìn)行試驗(yàn)。各種混凝土試驗(yàn)材料與試驗(yàn)室環(huán)境溫度均保持在（20±3）℃。

4.4 混凝土拌合物性能試驗(yàn)

出料后，在鐵板用人工翻拌均勻，再按照《混凝土外加劑》GB 8076-2008對(duì)混凝土拌合物泌水率比、含氣量和凝結(jié)時(shí)間差等性能進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算。

4.5 硬化混凝土性能試驗(yàn)

按照《混凝土外加劑》GB 8076-2008對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度比、收縮率及相對(duì)耐久性進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算。

4.6 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表5。從表5可知，用復(fù)配后的QJF-JS型聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑拌制的混凝土，其各項(xiàng)性能均滿足規(guī)范要求。

表5 摻QJF-JS型聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

5 工程實(shí)際應(yīng)用

天宸灣項(xiàng)目位于蘭州市七里河區(qū)馬灘社區(qū)T139#規(guī)劃路以東，T188#規(guī)劃路以北，銀灘大橋東北側(cè)，臨近南濱河西路，占地面積約52565.9m2，其中可建設(shè)用地28272.9m2，代征城市公共用地24293m2，工程總建筑面積約232884.53m2，地上建筑面積183773.85m2。正負(fù)零標(biāo)高相對(duì)于（大沽）絕對(duì)高程為1529.70m，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻、框架結(jié)構(gòu)。其中，5#地下2層，地上32層，是商業(yè)住宅樓。2019年12月6日澆筑5#樓6層C40剪力墻150方，當(dāng)天室外大氣溫度在-14℃～-7℃。配合比重量比（kg/m3）為：膠凝材料：細(xì)骨料：粗骨料：水：QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑=1：1.61：2.18：0.32：0.025。混凝土各指標(biāo)見表6。

表6 C40混凝土冬季施工工作性能

從表6可以看出，混凝土可操作性、和易性、強(qiáng)度均滿足要求。

6 結(jié)論

選擇最合適的聚羧酸減水劑母液、引氣、防凍等組分的配比，可配制出含堿量低、減水率高、含氣量可控、抗凍性能良好等綜合性能優(yōu)異的QJF-JS型聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑。通過提高外加劑減水率、降低混凝土水膠比、在一定范圍之內(nèi)增加含氣量，可以大大改善混凝土的抗凍性能。QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑可降低水的冰點(diǎn)而使混凝土在負(fù)溫條件下正常水化，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠的防凍強(qiáng)度。QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑與其他混凝土防凍劑相比，使用方便，價(jià)格較低，可大大降低混凝土冬季施工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)鋼筋無銹蝕，復(fù)合了減水、早強(qiáng)、防凍、引氣效果。將摻量2.5%的QJF-JS聚羧酸復(fù)合防凍型減水劑與簡(jiǎn)單綜合蓄熱法相結(jié)合，在蘭州地區(qū)可以實(shí)現(xiàn)冬期混凝土施工的要求。