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聚羧酸减水剂复配工艺对自密实
清水混凝土表观质量影响研究
黄柯宇1,陶铁军1,游聚刚2,徐跃生1,杨科1,张登钱2
(,贵州贵阳550025;,贵州贵阳550025)
摘要:针对自密实清水混凝土在制备过程中因受原材料、配合比和施工工艺等因素影响出现的表面气泡、色差及蜂窝麻面等表
面缺陷问题,将聚羧酸减水剂与不同比例的消泡剂和引气剂进行复配,制备了12组自密实清水混凝土,并开展聚羧酸减水剂引气方
式对比试验和表观质量检测。结果表明:采用“先消后引”的引气方式能先将混凝土中劣质气泡消除,再引入直径较小、均匀分布的气
泡,使混凝土的气泡质量达到最佳状态,从而提高混凝土的表观质量;%、%时,混凝土表面的
孔径分布和大小均为最佳状态。
关键词:自密实清水混凝土;聚羧酸减水剂;引气剂;消泡剂;复配工艺;表观质量
中图分类号::A文章编号:1001-702X(2022)06-0081-05
Effectofpolycarboxylatesuperplasticizercompoundingprocessonapparentqualityof
self-compactingfair-facedconcrete
HUANGKeyu1,TAOTiejun1,YOUJugang2,XUYuesheng1,YANGKe1,ZHANGDengqian2
(,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China;
.,Guiyang550025,China)
:
AbstractInviewofthesurfacedefectssuchassurfacebubbles,colordifferenceandhoneycombhempduetotheinfluence
ofrawmaterials,mixratioandconstructiontechnologyinthepreparationofself-compactingfair-facedconcrete,12groupsofself-
compactingfair-facedconcretewerepreparedbycompoundingpolycarboxylatesuperplasticizerwithdefoamerandair-entraininga-
gentindifferentproportions,andtheairentrainingmodecontrasttestandapparentqualitytestofpolycarboxylatesuperplasticizer
"firsteliminatingandthenintroducing"canfirsteliminate
theinferiorairbubblesintheconcrete,andthenintroducetheairbubbleswithsmalldiameteranduniformdistribution,soasto
%%,theporesizedistributionandsizeofconcretesurfacearethebest.
:
Keywordsself-compactingfair-facedconcrete,polycarboxylatesuperplasticizer,airentrainingagent,defoamer,compounding
process,apparentquality
引言资源、绿色环保且外观质量优异等特点,是一种装饰效果良好
0且便于施工的新型绿色混凝土,因此在越来越多的建筑工程
自密实清水混凝土兼具自密实混凝土和清水混凝土的优中得以应用[1-3]。自密实清水混凝土在制备过程中通常使用聚
点,不仅具有良好的流动性、填充性和抗离析性,还具有节约羧酸减水剂来改善其拌合物的和易性和工作性。然而,聚羧酸
减水剂大多具有引气性,这使得自密实清水混凝土需要克服
表面蜂窝麻面和色差等表观质量问题[4]
基金项目:国家自然科学基金地区科学基金项目(52064008);、。
针对上述问题,国内外学者通过研究取得了较好的成果
贵州省科技计划项目(黔科合支撑[2020]2Y036号);。
张雄等[5]研究了消泡剂引气剂和聚羧减水剂三者间的协同配
贵州省科技计划项目(黔科合支撑[2021]一般360)、
伍关系,结果表明,消泡剂可降低混凝土内部劣质气泡含量,
收稿日期:2021-11-24;修订日期:2022-05-17
并提高砂浆的强度,但会使其流动性降低;引气剂可降低消泡
作者简介:黄柯宇,男,1997年生,硕士研究生,E-mail:******@qq.
剂带来的负面影响,提高拌合物的工作性能孟亚锋等[6]自主
com。通讯作者:陶铁军,教授,博士生导师,E-mail:******@。。
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黄柯宇,等:聚羧酸减水剂复配工艺对自密实清水混凝土表观质量影响研究
设计了试件成型模具,用于表征自密实清水混凝土的清水效采用1200万像素数码相机对成型的150mm×150mm×
果,研究表明,砂率过大时容易产生大气泡,砂率过小时容易150mm自密实清水混凝土试块侧面进行图像采集,并随机选
形成小气泡,。黄快忠等[7]将不同比例的消泡取100mm×100mm的区域,根据孔洞大小和面积对自密实清
剂和引气剂与聚羧酸减水剂进行复配,研究得出,当消泡剂和水混凝土的表观质量进行分析,采用Image-
%%时,清水混凝土的表观质量件对图片进行处理,并获取混凝土试块的气孔分布[12]。
最佳。Lestari等[8]研究得出,
复合材料中引入的劣质气泡,并明显改善混凝土的力学性能。本试验自密实清水混凝土设计强度为C30,依据JGJ/T
田艳华[9]进行了消泡剂对混凝土性能影响的试验研究,结果表283—2012《自密实混凝土应用技术规程》中体积法设计自密
明,消泡剂与聚羧酸减水剂复配不但消除了混凝土中多余的实清水混凝土的配合比,通过调节水胶比和砂率,并将减水剂
大气泡,同时减少了减水剂中的含气量,%,最后得出符合自密实清
程度和孔隙结构,提高了混凝土的强度。水混凝土各项要求的配合比,基准配合比如表3所示。
上述研究表明,聚羧酸减水剂与引气剂和消泡剂的复配表3自密实清水混凝土的基准配合比
使用,能够在引入分布均匀、泡径较小的良性气泡的同时,消材料用量(/kg/m3)减水剂砂率
水胶比
除混凝土中泡径不良、泡径偏大的劣质气泡,以提高混凝土的水泥粉煤灰石砂水/%/%
工作性能和力学性能[10-11]鉴于此,本文首先通过聚羧酸减水
。
剂不同引气方式的对比试验,得出了表观质量最佳的引气方
式,再深入研究了不同掺量的消泡剂与引气剂在自密实清水结果与讨论
混凝土中的相互作用,并系统考察了消泡剂与引气剂的相互2
作用对自密实清水混凝土表观质量的影响规律,
在相关工程中的应用提供参考。影响
试验自密实清水混凝土的表观质量与其内部气泡有着不可分
1割的关系,然而在混凝土结构中,并不是所有的气泡都是有益
,泡径尺寸较大并且不均匀、不稳定的气泡通常被认定为有
水泥:贵州麟山P·,符合GB/T175—2007《通害气泡;相对的,内部构造稳定、分布均匀且泡径在10~100
用硅酸盐水泥》的要求,主要技术性能见表1。μm的气泡被认定为有益气泡。聚羧酸减水剂中引气方式通
表1水泥的主要技术性能常采用直接消泡法、直接引气法和先消后引3种方式,为探究
比表标准稠凝结时间安定性抗折强度抗压强度聚羧酸减水剂引气方式对自密实清水混凝土表观质量的影
密度
面积度用水/min雷氏夹法/MPa/MPa
(3)响,分别对这种引气方式进行表观质量对比试验,并选择最
/g/m(2)量3
/m/kg/%初凝终凝/mm3d28d3d28d
优引气方式来进行后续试验[13]。
,将消泡剂与引气剂掺量取厂家推荐的最低
粉煤灰:贵州华电塘寨发电有限公司,F类Ⅱ级,%、%,其中“直接消泡”法和“直接引气”
术性能见表2。法是将消泡剂和引气剂分别与聚羧酸减水剂直接进行复配,
表2粉煤灰的主要技术性能而“先消后引”法需先将消泡剂与聚羧酸减水剂进行复配,待
细度(筛筛余)烧失量含水量需水量比
45μm/%/%/%/%两者混合并放置15min后,再加入引气剂进行二次复配。
Ⅱ
骨料:采用涟江源河砂,,区;采用涟江源编号B1B2B3B4
粒型较好且级配合格的5~20mm石子。消泡剂掺量/%
减水剂:采用对混凝土自身颜色明度影响较小且性能较引气剂掺量/%
好的聚羧酸减水剂,固含量为30%,减水率为35%;引气剂:不同引气方式对混凝土表观质量的影响如图1所示。
德固赛聚醚类,外观澄清,黄色;消泡剂:日本竹本油脂,透明由图1可见,直接消泡法会大量增加混凝土表面大气孔
状液体。的数量,这主要是因为消泡剂的加入降低了混凝土的含气量,
,降低了混凝土拌合物
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黄柯宇,等:聚羧酸减水剂复配工艺对自密实清水混凝土表观质量影响研究
图1不同引气方式对混凝土表观质量的影响
的流动性,导致混凝土表面有大量大气孔的出现。直接引气法关,其中包括混凝土的配合比、振捣过程、外加剂掺量、模具类
可以减少混凝土表面的大气孔数量,但是会使混凝土表面的型、脱模剂性能以及施工过程等,是一个非常复杂的过程。为
小气孔数量增加,这主要是由于引气剂的加入虽然提高了混研究自密实清水混凝土最佳表观质量时的消泡剂和引气剂掺
凝土拌合物的工作性能,但也增大了混凝土拌合物中的含气量,本文依据正交试验设计思路,固定其他条件不变,设计了
量,使得混凝土表面出现大量小气孔。先消后引法明显降低了12组不同消泡剂和引气剂掺量的配合比,如表5所示。通过
混凝土表面的气孔数量,并且可以提高混凝土的工作性能,同Image-pro-
时保证了混凝土的后期强度。先消后引法既克服了直接消泡灰度处理,并定性分析消泡剂和引气剂掺量对自密实清水混
法所带来的混凝土工作性下降的问题,也很好地解决了直接凝土表观质量的影响。12组自密实清水混凝土的表面情况如
引气法对混凝土后期强度的损失问题,且明显改善了混凝土图2所示。
的表观质量。表5不同消泡剂和引气剂掺量设计%
综上,聚羧酸减水剂复配工艺中引气方式对硬化后混凝编号消泡剂掺量引气剂掺量编号消泡剂掺量引气剂掺量
土的表观质量有明显影响,采用先消后引的引气方式能先
“”1##
将混凝土中的劣质气泡消除,再引入气泡直径较小、均匀分布2##
的气泡,使得混凝土的气泡质量达到最佳状态,从而提高混凝3##
##
土的表观质量[14]。
##
自密实清水混凝土表面气孔的形成与许多影响因素有6##
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黄柯宇,等:聚羧酸减水剂复配工艺对自密实清水混凝土表观质量影响研究
图2不同消泡剂和引气剂掺量的自密实清水混凝土表面
由图2可以看出,在消泡剂掺量较少的1#~3#试样,随着
引气剂掺量的增加,表面孔洞的数量和面积明显增大,并且在
引气剂掺量最多的3#试样中出现了大气孔,这说明在低掺量
消泡剂的情况下,表面气孔主要是由引气剂引入的大量气泡
产生的。对于7#~8#试样,%时,混凝土的
表面气孔数量随着引气剂的增加其变化幅度明显下降,这是
因为这时消泡剂和引气剂掺量比例使混凝土的含气量与流动
性达到了均衡水平的阶段,并且表面比较光滑。对于11#试
样,%时,混凝土表面又出现了大气孔,
其主要原因是在消泡剂掺量过多时,将引气剂引入的大量微图4不同消泡剂和引气剂掺量的自密实清水混凝土表面
小气泡消除,降低了混凝土的流动性,从而使混凝土的塑性黏大于2mm孔洞的个数
度增大,气泡在混凝土中的移动受到了阻碍,降低了气泡破裂或者过少的掺量时。这是因为在低掺量消泡剂作用下,引气剂
与排出的可能性,所以混凝土表面会出现尺寸较大及形状不会直接影响混凝土表面孔洞大小,导致表面大气孔较多;而当
规则的气孔。消泡剂掺量过高时,混凝土表观受消泡剂作用影响较大,导致
为了进一步对自密实清水混凝土表面质量进行定量分混凝土的流动性降低,表面小气孔增多。所以只有当消泡剂和
析,采用Image-pro-,自密实清水混凝土的表
进行图像处理,主要通过4个步骤:采集图像→灰度处理→孔观质量才能达到最好。
洞大小和面积分析→数值处理。12组试样中直径大于2mm制备过程中出现的问题及解决措施
的孔洞面积比(自密实清水混凝土表面孔洞面积占总面积的3
百分比)以及不同尺寸孔洞数量如图3、图4所示。(1)在制备自密实清水混凝土过程中,加入复配后的聚羧
由图3、图4可见,3#试样的孔洞面积比最大,8#试样的酸减水剂后混凝土拌合物和易性不佳,出现质量不稳定、泌水
孔洞面积最小,并且直径较大的气孔大多出现在消泡剂过多离析等现象。这主要是由于自密实清水混凝土对工作性能要
求高,若外加剂掺量不足,有可能会造成新拌混凝土黏稠,若
外加剂掺量稍微过多,也很有可能造成混凝土拌合物的泌水
离析,所以混凝土外加剂掺量的改变容易造成混凝土拌合物
工作性能的不稳定[15]。目前解决这项问题的通常做法是改变
聚羧酸分子的结构,通过侧链来提高劣质原材料中聚羧酸分
子的减水率,从而保证混凝土拌合物的工作稳定性。
(2)在聚羧酸减水剂实际应用过程中,常出现聚羧酸减水
剂变臭发黑等霉变问题,从而影响混凝土的表观质量。产生这
图3不同消泡剂和引气剂掺量的自密实清水混凝土表面一现象主要是因为聚羧酸减水剂自身呈弱酸性,相比其它种类
孔洞面积比减水剂更适宜微生物的繁衍,尤其在有阳光直射且周围环境
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黄柯宇,等:聚羧酸减水剂复配工艺对自密实清水混凝土表观质量影响研究
温度较高时,聚羧酸减水剂的霉变会更加显著。解决这一问题技术综述[J].混凝土与水泥制品,2017(4):27-31.
的主要措施就是加入防腐剂,但不能选择对人体和周围环境[5]张雄,刘恒,张恒,[J].建
有害的防腐剂,也不能选择影响聚羧酸分子结构的防腐剂[16]。筑材料学报,2019,22(6):957-962.
(3)除了上述影响因素,自密实清水混凝土的配合比对其[6]孟亚锋,张宇星,沈卫国,
表观质量的影响也同样重要。自密实清水混凝土配合比不仅研究[J].硅酸盐通报,2019,38(8):2683-2687.
要满足工作性能与力学性能的要求,最重要是对其表观质量[7]黄快忠,龚明子,陈茜,
的影响。配合比主要包括水胶比、胶凝材料、用水量和砂率等表观形貌的影响[J].混凝土,2014(1):111-113,120.
参数,其中胶凝材料用量如果过大,会导致混凝土振捣后温升[8]LESTARIY,BAHRIS,SUGIARTIE,
过大和浮浆过厚而开裂;用水量过大则会造成泌水离析,从而dispersantsincompressivestrengthofcarbonfibercementitious
导致色差和水纹水线等表观缺陷;砂率过高会产生毛细裂缝,composites[C]//ProceedingsofAIPInternationalConferenceon
砂率过低会造成花斑纹和表面泌水[17]。TheoreticalandAppliedPhysics(LCTAP2012).Indonesia:Cen-
总之,混凝土原材料、配合比设计、拌合物性能和施工工tralofKalimantan,2013:67-69.
艺控制环环相扣,只有实现对每一项流程进行严格的质量把[9][J].科技创
控,才能保证自密实清水混凝土具有良好的表观质量,并制备新导报,2009(26):95.
出优良的自密清水混凝土。[10]ATAHANHN,CARLOSC,CHAES,
结论entrainedairvoidsinhardenedcementpastegeneratedwith
4
differentanionicsurfactants[J].Cement&ConcreteComposites,
(1)采用“先消后引”的引气方式能先将混凝土中劣质气2008,30(7):566-575.
泡消除,再引入气泡直径较小、均匀分布的气泡,使得混凝土[11]SIVAM,RAMAMURTHYK,
的气泡质量达到最佳状态,从而提高混凝土的表观质量。admixturesforenhancingthefoamingcharacteristicsofsodium
(2)%时,混凝土的表观性能主要laurylsulphate[J].Cement&ConcreteComposites,2015,57:
受引气剂影响较大,%时,混凝土的表133-141.
观性能受消泡剂影响较大。[12]张雄,黄廷皓,张永娟,-ProPlus混凝土孔结构图像分
(3)聚羧酸减水剂、消泡剂、引气剂三元体系的优化调配,析方法[J].建筑材料学报,2015,18(1):177-182.
可以在保证混凝土自密实性能的同时,对混凝土的孔径分布[13][D].石家庄:石家庄
和大小进行优化,%、引气剂掺量为铁道大学,2015.
%时,混凝土表面的孔径分布和大小均达到最佳状态。[14]郝刚“.先消后引”工艺控制聚羧酸减水剂气泡质量的试验研究
[J].建材技术与应用,2007(1):7-8.
参考文献:[15]刘国栋,关志梅,
[1][D].杭州:浙江混凝土性能的影响及有效对策[J].商品混凝土,2008(3):15-18.
工业大学,2012.[16]马保国,李高明,李相国,
[2][J].粉合效应研究[J].武汉理工大学学报,2011,33(1):52-55.
煤灰,2015,27(4):37-39.[17]牟廷敏,丁庆军,黄修林,
[3][D].重庆:的影响[J].混凝土,2015(2):104-106.
重庆交通大学,2008.■
[4]吴德通,庞超明,尉洪利,
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