技术交流:水下不分散混凝土专用聚羧酸外加剂的研制与应用

水下不分散混凝土专用聚羧酸外加剂的研制与应用

刘方¹，刘川²，何唯平¹

（1.深圳市海川实业股份有限公司，深圳 518040；2.南京大学工程管理学院，南京 210093）

［摘 要］本文利用复合聚羧酸减水剂、聚羧酸保坍剂、增强剂、缓凝剂、保水剂和调粘剂等制备水下不分散混凝土专用聚羧酸外加剂，使水下混凝土满足了低水灰比、和易性好、不分散的要求，其流动性、可泵性、坍落度损失都有较大的改进。

［关键词］水下不分散混凝土；聚羧酸系外加剂

0 前言

水下不分散混凝土在我国仍处于发展阶段，是一种较为年轻、新型的结构工程材料，目前正向高性能、低成本、优良的施工性发展^[1]。随着人们对水下混凝土工程质量要求的不断提高、施工技术的现代化改进，需要各项性能更好的水下不分散混凝土专用外加剂的研发。

水下不分散混凝土具有以下特点：（1）抗分散性。混凝土拌合物在水中浇筑时不分散、不离析，混凝土配合比基本保持不变，可在不排水的条件下施工，即使受到水的冲刷作用仍具有优良的抗分散性。（2）优良的流动性。混凝土拌合物既富有粘稠性，又富有塑性，相比普通混凝土显示出更良好的流动性，以保证混凝土灌入水下后能自流平、自密实。（3）很少出现泌水或浮浆。掺入絮凝剂后，可提高混凝土的保水性，基本不会出现泌水现象。（4）凝结特性。（5）无污染。由于水下不分散混凝土具有良好的抗水洗能力，因此水泥很少流失，不污染施工水域，为环保型产品。（6）安全性。与传统水下普通混凝土施工技术相比，水下不分散混凝土施工新技术可简化施工工艺、缩短工期、降低工程成本、减少人员在水下工作量，确保工程质量。

水下不分散混凝土一般采用抗渗、快凝、早强混凝土。具有很强的抗分散性和较好的流动性，实现水下混凝土的自流平、自密实，抑制水下施工时水泥和骨料分散，并且不污染施工水域。水下不分散混凝土不允许振捣，其质量取决于混凝土的抗分散性和流动性。

聚羧酸减水剂具有高减水、坍落度损失小、引气量小等优点，非常适合用于配制高强、高性能混凝土，在配制水下不分散混凝土时体现了低掺量、高减水、良好的流动度保持性、良好的增强效果等优点。

我国水下混凝土的配制存在着水泥用量过大，可泵性较差、坍落度损失大的缺点，而且水下混凝土的强度普遍偏低。本文利用复合聚羧酸减水剂、增强剂、缓凝剂、保水剂和调粘剂等制备水下不分散混凝土专用聚羧酸减水剂，使水下混凝土满足了低水灰比、和易性好、不分散的要求，其流动性、可泵性、坍落度损失都有较大的改进。

2 试验原材料及试验方法

2.1 原材料

ConcretePower 聚羧酸减水剂OP100，聚羧酸保坍剂、增强剂、保水剂、调凝剂、调粘剂、消泡剂，以上材料由深圳海川新材料科技有限公司提供。

水泥强度等级为 42.5 塔牌普通硅酸盐水泥，砂子的细度模数一般在2.4～2.8 之间，采用级配良好的连续粒级的碎石（5～40mm）。

2.2 外加剂基础配方

聚羧酸减水剂、增强剂、消泡剂、聚羧酸保水剂、调粘剂、调凝剂和消泡剂。基础配方见表1。

表 1 外加剂基础配方表

聚羧酸减水剂	聚羧酸保坍剂	增强剂	保水剂	调粘剂	调凝剂	消泡剂
30%	60%	3%	1%	0.5‰	5%	0.5‰

2.3 性能测试

水泥净浆流动度试验参照 GB8077—2011《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行，水泥300g，外加剂掺量根据实验确定，水灰比：0.29。

C30 混凝土配合比试验（测试坍落度及1h 坍落度损失）：混凝土配合比为 m（水泥）：m（粉煤灰）：m（矿粉）：m（粗骨料）：m（砂子）=240：90：70：1093：827，用水量和减水剂用量根据试验需求进行确定。测试混凝土强度试验。

水下不分散混凝土的配合比，试验混凝土配合比为
m（水泥）：m（粉煤灰）：m（矿粉）：m（粗骨料）：m（砂子）=350：50：100：1048：210，用水量和减水剂用量根据试验需求进行确定。

3 结果与讨论

3.1 水下不分散混凝土专用聚羧酸减水剂与水泥的适应性

采用不同用量的水下不分散混凝土专用聚羧酸外加剂对水泥做净浆试验，掺量范围在0.5%～2.5% 之间，确定与水泥的适应性。试验数据见表 2。

通过水泥净浆试验表 2 数据可知，水下不分散混凝土专用聚羧酸外加剂比较适应的掺量点在1.5% 左右。

表 2 水泥净浆试验数据表

编号	掺量 (%)	水泥流动度 (mm)		和易性
		初始	1h
A01	0.5	200	—	稠，发干，无流动性
A02	1.0	260	220	流动性好，不泌水，1h后发干
A03	1.5	290	280	流动性好，不泌水，1h流动性保持好
A04	2.0	310	300	流动性好，泌水， 1h泌水
A05	2.5	330	300	流动性好，泌水，1h 泌水

3.2 专用聚羧酸减水剂用于不分散混凝土的试验效果

采用标准混凝土 C30 配合比，考察不同聚羧酸减水剂对混凝土流变性及强度的影响，试验结果见表3。

表 3 不同聚羧酸减水剂对标准
混凝土流变性及强度的影响结果

编号	掺量(%)	坍落度 (mm)			扩展度 (mm)
		初始	1h	2h	初始	1h	2h
B01	0.5	190	160	140	400	300	300
B02	1.0	200	190	180	475	460	450
B03	1.5	210	200	195	500	480	475
B04	2.0	220	210	200	550	530	520
B05	2.5	230	220	210	575	550	550
B06	3.0	240	230	220	600	580	550

通过对标准混凝土试验表 3 数据可知，水下不分散混凝土专用聚羧酸外加剂比较适应的掺量点在1.5%～2.5% 之间。通常标准混凝土的掺量要低于水下不分散混凝土。

3.3 水下不分散混凝土专用聚羧酸减水剂与水泥配制不分散混凝土的试验效果

采用水下不分散混凝土的配合比，考察不同聚羧酸减水剂对混凝土流变性及强度的影响。试验结果见表4。

表 4 不同聚羧酸减水剂对水下不分散
混凝土流变性及强度的影响结果

编号	掺量 (%)	坍落度(mm)		和易性	抗压强度 (水中/空气中，MPa)
		0h	1h		3d	7d	28d
C01	0.5	190	150	不泌水、发干	8.2/17.8	5.2/24.8	28.6/33.8
C02	1.0	200	170	不泌水、粘聚性好，流动性一般	9.8/19.7	5.8/25.3	29.0/34.9
C03	1.5	210	195	不泌水、粘聚性好，流动性好	11.3/20.9	6.3/26.4	29.8/35.9
C04	2.0	220	200	不泌水、粘聚性好，流动性好	12.7/22.0	6.7/27.8	33.5/38.7
C05	2.5	230	210	泌水、分层，粘聚性差	13.2/23.8	7.2/30.9	35.8/40.8
C06	3.0	240	220	泌水、分层，粘聚性差	12.7/22.6	7.7/27.6	32.8/37.8

4 结论

本文复合的水下不分散混凝土聚羧酸外加剂，采用聚羧酸减水剂30%、聚羧酸保坍剂 60%、增强剂 3%、保水剂用量1%、调粘剂 0.5‰、调凝剂 5%、消泡剂 0.5‰ 配制出水下不分散混凝土用的聚羧酸外加剂，通过对水下不分散混凝土试验，水下不分散混凝土专用聚羧酸外加剂比较适应的掺量在 2.0%~2.5% 之间，超过用量混凝土发生离散，控制在2.0%～2.5%之间可以制备出低水灰比、和易性好、不分散的水下不分散混凝土，其流动性、可泵性、坍落度损失都有较大的改善。

［作者简介］刘方（1982—），研究生，高级工程师，主要从事混凝土外加剂研究。

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