聚羧酸高性能减水剂复配三乙醇胺对混凝土性能影响研究
创始人
2026-02-23 04:01:39

引言

近年来,随着我国基础设施建设的不断加大,在低温或负温气候条件下进行混凝土施工已成为常态。混凝土强度的发展与环境温度有着极大的关系,环境温度越低,早期强度越低,会对施工进度有影响,且在负温下施工,早期强度低,不能很快达到临界强度,存在冻坏混凝土的风险。在混凝土中掺入早强剂可以加速水泥的水化反应,提高混凝土的早期强度。目前,国内早强剂的类型主要有以NaCl、CaCl2、Na2SO4和Na2S2O3等为代表的无机盐类,以三乙醇胺、甲酸钙及三异丙醇胺等为代表的有机物类。其中氯盐类早强剂会对钢筋产生腐蚀作用,硫酸盐类早强剂会影响混凝土后期强度的发展,也有可能导致混凝土后期强度降低。三乙醇胺是一种有机物,可以加快铝酸三钙的水化反应,对钢筋无腐蚀作用,不会影响混凝土的耐久性。在掺量适当的情况下,可以提高混凝土的早期强度及其他物理力学性能、长期性能、耐久性能。

聚羧酸高性能减水剂属于第三代减水剂,由于其掺量小、减水率大、收缩小、抗压强度比高、有害成分少及生产环保等优点,随着混凝土技术及施工工艺的不断进步,已成为现代混凝土必不可少的组分之一。

试验拟在保持聚羧酸高性能减水剂掺量不变的情况下,研究不同掺量的三乙醇胺对混凝土拌合物性能、物理力学性能及长期性能、耐久性能的影响,以期为配制在低温或负温环境条件下使用的早强混凝土进行探索。

1 试验

1.1 试验材料

水泥:由太原智海水泥有限公司生产的P·O42.5水泥,主要技术性能指标见表1。

细集料:由山西阳曲县泥屯生产的石灰石机制砂,2区中砂,主要技术指标见表2。

外加剂:由山西华凯伟业科技有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂,主要技术性能指标见表3。

粉煤灰:太原二电厂的Ⅱ级灰,主要技术性能指标见表4。

三乙醇胺:分析纯,无色透明黏稠液体,由天津市科密欧化学试剂有限公司生产。

水:普通自来水。

1.2 试验方法

按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对三乙醇胺不同掺量的混凝土拌合物进行坍落度、扩展度和凝结时间试验;按照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》对三乙醇胺不同掺量的硬化混凝土进行立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和28d静力受压弹性模试验;按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对三乙醇胺不同掺量的硬化混凝土进行渗透高度、碳化深度、电通量、耐锈蚀系数和收缩率试验。

1.3 试验用主要仪器设备

试验过程所用的仪器设备有混凝土搅拌机、贯入阻力仪、2000kN压力试验机、静力受压弹性模量测定仪、混凝土收缩仪、混凝土碳化箱、混凝土抗渗仪、混凝土冻融箱、混凝土电通量试验装置及混凝土干湿循环试验仪等。

1.4 混凝土配合比设计

试验根据三乙醇胺掺量的不同设计出8组混凝土配合比,具体见表5。

2 不同掺量三乙醇胺对混凝土性能的影响

2.1 对混凝土拌合物性能的影响

在保持水泥用量、粉煤灰用量、外加剂掺量、砂率和水胶比不变的条件下,对8组配合比的混凝土坍落度、扩展度和凝结时间进行试验,试验结果见表6,并如图1~图3所示。

从表6和图1可以看出,三乙醇胺掺量为0.02%~0.06%时,混凝土坍落度与不掺三乙醇胺的混凝土坍落度基本相近,变化不大;三乙醇胺掺量>0.06%时,随着掺量的增加,坍落度呈不断减小趋势;当掺量为0.15%时,坍落度为160mm,与不掺的相比,减小了50mm。

从表6和图2可以看出,三乙醇胺掺量为0.02%~0.06%时,混凝土扩展度与不掺三乙醇胺的混凝土扩展度基本相近,变化不大;三乙醇胺掺量>0.06%时,随着掺量的增加,扩展度也呈不断减小趋势;当掺量为0.15%时,扩展度为450mm,与不掺的相比,减小了150mm。

从表6和图3可以看出,随着三乙醇胺掺量的增加,混凝土初凝时间和终凝时间均呈不断缩短趋势,三乙醇胺掺量为0.02%~0.06%时,与不掺的相比,初凝时间缩短15~30min,终凝时间缩短20~50min;三乙醇胺掺量为0.08%~0.15%时,与不掺的相比,初凝时间缩短45~75min,终凝时间缩短85~115min。

由此可知,三乙醇胺不同掺量对混凝土坍落度、扩展度和凝结时间具有影响,但当三乙醇胺掺量为0.02%~0.06%时,影响不大。这主要是因为三乙醇胺的加入,促进了水泥中铝酸三钙的水化反应,消耗了一定量的拌合水,导致混凝土坍落度、扩展度和凝结时间均呈减小趋势。

2.2 对混凝土物理力学性能的影响

在保持水泥用量、粉煤灰用量、外加剂掺量、砂率和水胶比不变的条件下,对8组配合比的混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和28d静力受压弹性模量进行试验,试验结果见表7,并如图4~图7所示。

从表7和图4~图7可以看出,混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和静力受压弹性模量随着三乙醇胺掺量的增加,呈先增加后下降的趋势。当三乙醇胺掺量为0.04%时,各龄期的强度和28d静力受压弹性模量均最大。这是因为三乙醇胺的加入,促使铝酸三钙和铁铝酸四钙的溶解速率提高,生成大量的硫铝酸钙,由于硫铝酸钙的微膨胀作用,使得混凝土更加致密,强度增强。但随着三乙醇胺掺量的不断增大,硫铝酸钙生成量不断增多,吸附在水泥表面,阻碍了水泥的进一步水化,不利于硅酸三钙的后期水化,导致随着掺量的增大而强度降低。

2.3 对混凝土长期性能和耐久性能的影响

在保持水泥用量、粉煤灰用量、外加剂掺量、砂率和水胶比不变的条件下,对8组配合比28d龄期混凝土的渗透高度、碳化深度、电通量、耐锈蚀系数和收缩率进行试验,试验结果见表8,并如图8~图12所示。

从表8和图8~图12可以看出,混凝土渗透高度、碳化深度、电通量和收缩率随着三乙醇胺掺量的增加,呈先降低后增大的趋势,混凝土耐锈蚀系数呈先增大后降低的趋势。当三乙醇胺掺量为0.04%时,混凝土渗透高度、碳化深度、电通量和收缩率均最小。这是因为三乙醇胺的加入,改善了混凝土的力学性能,使得混凝土的长期性能和耐久性能得到提高。

3 工程应用

某新建办公楼为8层框架剪力墙结构,一、二层柱及剪力墙混凝土设计强度等级为C40,坍落度要求180~200mm,由于工期紧,一、二层柱及剪力墙要求在2024年的11月底完成浇筑。此时当地平均气温为-3~5℃,为了能够提高混凝土的早期强度,按时拆模,不影响工程施工进度,在混凝土中掺入0.04%的三乙醇胺。同时为了验证三乙醇胺的早强效果,在混凝土配合比设计时,共设计2组配合比,一组为掺三乙醇胺,一组为不掺三乙醇胺,配合比设计见表9。

按表9配合比进行搅拌,进行混凝土坍落度、扩展度和凝结试验,观察拌合物的保水性和黏聚性,并成型混凝土抗压强度试件。试件拆模后,采用与结构实体同条件养护,试验结果见表10和表11。

由表10可知,掺三乙醇胺的混凝土坍落度和扩展度,均比不掺的有所减小;掺三乙醇胺的混凝土初凝时间和终凝时间均比不掺的有所提前。经现场观察,掺三乙醇胺的混凝土,保水性和黏聚性均良好,不影响混凝土的浇筑施工。由表11可知,掺三乙醇胺的混凝土3d、7d和28d抗压强度均比不掺的高。由此可见,当三乙醇胺的掺量适当时,可以提高混凝土的早期强度,并为混凝土在低温或负温条件下施工提供了质量保证。

4 结论

通过在聚羧酸高性能减水剂中复配三乙醇胺,研究了三乙醇胺对混凝土性能的影响,主要结论如下:

(1)当三乙醇胺掺量为0.02%~0.06%时,混凝土坍落度、扩展度与不掺的基本相近,变化不大;当掺量>0.06%时,随着掺量的增加,坍落度和扩展度呈不断减小趋势。

(2)三乙醇胺的加入能够缩短混凝土凝结时间。当三乙醇胺掺量为0.02%~0.06%时,与不掺相比,凝结时间缩短幅度不大;当三乙醇胺掺量为0.08%~0.15%时,与不掺相比,凝结时间缩短幅度显著。

(3)当三乙醇胺掺量为0.04%时,混凝土的力学性能、长期性能和耐久性能最优,立方体早期抗压强度的提高,可为低温或负温环境条件下的混凝土施工提供技术支撑,但随着三乙醇胺掺量的增大,各性能呈现下降的趋势。

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