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低温建筑技术Jun.2023 No.300-建筑材料研究及应用DOI：10.13905/ki.dwjz.2023.6.019不同类型PCE对UHPC性能影响研究STUDY ON THE EFFECT OF DIFFERENT PCE TYPES ON THE PERFORMANCE OF STEAM FREEUHPC姜晓燕，陆波，胡淙淙（济南方圣混凝土构件有限公司，济南 250000）JIANG Xiaoyan,LU Bo,HU Zongzong（Jinan Fangsheng Concrete Component Co.,Ltd.,Jinan 250000,China）【摘要】为保证超高性能混凝土（UHPC）良好的早期强度，通常需要蒸养措施，然而蒸养成本较高，为提升免蒸养UHPC性能，通过制备聚羧酸减水剂（PCE）、早强型PCE和硅酸钙晶核PCE（CSH-PCE），研究对免蒸养UHPC拌和物和易性和UHPC力学性能的影响。结果表明掺入3种不同类型的PCE对UHPC坍落度的影响差异性并不明显，但掺入早强型PCE和CSH-PCE后会造成免蒸养UHPC坍落度1h经时损失明显下降，初凝时间缩短，早期力学性能明显提升，同时掺入早强型PCE造成了UHPC的28d抗压、抗折和劈裂抗拉强度的下降。文中研究为UHPC中不同类型PCE的开发和使用提供技术参考。【关键词】PCE；早期强度；免蒸养；UHPC【中图分类号】TU528.31【文献标志码】A【文章编号】1001-6864（2023）6-0082-04Abstract：Steam curing measures are usually required to ensure the good early strength of UHPC,but the cost ofsteam curing is high.To improve the performance of non-steam cured UHPC,the effects of three kinds of PCE onthe workability and mechanical properties of UHPC mixture without steam curing are studied by preparing standardPCE,hardening accelerating type PCE,and CSH-PCE.The results show that the influence of different types of PCEon the slump of UHPC is not obvious,whereas hardening accelerating type PCE and CSH-PCE cause the slump lossof UHPC in 1h to decrease significantly,the initial setting time to shorten,and the early mechanical properties to improve significantly.The incorporation of early-strength PCE results in the decrease of 28d compressive strength,flexural strength,and splitting tensile strength of UHPC.This paper provides a technical reference for the use of different types of PCE in UHPC.Key words：PCE;early strength;free of curing;UHPC0引言超高性能混凝土（UHPC）是一种强度高、韧性大，具有良好耐久性能的新型混凝土材料，又称为活性粉末混凝土，顾名思义，主要采用大量活性粉体材料与石英砂制备成的混凝土材料。为保证UHPC良好的早期强度，通常需要蒸养措施，然而蒸养成本较高，在目前我国双碳政策落地实施的大背景下，UHPC未来的发展必定趋于低碳化，因此解决蒸养措施产生的大量能源消耗是重要的研究方向，常温养护是解决这个问题的主要手段。目前，已有大量学者进行了UHPC的常温养护技术研究。Wille等1-3系统研究了在免蒸养条件下，通过调整UHPC中水泥、硅灰、纤维和砂子等原材料进行了多种配合比的研究，结果表明通过提高胶凝材料的密度、使用钢纤维、优化骨料的粒径和密度、掺入石英粉以及复配高性能外加剂等方法均能够实现UHPC早期强度的提升，获得性能优良的免蒸养UHPC。Wang等4采用常规材料，通过掺入尺寸不大于20mm的粗骨料和惰性石灰石粉制备了早期强度较高，28d抗压强度超过150MPa的UHPC。Alkaysi等5通过复配细砂提高细骨料的堆积密度来提高混凝土早期强度，并采用常温养护方式制备了28d抗压强度超过180MPa的UHPC。王冲6在采用常规材料的基础上，通过改进生产制备工艺制备了28d抗压强度超过150MPa的UHPC。周红梅等7通过复配消泡和保水功能性的外加剂组分，在常温养护条件制备了28d抗压强度超过200MPa的UHPC。罗彪8通过掺入速凝剂制备了早强度获得明显提升的UHPC。从研究可以看出，目前已经有大量研究从胶凝材料优化、掺入粗骨料复配、优化细骨料堆积密度、复配功能外加剂以及使用速凝剂等角度研究常温养护条件下的UHPC制备技术，但是较少发现不同类型早强PCE对UHPC性能的影响。基于此，文中通过合成PCE、早强型 PCE 和 CSH 晶核类 PCE，研究不同类型 PCE 对UHPC工作性能和不同龄期力学性能的影响。821试验研究1.1试验材料胶凝材料：胶凝材料包括水泥、粉煤灰、矿粉和硅灰，其中水泥为市售P O52.5硅酸盐水泥，粉煤灰为市售II级粉煤灰，矿粉为市售S95级矿粉，硅灰为市售活性硅粉，胶凝材料具体化学组分如表1所示，水泥强度指标如表2所示。砂为石英砂，包括细度模数为2.4的中砂和粒度小于0.315mm的超细砂。标准型聚羧酸减水剂（简称PCE）为自制，减水率30%，掺量2%。早强型聚羧酸减水剂（简称早强型PCE）为在PCE的基础上通过接枝聚合方式加入具有早强功能的基团，通过合成制备获得。CSH-PCE 为通过水热法合成制备 CSH 并采用PCE进行分散获得。1.2配合比及试验方法1.2.1外加剂制备方法（1）PCE合成方法。PCE的合成过程是以MPEG和甲基丙烯酸和单体，分别溶解后，采用自由基接枝共聚法制备获得溶液后，进行干燥，获得PCE粉体。（2）早强型PCE合成方法。在PCE合成方法的基础上，在反应中引入AMPS基团接枝，合成早强型PCE溶液，后进行干燥，获得早强型PCE粉体。（3）CSH-PCE 合成方法。在获得 PCE 的基础上，选择硅酸钠溶液和硝酸钙溶液作为原材料，其中CaO/SiO2摩尔比为1.5，采用共沉淀法合成CSH，粒子合成过程中，采用文中合成的PCE为分散剂，合成物经洗涤干燥，获得CSH-PCE。1.2.2UHPC配合比UHPC配合比如表3所示。其中，编号P为使用PCE外加剂，掺量为胶凝材料用量2%；编号ZP为掺入早强型聚羧酸减水剂，掺量为胶凝材料掺量2%，编号CP为掺入CSH-PCE外加剂，其中PCE有效掺量与编号P、编号ZP相同。1.2.3UHPC试验方法凝结时间的测定参考现行国家标准GB/T 50080普通混凝土拌合物性能试验方法标准 的相关规定，检测时将UHPC拌和物分装3个试样筒内，采用捣棒人工捣实，之后将它放置于2022室温条件下。凝结时间从混凝土加水搅拌时开始计时，采用贯入阻力法测定。坍落度及坍落度1h经时损失测试方法按现行国家标准GB/T 50080 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 的相关方法测定。力学性能包括抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度，测试方法均参考现行国家标准GB/T 50081 混凝土物理力学性能试验方法标准 的相关规定进行。其中抗压强度的测试尺寸为100mm100mm100mm，压力机压力加载速率为1.2MPa/s；抗折强度的测试尺寸为 100mm100mm400mm，压力加载加载速率为0.1MPa/s；劈 裂 抗 拉 强 度 的 测 试 尺 寸 为 100mm 100mm100mm，压力加载速率为0.1MPa/s。2结果分析掺入不同类型PCE制备的UHPC的坍落度及坍落度1h经时损失测量值、初凝时间、抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度数据如表4所示。表1胶凝材料的化学成分%物质组成水泥粉煤灰矿粉硅灰SiO228.9052.4836.0895.32Al2O36.4229.1214.520.12Fe2O33.255.431.280.48CaO54.125.4140.060.21MgO1.240.566.540.08Na2O0.190.180.070.20K2O0.270.830.650.26表2P O52.5强度指标水泥P O52.5抗折强度/MPa3d7.47d8.328d9.2抗压强度/MPa3d45.27d54.128d62.1表4掺入不同类型PCE的UHPC性能编号PZPCP坍落度/mm235234236坍落度1h经时损失/mm91215初凝时间/h7.74.22.8抗压强度/MPa12h16.834.843.23d69.378.485.77d97.795.898.728d128.6122.4130.2抗折强度/MPa3d10.913.816.57d18.917.519.828d23.821.523.2劈裂抗拉强度/MPa3d7.238.829.437d12.3111.4812.4328d14.7213.0514.85kg/m3UHPC配合比表3编号PZPCP水泥700700700粉煤灰175175175矿粉707070硅灰115115115石英砂/mm00.3151541541540.3152.36921921921钢纤维159159159水1901901902.1不同类型PCE对UHPC工作性能的影响图1、图2为掺入不同类型PCE制备的UHPC的坍落度值和坍落度1h经时损失值。从图 1 中结合表 4 可以看出，掺入 PCE、早强型PCE和CSH-PCE后，UHPC坍落度值差别不大，分别为235、234mm和236mm，这说明不同类型的PCE掺入后对UHPC的初始流动度影响不大。进一步分析掺入不同类型PCE制备的UHPC的83低温建筑技术Jun.2023 No.300-建筑材料研究及应用坍落度1h经时损失值，结合图2和表4可以看出，掺入PCE、早强型PCE和CSH-PCE后，UHPC的坍落度1h经时变化量逐渐增大。其中掺入PCE后UHPC的坍落 度 1h 经 时 损 失 为 9mm，但 是 掺 入 早 强 型 和CSH-PCE后，UHPC的坍落度1h经时损失分别达到了12mm和15mm，相比于掺入PCE的UHPC，其坍落度1h 经时损失明显增大，这说明掺入早强型 PCE 和CSH-PCE后，UHPC的保坍性能也出现了明显下降，且掺入CHS-PCE后，其坍落度损失更大。2.2不同类型PCE对UHPC凝结时间的影响如图3所示为不同类型PCE对免蒸养UHPC初凝时间的影响。从图3中可以看出，相比于掺入PCE的UHPC，掺入早强型PCE的UHPC和掺入CSH-PCE的UHPC 的 初 凝 时 间 出 现 了 明 显 的 下 降，且 掺 入CSH-PCE的UHPC的初凝时间明显短于掺入早强型PCE的UHPC。其中，掺入PCE的UHPC初凝时间为7.7h，掺入早强型PCE的UHPC初凝时间缩短到4.2h，掺入CSH-PCE后UHPC初凝时间进一步缩短到2.8h。2.3不同类型PCE对UHPC力学性能的影响如图4所示为不同类型PCE对免蒸养UHPC抗压强度的影响。从图4中可以看出，相比于掺入PCE的