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(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 |
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(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)]
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[2 ]馮浩,朱清江. 混凝土外加劑應(yīng)用手冊(cè)[M] . 北京:中國建筑工業(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.
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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(xué)無機(jī)非金屬材料專業(yè)。
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