保坍增强型混凝土功能外加剂BTC-3对混凝土性能的影响
水泥 李崇智 廖炜 张方财 马健 葛挺林 2014-11-21
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摘要：保坍增强型混凝土功能外加剂BTC－3能够促进混凝土内的细粉团聚颗粒再分散与稀释，起渗透助磨作用，可以提高浆体微观结构均匀性并改善硬化强度，较好解决混凝土粘度太大、坍落度损失快、混凝土离析泌水及混凝土泵送后流动性丧失等问题，通过混凝土中的应用试验表明，掺BTC-3混凝土功能外加剂可降低水泥用量10%-15%，混凝土1小时后的坍落度损失明显减小，改善了混凝土的结构均匀性，混凝土的泵送施工性能和28天抗压强度得到显著提高。
关键词：功能外加剂；保坍；增强
1.引言
混凝土是建筑工程中最大宗的建筑材料，由于近年来城市化进程加快，商品混凝土需求量增大，建筑行业对空气污染和能源问题影响巨大。水泥混凝土行业中水泥生产消耗大量能源资源，绿色高性能混凝土的主要途径是大量使用矿物掺合料，尽可能节约水泥用量。由于砂石资源短缺，各混凝土企业为控制生产成本，把劣质的天然砂与人工砂混用，砂的含泥量越来越高，这常常导致混凝土的工作性处于离析泌水和坍落度损失极快的两个极端化困境。
混凝土实际上是一种动态的成分复杂的固液气三相分散体系，料浆的流动性和稳定性对混凝土的工作性至关重要。确切地说，混凝土外加剂应该包括由减水分散、悬浮稳定及其它功能助剂等组成，长期以来混凝土外加剂行业习惯于只注重于使用减水分散和功能助剂复配成各种外加剂，如泵送剂、防冻剂、防水剂等，而忽略对料浆稳定的控制。分散剂组分只能对分散微粒表面覆盖及包封，改善料浆流动，面对掺聚羧酸的混凝土初期离析泌水现象和坍落度损失现象难以控制的问题，补充使用一种悬浮稳定的功能助剂非常必要。本文研究讨论一种受到混凝土行业普遍欢迎的保坍增强型功能外加剂BTC-3的应用性能，其作用机理在于对团聚颗粒的再分散稀释和助磨作用，提高浆体微观结构均匀性并改善硬化强度，较好解决混凝土粘度太大、坍落度损失快，离析泌水及混凝土泵送后流动性丧失不利于施工问题，全面提高混凝土工作性、强度和耐久性，进一步说明BTC-3是一种具有良好发展前景的功能型混凝土外加剂。
2原材料与试验方法
2.1原材料
（1）胶凝材料
水泥：北京金隅水泥P.042.5水泥，性能指标如表1所示；粉煤灰：II级粉煤灰，细度（0.045筛余17.5%），需水量比105%；矿粉：S95矿渣粉，7d活性指数为76%，28d活性指数101%。
（2）骨料
细骨料：砂的细度模数为2.6河砂，含泥量3.2%；粗骨料：石子为5-2-mm连续级配的碎石，石粉含量5.5%；
（3）外加剂
实验使用自制的聚羧酸系减水剂BTC-200和BTC－3功能型外加剂稀释液。其中，减水剂BTC-200的浓度为10%，最佳掺量范围1.5%-2.5%，减水率25%-35%；BTC－3外加剂在配制混凝土时直接入总胶凝材料用量的0.4%-0.6%。
2.2试验方法
（1）水泥净浆流动度：测定参照GB 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。固定减水剂掺量为2.0%，调整BTC－3掺量0～0.8％，测定水泥净浆流动度。
（2）混凝土工作性能：试验参照GB8076—2008《混凝土外加剂》进行，检测混凝土工作性各项指标。
（3）混凝土力学性能：试验参照GB50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行，检测混凝土3d、7d、28d、56d的抗压强度。
（4）配合比设计：实验选择了C25、C30强度等级的混凝土并掺加0.6％的BTC－3，对比掺BTC-3功能外加剂对混凝土各种性能的影响，混凝土配合比见表2。
3.结果与讨论
3.1 BTC-3功能型外加剂对水泥净浆流动度的影响
减水剂BTC-200的掺量固定为2.0%，并掺入不同掺量的功能型外加剂BTC-3，掺量分别为0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%，所得的浆体流动度结果如图1所示。由图1可见，当BTC-3掺量较低时，扩展度较小，当掺量逐渐增大时，扩展随之增大，掺量为0.6%时，扩展度达到最大，继续加大掺量至0.8%时，扩展度反而降低了。试验结果表明，功能型外加剂具有保坍功能，与减水剂共同使用能达到更强的分散效果，功能外加剂BTC-3对水泥浆体的分散和稀化具有明显作用。
3.2 BTC-3功能型外加剂对混凝土工作性的影响
为解决实际工程中混凝土坍落度损失过快的问题，特别是掺聚羧酸系减水剂混凝土泵送后流动性损失问题，功能型外加剂BTC-3具有良好的保坍稀化功能，可以降低一部分水泥用量或者提高低水泥用量混凝土的强度。试验以C30和C25两个强度等级为基础进行对比实验，C300是C30强度等级的原始配比试验组编号，C301则是在原始配比上减少了15kg水泥，C302是减少25kg水泥，C303是减少35kg水泥，C250是C25强度等级的原始配比编号。保持所有的试验BTC-200的减水剂用量不变，功能型外加剂BTC-3的掺量为0.6%。图2的试验结果表明，出机时对照组C300的坍落度最好，而C303坍落度最小，掺加功能型外加剂BTC-3后浆体粘聚性更好，没有泌水现象，倒桶时间进一步缩短，流动性的保持能力明显增强。功能型外加剂BTC-3对混凝土初始坍落度和坍落度损失的影响，用于C30混凝土试验时改变水泥量，C301、C302和C303分别在基础配合比上降低了15kg、25kg、35kg的水泥，配合比上保持与原始配比有相同的水胶比和砂率，C302初始坍落度不是最大，但坍落度损失最小，并且C302浆体粘聚性更好，倒桶时间更短。
[Page]
3.3 BTC-3功能型外加剂对混凝土强度的影响
BTC-3功能型外加剂除了具有分散保坍作用之外，还有增强作用。图3为功能型外加剂BTC-3对C30与C25混凝土增强作用的试验情况，由图3（a）可见，
混凝土掺BTC-3后同时减少了水泥用量，最多减少35kg水泥，但C301和C302组的各龄期强度基本上与C300持平，水泥减少25kg时的各龄期强度可以达到最高。由图3（b）可见，C300为C30混凝土的原始配比，C250为C25混凝土的原始配比，C251在C25混凝土基础上直接掺加BTC功能型外加剂BTC-3， C251的各龄期混凝土强度接近C30混凝土相应强度，相差约1-2.0Mpa，远远高于C250基本组。
3.4 BTC-3功能型外加剂的作用机理探讨
功能型外加剂BTC-3含有较多醇胺类水泥助磨剂物质，对水泥基细粉团聚颗粒有一个助磨分散作用，由于醇胺类物质对水泥早期水化中AFt的生成有促进和细化的作用，但对C3S水化没有显著的影响，另外BTC-3含有抗粘土保坍物质，具有一定的增大减水作用，酰胺类材料可以促进水泥早期水化，BTC-3提高了浆体的粘聚性，改善界面过渡区结构，使得水化胶凝结构更加致密，随着水化进行，水化产物的生成，后期的强度发展较快。
由图4可以看出，在16h时明显检测到硅酸三钙和氢氧化钙，有单硫型硫铝酸钙AFm，而Aft几乎没有发现。水化48h，在XRD图上硅酸三钙几乎消失，出现的较多是单硫型硫铝酸钙AFm和三硫型硫铝酸钙AFt，表明BTC-3能促进水泥石中微晶态的钙矾石生成。
4.结论
（1）BTC-3具有良好的保坍功能和提高混凝土粘聚效果，掺BTC-3同时降低水泥用量10%-15%，明显改善C30混凝土工作性，更容易获得均匀的混凝土结构。
（2）功能型外加剂BTC-3对混凝土具有增强作用，保持水胶比、砂率不变，掺功能型外加剂BTC-3混凝土的配合比水泥用量减少量可以在10%-15%之间，C30混凝土水泥用量150-200Kg，各龄期的强度与基准对照样品混凝土强度上下浮动1.0-2.0Mpa；
（3）功能型外加剂BTC-3中醇胺类物质起助磨分散作用，保坍抗粘土组分对混凝土浆体组分具有良好的增粘稳定作用，大量的氨基、醇胺类基团能促进水泥中的C3A等水化生成颗粒细小的AFt，通过混凝土结构均匀性提高以及凝胶材料进一步细化凝胶化，突出表现为对混凝土的增强作用。
参考文献
[1]吴中伟.绿色高性能混凝土与创新技术[J],建筑材料学报,1998,1:1-5.
[2]江朝华,蔡安兰,严生等.硅酸盐类水泥助磨剂的实验研究.硅酸盐通报,2001,1:10-13
[3]陶珍东,郑少华,吴波等.助磨剂对水泥性能的影响. 硅酸盐通报,2002,5:50-53
[4]马保国,许永和,董荣珍.三乙醇胺对水泥初始结构和力学性能的影响.建筑材料学报,2006,1:6-9
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