DK--FS 混凝土高效防水劑的研制

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[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(wèn)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(guò)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 concreteXIN 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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中能生成絡(luò)合物,生成過(guò)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/%	引氣組分/%	密實(shí)組分/%	微膨脹組分/%	憎水組分/%
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) ?！?BR> 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(lèi)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(huà)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(shuō)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(kāi)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(jiàn)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(shuō)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(lái)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)表7。
表 5

編號(hào)	摻量/	水灰比/	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(jiàn)表8?！　?BR> 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/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(kāi)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(jiàn),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(jiàn)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(wú)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(yǔ)
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(wèn)題。
2. 研究表明,通過(guò)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(wú)機(jī)非金屬材料專(zhuān)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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