聚羧酸減水劑在管片混凝土中應(yīng)用研究

王香港， 王玉策

（1.蘇州市興邦化學(xué)建材有限公司 蘇州 215155；2.中鐵二十三局無錫分公司 無錫 214400）

0 前言

隨著城市化建設(shè)的快速發(fā)展，道路交通建設(shè)顯得尤為重要。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的繁榮離不開信息的傳遞，更離不開交通行業(yè)發(fā)展帶來的便捷。地鐵隧道工程是城市交通發(fā)展到一定階段的標(biāo)志。地鐵隧道所使用的管片是高性能混凝土預(yù)制品，混凝土由高性能聚羧酸減水劑調(diào)節(jié)后，拌制出滿足生產(chǎn)工藝要求的混凝土，經(jīng)振動(dòng)成型、收光抹面、蒸養(yǎng)、脫模水養(yǎng)（28d）之后投入使用。目前，管片生產(chǎn)廠家都采用生產(chǎn)效率比較高的流水線，提高模具的周轉(zhuǎn)率，降低生產(chǎn)成本。那么，對(duì)減水劑的要求就比較高，特別是要求具有早強(qiáng)性能。對(duì)此工藝要求，本文經(jīng)過相關(guān)試驗(yàn)做出了適合管片生產(chǎn)要求的高性能聚羧酸減水劑。

1 工程概況

無錫市軌道交通一、二號(hào)線工程盾構(gòu)區(qū)間單線隧道長(zhǎng)約72km，管片總環(huán)數(shù)約60000環(huán)。1號(hào)線為南北向交通骨干線，北起堰橋，南至雪浪，2號(hào)線為東西向交通骨干線，西起梅園，東至安鎮(zhèn)，公司承攬約20000環(huán)地鐵管片生產(chǎn)，鋼筋混凝土管片內(nèi)徑為5.5m，外徑為6.2m，環(huán)寬1.2m，厚度為0.35m。鋼筋混凝土管片供應(yīng)時(shí)間從2010年5月至2013年10月，共42個(gè)月。

2 試驗(yàn)研究

2.1 原材料和試驗(yàn)儀器

（1）采用海螺P·Ⅱ52.5級(jí)水泥，比表面積為359m2/kg。其他檢測(cè)結(jié)果見表1。

（2）集料

細(xì)集料采用Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量0.4%；粗集料采用碎石，5～25mm的連續(xù)粒級(jí)顆粒級(jí)配，其中70%為16mm以上的碎石，含泥量0.3%。

（3）粉煤灰

采用江蘇利港電廠的Ⅰ級(jí)灰，燒失量0.87%，細(xì)度7.0%。

（4）減水劑

采用蘇州市興邦化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)的PC3018早強(qiáng)型聚羧酸高性能減水劑，國(guó)內(nèi)著名廠家早強(qiáng)型聚羧酸減水劑A型，國(guó)際知名聚羧酸高性能減水劑B、C（適用于管片生產(chǎn)）。

（5）試驗(yàn)儀器

表1 水泥檢測(cè)結(jié)果

HJW-60型混凝土臥式攪拌機(jī)，無錫市錫威儀器機(jī)械廠；

LC-615A型日本三洋混凝土含氣量測(cè)定儀，上海勞瑞儀器設(shè)備有限公司；

混凝土貫入阻力儀，無錫建儀儀器機(jī)械有限公司。

2.2 試驗(yàn)方法

參照GB8076-2008，對(duì)所使用的減水劑進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)，對(duì)比其減水率、含氣量等指標(biāo)；然后進(jìn)行早強(qiáng)性能對(duì)比，進(jìn)行復(fù)配；再通過混凝土蒸養(yǎng)對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證；最后進(jìn)行試生產(chǎn)的驗(yàn)證。

蒸養(yǎng)制度：40℃～50℃，蒸養(yǎng)3.5小時(shí)。蒸養(yǎng)之前進(jìn)行不少于三次抹面。

2.3 試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)

2.3.1 水泥適應(yīng)性

減水劑對(duì)水泥的適應(yīng)性能的優(yōu)劣，直接影響到其使用功能。要判定PC3018對(duì)水泥的適應(yīng)程度，采用水泥凈漿流動(dòng)度來進(jìn)行驗(yàn)證，這也是比較公認(rèn)的方法。

表2 減水劑水泥適應(yīng)性

從表2可以看出，PC3018的水泥適應(yīng)性能很好，與其他三種減水劑相比，在對(duì)水泥的適應(yīng)性能上沒有大的區(qū)別，說明PC3018對(duì)水泥適應(yīng)性能較好。

2.3.2 減水劑基礎(chǔ)性能對(duì)比

參照GB8076-2008對(duì)聚羧酸高性能減水劑的要求，按照其檢測(cè)要求，對(duì)減水率，含氣量等進(jìn)行檢測(cè)。

表3 減水劑混凝土基本性能對(duì)比

從表3和圖1可以看出，PC3018減水率和標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度與B型減水劑都比較接近。唯一最大的區(qū)別是含氣量，PC3018含氣量高。其他兩種減水劑的含氣量與PC3018相接近，標(biāo)養(yǎng)下，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢。聚羧酸高性能減水劑由于其合成工藝的特性，造成聚羧酸減水劑是引氣型減水劑，一般含氣量在3%～5%之間，GB8076-2008規(guī)定含氣量≤6%。說明聚羧酸高性能減水劑必須經(jīng)過消泡處理才能滿足有特殊要求的預(yù)制品生產(chǎn)工藝。A-型減水劑，含氣量低于常規(guī)聚羧酸減水劑，是經(jīng)過消泡工藝處理的。目前，通過合成控制聚羧酸減水劑含氣量低于2%的還未曾出現(xiàn)。根據(jù)表3，必須對(duì)PC3018進(jìn)行消泡處理。

2.3.3 早強(qiáng)性能對(duì)比

管片生產(chǎn)要求，在兩小時(shí)內(nèi)模具要進(jìn)入蒸養(yǎng)房，否則會(huì)影響生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本。那么，兩小時(shí)進(jìn)入蒸養(yǎng)房要求混凝土能較快凝結(jié)，產(chǎn)生一定的強(qiáng)度。

管片生產(chǎn)有預(yù)養(yǎng)期，一般指地鐵管片澆灌成型后到加熱升溫前這一段靜停放置時(shí)間。預(yù)養(yǎng)階段的作用在于提高水泥在熱養(yǎng)護(hù)開始以前的水化程度，使混凝土具有必要的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以增強(qiáng)混凝土對(duì)升溫期結(jié)構(gòu)破壞的抵御力?；炷林破奉A(yù)養(yǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越大，混凝土蒸養(yǎng)后，制品內(nèi)部損傷就越小。但是預(yù)養(yǎng)期不能過長(zhǎng)，否則會(huì)影響生產(chǎn)周期，降低模具的周轉(zhuǎn)率。這里就存在一個(gè)最佳預(yù)養(yǎng)期問題，著名混凝土專家吳中偉教授指出，最佳預(yù)養(yǎng)期為混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.39～0.49MPa 時(shí)所需的時(shí)間[1]。因此混凝土要求快速凝結(jié)，所使用的減水劑早強(qiáng)性能較好。對(duì)兩種減水劑早強(qiáng)性能的對(duì)比結(jié)果見表4。

表4 PC3018早強(qiáng)性能檢測(cè)

從圖2可以看出，在同等試驗(yàn)條件下，PC3018的早強(qiáng)效果與B型很接近，初凝時(shí)間只晚13分鐘，終凝時(shí)間相接近。其他兩種相對(duì)較差。

2.3.4 PC3018消泡和結(jié)果驗(yàn)證

通過上述實(shí)驗(yàn)，可以知道PC3018在管片生產(chǎn)的使用上還不能完全滿足生產(chǎn)工藝的要求，需要進(jìn)行消泡方面的改進(jìn)。

降低減水劑的含氣量，要選用消泡效果較好的消泡劑，要求消泡劑不影響減水劑的性能，不能明顯降低其減水率，改變混凝土拌合物的和易性能。選擇合適的消泡劑首先要考慮與減水劑相容性問題，如不相容，會(huì)造成混合不均勻產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，影響生產(chǎn)；其次是摻量，消泡劑摻量小，起不到消泡作用；摻量大，會(huì)產(chǎn)生泌水，影響正常生產(chǎn)使用。目前，市場(chǎng)上的消泡劑大致分為三類：一是有機(jī)硅類；二是聚醚類；三是高碳醇類。三種消泡劑各有優(yōu)劣，此次選用有機(jī)硅類消泡劑，是經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，判定適用于PC3018，摻量為0.05%，PC3018含氣量1.8%。其早強(qiáng)性能對(duì)比見表5。

表5 PC3018早強(qiáng)性能檢測(cè)

從表5可以明顯看出，改性之后，PC3018在8h、10h、12h、24h強(qiáng)度上有比較明顯的提高，非常接近A-型減水劑的性能。凝結(jié)時(shí)間上，初凝縮短約20min，保證凝結(jié)的快速進(jìn)行。從標(biāo)養(yǎng)條件下的強(qiáng)度來看，完全可以滿足管片生產(chǎn)的需要，最終還要經(jīng)過蒸養(yǎng)驗(yàn)證，以確保實(shí)際生產(chǎn)與試驗(yàn)結(jié)果的一致性。

表6 蒸養(yǎng)試驗(yàn)對(duì)比

從表6可以看出，脫模強(qiáng)度可以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的55%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

（1）通過試驗(yàn)對(duì)比，摸索出一套檢測(cè)減水劑早強(qiáng)性能的試驗(yàn)方法；

（2）確定消泡劑摻量0.05%、脫模強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的55%，遠(yuǎn)高于40%的設(shè)計(jì)脫模強(qiáng)度；

（3）配制出和易性能較好的混凝土拌合料，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，降低成本。

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