混凝土复合型防腐剂的研制与性能研究

随着混凝土结构的日趋复杂,建筑的高层化和大型化,人们对混凝土材料提出了许多新的要求,如降低水化热、大流动性、高强度及耐久性等技术要求,以及尽可能节约资源、降低成本与快速施工等经济要求。大量的试验和工程实践表明,将外加剂作为第五组分掺入混凝土中是使混凝土获得优良性能、满足不同要求的有效途径[1]。在使用外加剂的工程实践中,人们已逐渐认识到了使用单一品种或单一组分外加剂的局限性[2]。因此,本文尝试将各单品种或单组分的外加剂进行复合,研制出了一种有机与无机复合的新型混凝土外加剂,即JK-8 复合防腐剂。试验研究表明,JK-8 复合防腐剂可显著改善混凝土的性能,如增大混凝土坍落度、减少坍落度损失、提高混凝土早期强度,特别是增强混凝土抗渗透和抗硫酸盐侵蚀等综合耐久性能。

1 复合防腐剂的制备
1.1 试验方案设计
经过前期大量试验研究,并借鉴国内外的先进技术经验,改变传统外加剂只能改善混凝土某一性能的配制思路,从外加剂“组成-结构-功能”的关系出发[3],采用先进复合技术,制备出一种多功能复合外加剂———JK-8 复合防腐剂。主要从提高混凝土本身密实度、强度、减少缺陷、增强自身抗腐蚀能力和添加化学阻锈组分及防止有害介质侵入两方面入手来研制复合防腐剂。

1.2 JK-8 复合防腐剂的制备
根据试验方案的设计,JK-8 复合防腐剂选择以减水及增强组分、引气组分、阴极型钢筋阻锈组分、密实组分等作为主要原材料,各组分掺量见表1。将各组分粉料按配比在螺旋式粉料混合机中混合均匀,包装后即制成JK-8 复合防腐剂。
表1 JK-8 复合防腐剂各组分掺量

1.3 主要性能指标
JK-8 复合防腐剂与国内同类产品T-2 的性能对比见表2。

注:K1 按GB/T 749—2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》测试,K1>0.8 为抗腐蚀性能合格。

2 复合防腐剂对混凝土性能的影响
2.1 试验原材料及试验方法
水泥:昆钢集团有限公司生产的P·O42.5 普通硅酸盐水泥;粉煤灰:阳宗海电厂Ⅱ级粉煤灰;砂:云南元谋生产的河砂,Ⅱ区中砂,细度模数2.5;碎石:昆明西山石料厂生产的碎石,5~20 mm 连续级配;减水剂:昆明超浩建材公司生产萘系减水剂;T-1 型外加剂、T-2 型外加剂;JK-8 复合防腐剂;拌合水:自来水。混凝土配比见表3。

按表3 的配比搅拌成型,混凝土搅拌成型及拌和物性能测试依据GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB 8076—2008《混凝土外加剂》的相关方法进行。试件成型静置1 d 后脱模,放入湿度大于95%,温度为(20±2)℃的标准养护室进行养护,至规定龄期开展相关性能测试。抗压强度试件尺寸100 mm×100 mm×100 mm,标准养护至龄期,参照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》,在压力试验机上进行力学性能试验。参照GBJ 82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行混凝土冻融循环试验和抗渗性测试(水压2.0 MPa)。参照GB/T 749—2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》,测试样品的抗SO42-腐蚀系数K1。参照美国ASTM C 1012—2004 标准进行混凝土的腐蚀性试验和抗SO42-干湿循环试验,测试抗蚀系数K2、K3。复合腐蚀溶液的配制:SO42-含量=20 250 mg/L,Mg2+含量=3546.7mg/L,Cl-含量=10 493 mg/L。混凝土抗腐蚀试验条件为:将标养28 d 的混凝土试件分别浸泡在常温的复合腐蚀溶液中和水中,100 d 后测试混凝土试件的抗压强度,混凝土的抗腐蚀系数K2 根据试件在溶液中的抗压强度与在水中的相同龄期抗压强度之比求出。抗干湿循环性试验条件为(参照美国ASTM C 1012):在进行干湿循环前,先将标养28 d 的试件在溶液中浸泡4 d,然后进行快速干湿循环(溶液中常温浸泡46h,100 ℃烘箱中烘干2 h 为1 个循环),抗腐蚀系数K3 根据试件循环100 次后的强度与在水中相同龄期的抗压强度之比求出。
2.2 复合防腐剂对混凝土工作性能的影响
从表3 可以看出,在水泥、砂、石用量相同的情况下,达到相同坍落度时基准混凝土需水量远大于掺T-1、T-2 和JK-8外加剂的混凝土。研制的JK-8 复合防腐剂具有较好的减水效果,主要是由于其中的高效减水组分和引气组分降低了混凝土用水量、增大流动度、减小泌水,提高混凝土工作性能。

2.3 复合防腐剂对混凝土强度的影响(见图1)

图1 复合防腐剂对混凝土抗压强度的影响
由图1 可以看出,在单方水泥用量相同时,掺JK-8 复合防腐剂的混凝土28 d 抗压强度都大于其它类型混凝土。这是因为,基准混凝土要达到相同坍落度时需水量更大,导致水胶比相应增大,其强度比掺外加剂的混凝土低很多。如单方水泥用量324 kg,砂、石、水、粉煤灰单方用量都相同时,基准混凝土强度仅为37.2 MPa,而掺T-1、T-2 和JK-8 外加剂的混凝土强度分别为53.3、50.2 和55.4 MPa,其中掺JK-8 复合防腐剂的混凝土强度最高。JK-8 复合防腐剂具有良好强度效应的主要原因在于:一方面其中含有的减水增强组分,减小了水泥石中的粗大孔隙,增加密实度,同时改善水泥石与集料界面过渡层的结构;另一方面,所含的密实组分可优化混凝土中大小颗粒级配,使混凝土结构更加密实,从而也提高了混凝土的强度。

2.4 复合防腐剂对混凝土耐腐蚀性能的影响(见图2)

图2 复合防腐剂对混凝土抗腐蚀性能的影响
从图2 可以看出,对于混凝土的抗腐蚀系数K2 和K3,在单方水泥用量一定情况下,加入JK-8 复合防腐剂的混凝土明显优于其它类型混凝土,除水泥用量较少的第1 组(单方水泥用量270 kg)外,抗腐蚀系数K2 和K3 都大于0.9,而其它类型混凝土抗腐蚀系数K2 和K3 均低于掺JK-8 复合防腐剂的混凝土。对于胶凝材料用量较低的混凝土,JK-8 复合防腐剂提高混凝土抗腐蚀性能的效果更加明显,如水泥单方量为270 kg 时,基准混凝土的抗腐蚀系数K2、K3 分别仅为0.44 和0.27;而掺2%JK-8 复合防腐剂后,混凝土的抗腐蚀系数K2、K3 增加到0.89 和0.82;掺T-1、T-2 型外加剂的混凝土抗腐蚀系数在0.7 以下。JK-8 复合防腐剂能显著提高混凝土抗腐蚀性能的主要原因在于:(1)制备复合外加剂中有抗腐蚀组分,能有效提高混凝土抗腐蚀性能;(2)其中的引气和密实组分可提高混凝土强度和水泥石的密实程度,可减少腐蚀介质的侵入途径和增强混凝土自身的抵抗侵蚀的能力;(3)引气组分引入的大量微小气泡可以缓冲或抵消水结冰体积膨胀造成的静水压力和冰水蒸汽压差及盐浓度造成的渗透压,大幅提高混凝土的抗冻性能,同时引入的大量封闭孔还可以减少毛细孔吸水、降低混凝土的渗透性;多组分复掺,可发挥各组分的“优势”,产生“超叠效应”,大大提高了混凝土的综合抗腐蚀性能。

3 结语
(1)通过大量试验研究,制备了一种新型多功能混凝土外加剂———JK-8 复合防腐剂,其各项技术指标良好。
(2)对比基准混凝土和掺T-1、T-2 型外加剂混凝土,加入适量的JK-8 复合防腐剂不仅能增加混凝土拌合物流动性、改善保水性和粘聚性、提高其工作性能,同时,还可改善水泥浆体的毛细孔结构,提高混凝土的力学性能和抗渗透、抗硫酸盐侵蚀等综合耐久性能。

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