DK--FS 混凝土高效防水劑的研制
2005-04-19 00:00
[摘 要] 本文針對當前預拌混凝土生產中普遍存在的粉狀高摻量防水劑添加計量麻煩,不自動計量,勞動強度高,環(huán)境污染大等問題,根據減水塑化、引氣抑制泌水、補償收縮及憎水等防水抗?jié)B機理,采取多種防水性能互補的有效組份優(yōu)化組合,通過試驗研究,研制出了一種防水抗?jié)B性能優(yōu)良的低摻量(215 %以下) 復合型液體泵送防水劑。
[關鍵詞] 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)預拌混凝土的迅速發(fā)展,對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。為了彌補粉狀外加劑計量不準確、勞動強度高、環(huán)境污染大的缺點,我們研制了一種研新型優(yōu)質的復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、增強抗?jié)B效果好、坍落度損失小等優(yōu)點,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量添加的勞動強度。本研制成果2003 年12 月正式通過了技術鑒定,現將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(包括干縮和化學收縮等) 產生的裂縫及沉降裂縫滲水;
②混凝土大孔、毛細孔內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) 造成結構不密實而滲水;
④配比材料搭配不合理、施工振搗不實等造成結構不密實滲水。
2.2 改善措施
①提高混凝土的密實性,減少混凝土內部有害孔的數量;
②切斷毛細管通道,改善于L 結構(形狀、大小等) ;
③提高混凝土毛細孔憎水性;
④合理的施工。
2.3 防水機理
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用了提高混凝土密實度,減少有害孔數量,補償收縮等防水機理,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 微米的毛細孔、氣孔等滲水通道減少,混凝土密實度提高,防水抗?jié)B能力增強。
(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,大量微小氣泡占據著混凝土的自由空間,切斷毛細管的通道,使混凝土的抗?jié)B性能得到改善。
(3) 微膨脹組份的補償收縮填充堵塞作用
膨脹密實組份與水泥水化產物生成鈣釩石,引起體積膨脹,補償收縮,強化密實結構,而且還能生成豐富的凝膠體,進一步填充堵塞微裂縫及毛細孔通道,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憎水性的有機化合物,可提高氣孔和毛細孔內表面的憎水能力,進一步提高抗?jié)B性能。
2.4 原材料的選擇與配方的確定
根據對滲水原因和改善措施的分析我們進行原材料的選擇。首先,根據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,對水泥顆粒具有很強的吸附—分散、潤滑和潤濕作用,可大大減少混凝土拌合用水量,提高混凝土可泵性能,同時減少混凝土中自由水蒸發(fā)后留下的毛細孔體積,提高混凝土的密實性。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 組份與之復合。B 組份的引氣性能,可在混凝土中可以產生大量封閉、均勻分散的小氣泡,增加混凝土的和易性,降低泌水率,同時,由于這種氣泡的阻隔作用,可以改變毛細管的數量和特征,提高混凝土的防水抗?jié)B性能。
其次,根據膨脹密實防水抗?jié)B的原理,我們選擇了膨脹密實組份C、D 的復合,C、D 兩種組份復合使用時,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) ,減少游離水的數量,從而減少了由于游離水蒸發(fā)而遺留下的毛細孔數量;D 組份在水泥水化過程中能生成絡合物,生成過程中的發(fā)生體積膨脹,填充混凝土內部孔隙和堵塞毛細管通道,因而能夠增加混凝土的密實性,提高混凝土的抗?jié)B性能。為了更好的提高混凝土內氣孔和毛細孔表面的憎水作用,我們選擇了憎水組份E。由于A、B、C、D、E 五種組份復合使用,為了確定出最佳摻量,我們設計L16 (45) 正交試驗,其因素水平表如表1。根據以上的正交試驗表,我們進行了16 組混凝土試驗,試驗結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L16(45)正交試驗結查及極差分析
|
列號
試驗號 |
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 為各個因素每個摻量所得強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 ,基準混凝土配比水泥∶砂∶石= 1 ∶2102∶3129。
4. 基準混凝土R3、R7、R28 分別為1919MPa 、2415MPa 、3415MPa ,滲透高度為150mm(透水) 。
表2 中R3、R7、R28 及滲透高度為試驗結果,K1 、K2 、K3 、K4 和R值為分析結果。K值是指每種組份與每個摻量所得試驗結果的平均值。例如組份A“1”摻量對應的三天強度分別為2016、2316、2419、2219 ,則三天強度K1 = (2016 + 2316 + 2419 + 2219) ÷3 = 3016 ,其它類推。R 為極差,即K1 、K2 、K3 、K4 、四個數據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值反映了各組份對混凝土強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對混凝土性能的影響程度,即R 值越大,表明該組份對混凝土的該項性能影響越大。
根據表2 中的分析數據,我們畫出該次正交試驗的直觀分析圖(如圖1、圖2) 。
圖1 各組份摻量與滲透高度比的關系
圖2 各組份摻量與混凝土抗壓強度比
由表2中的數據如圖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。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度。引氣組份B 對混凝土抗?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以后強度開始下降,以往的試驗表明B 組份參量不宜大于B4摻量,否則對混凝土的強度損失較大。密實組份C 在摻量C3點處有拐點,摻量太大會影響強度;微膨脹組份D及憎水組份E 曲線變化較為平緩,對混凝土抗?jié)B性能影響不太明顯。D、E 組份參量較低,在防水劑中適當摻入可提高混凝土的密實度和毛細孔憎水性。為考核5 種組份影響的顯著性,以滲透高度為考核指標,進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 |
方差來源 |
平方和 |
自由度 |
均方 |
F值 |
顯
著
性 |
臨界值 |
|
滲
透
高
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 |
| |
|
重復取樣誤差 |
590.865 |
80 |
7.3858125 |
|
|
| |
|
SI |
189268.595 |
95 |
|
|
|
|
綜合以上分析,根據各組份對混凝土抗?jié)B性能的不同影響并綜合考慮經濟成本后選擇A3B2C3D2E2 為本防水劑的最佳配方。
3 性能試驗
3.1對新拌混凝土性能的影響
3.1．1 對新拌混凝土減水率的影響
參照GB8076-1997和JC474-1999試驗方法進行試驗,試驗結果見表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,減水率可達到23%左右。
3.1.2 對新拌混凝土坍落度損失的影響
對混凝土坍落度損失影響,結果見表6。
由試驗經果可以看出,摻防水劑的混凝土在1.5小時內具有良好的流動性,完全能夠滿足當前預拌混凝土泵送施工的要求。
3.1.3 對新拌混凝土其它性能的影響
對新拌混凝土其它性能的影響見表7。
表 5
|
編號 |
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
|
停放時間/min |
0 |
30 |
60 |
90 |
|
流動度/mm |
220/500 |
215/480 |
190/450 |
180/390 |
注:流動度中分子為坍落度值,分母為坍落度擴散直徑。
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 對硬化混凝土的性能影響
3.2.1 對混凝土強度影響
參照GB8076 - 1997 和JC474 - 1999 試驗方法進行混凝土強度試驗試驗結果見表8。
由表8 數據可知,摻防水劑后混凝土各齡期強度均明顯高于基準混凝土,增強效果顯著,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度明顯提高;摻量C×215 %時,3 天、7 天、28 天強度可分別提高55 %、46 %和32 %。
3.2.2 對混凝土抗?jié)B性能的影響
JC474 - 1999《砂漿、混凝土防水劑》標準中采用滲透高度比、48 小時吸水量比等相對指標評價防水劑的抗?jié)B性能。我們進行了受檢混凝土與基準混凝土的滲透高度比和48 小時吸水量比的試驗,結果如表9。
表 8
|
編號 |
摻量/% |
坍落度/mm |
抗壓強度（MPa）/抗壓強度比（%） | ||
|
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基準混凝土在1.2MPa透水,受檢混凝土1.2MPa未透,劈開測滲透高度。
為了更直觀評價本防水劑的抗?jié)B性能,本試驗測定了不同摻量時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,抗?jié)B壓力可達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,水壓維持4.2MPa,試件仍未透水,試驗終止。
3.2.3 對混凝土收縮和抗凍性的影響
對混凝土收縮和抗凍性能影響試驗結果見表11。
表 11
|
|
摻量/% |
50次凍融循環(huán) |
收縮率/% | |
|
強度損失率/% |
質量損失率/% | |||
|
基準混凝土 |
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 對鋼筋銹蝕的影響
鋼筋銹蝕是造成混凝土構筑物破壞的重要因素之一。我們對本防水劑的進行了鋼筋銹蝕試驗。
由極化曲線(圖3) 可以看出,摻本防水劑對鋼筋無銹蝕作用,可以滿足鋼筋混凝土的施工要求。
圖3 極化曲線
4 結束語
1. 本防水劑的研究主要解決了當前預拌混凝土生產中,低摻量液體防水泵送復合型外加劑缺乏的問題。
2. 研究表明,通過對多種密實防水性能互補的有效組份優(yōu)化組合,可以達到防水組份低摻量且具有良好抗?jié)B效果的目的。
3. 試驗研究表明,高效減水劑可以大大提高混凝土的密實度,可以顯著提高混凝土的防水抗?jié)B性能。
[參考文獻]
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[作者簡介] 辛德勝(1975 - ) ,男,助工,1999 年畢業(yè)哈爾濱建筑大學無機非金屬材料專業(yè)。
[單位地址] 大連市沙河口區(qū)太原街369 號(116021)
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