早強(qiáng)型聚羧酸減水劑在PHC 管樁中的應(yīng)用研究

袁榮輝 徐春紅

（廣東博眾建材科技發(fā)展有限公司）

0 引言

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，國家對建筑業(yè)的投入逐年加大，建筑行業(yè)得到空前的發(fā)展。PHC 管樁是近年來發(fā)展較快、應(yīng)用較廣泛的一種高強(qiáng)混凝土制品，具有強(qiáng)度等級高、承載力大、抗沖擊性能好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、鐵路、公路、橋梁、港口、碼頭、市政及大型設(shè)備基礎(chǔ)工程[1-3]。目前，PHC 管樁制作工藝中，普遍采用“合模后置式布料工藝”，這種工藝需要6 至8 人從事抹平和清理上下模貼合處混凝土的工序，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，并且管樁業(yè)招工越來越困難，人工投入成本高[4,5]。管樁布料系統(tǒng)用機(jī)械產(chǎn)品替代人工布料，達(dá)到減少勞動力，降低成本，提高產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)目標(biāo)。管樁行業(yè)引入泵送混凝土進(jìn)行閉模喂料生產(chǎn)技術(shù)，可大幅減少管樁生產(chǎn)臺前的用工數(shù)量及勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。為了配合混凝土泵送工藝，PHC 管樁混凝土必須具有較好的流動性和保坍性能。而傳統(tǒng)的工藝中，在管樁制作過程成普遍采用坍落度為30mm～50mm 的塑性混凝土。萘系減水劑具有減水率較高、與不同水泥的適應(yīng)性好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以在管樁幾十年的發(fā)展歷程中，一直占據(jù)管樁用外加劑的主導(dǎo)地位[6]。隨著管樁自動化泵送工藝的發(fā)展，需要配制出流動性好、黏聚性好及保坍性好的大流動性混凝土，萘系減水劑存在黏聚性不好、保坍性能差的缺點(diǎn)，不適用于大流態(tài)混凝土的自動化泵送工藝。聚羧酸減水劑因具有含氣量低、高減水、高保坍、黏聚性好、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而逐步取代萘系，廣泛應(yīng)用于PHC 管樁中。

針對PHC 管樁混凝土泵送工藝對混凝土性能的要求，我公司選用較長側(cè)鏈的聚醚大單體（HPEG4000），利用水溶性自由基聚合反應(yīng)，將酰胺、磺酸基等具有早強(qiáng)功能的活性單體引入減水劑分子結(jié)構(gòu)中，合成一種含氣量低、減水率高、具有降粘性能、早期強(qiáng)度高的早強(qiáng)型聚羧酸減水劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

甲基烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG，相對分子質(zhì)量約4000），工業(yè)級，佳化化學(xué)有限公司；丙烯酸（AA），工業(yè)級，江蘇裕廊；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）；巰基乙醇，工業(yè)級，南京棋成；抗壞血酸（Vc），工業(yè)級，石藥集團(tuán)；27.5%過氧化氫及32%氫氧化鈉均為工業(yè)級。

1.2 測試原材料

水泥：海螺水泥P·II52.5R，廣東英德海螺水泥有限責(zé)任公司；

磨細(xì)砂：比表面積4200cm2/g；

砂：機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)2.9；

石：碎石，5mm～25mm 連續(xù)級配；

減水劑：聚羧酸減水劑，濃度20%。

1.3 合成實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用水溶性自由基聚合。反應(yīng)的具體步驟為：先將部分水和甲基烯丙基聚氧乙烯醚大單體加入到四口燒瓶中，加溫，快速攪拌，待大單體全部溶解，并且溫度穩(wěn)定在35℃時，加入過氧化氫，攪拌3min，然后將丙烯酸和-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的混合水溶液、巰基乙醇和抗壞血酸的混合水溶液分別均勻滴加至四口燒瓶中，滴加時間為3 小時，滴加完畢后繼續(xù)保溫1.5 小時。用32%氫氧化鈉水溶液中和至pH 為5.0～7.0，加水調(diào)節(jié)固含量至40%，得到所需早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PZQ母液。

1.4 性能測試

水泥凈漿流動度測試：參照GB/T 8077－2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中規(guī)定的混凝土外加劑對水泥的適應(yīng)性檢測方法進(jìn)行測定。

混凝土拌合物坍落度，擴(kuò)展度測試：參照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》GB/T50080－2011 進(jìn)行。混凝土配合比見表1。

表1 混凝土配合比

混凝土的粘度情況評價：參照J(rèn)GJ281－2012《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行拌合物性能的測試，利用倒坍落度桶測試新拌混凝土的排空時間。

按照GB13476－2009《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》的要求進(jìn)行試驗(yàn)，其中管樁混凝土抗壓測試試樣尺寸為100mm×100mm×100mm。管樁混凝土蒸養(yǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)采用將成型好的試塊在室溫（20±5）℃下靜停養(yǎng)護(hù)30min，后在蒸養(yǎng)池（80℃）中蒸養(yǎng)5h，取出試塊放在空氣中放置使之冷卻，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試；蒸壓強(qiáng)度測試采用將蒸養(yǎng)后的試塊置于蒸壓釜中（180℃，1MPa）蒸壓養(yǎng)護(hù)8h，取出試塊放在空氣中放置使之冷卻，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 早強(qiáng)型聚羧酸減水劑對水泥凈漿流動度的影響

圖1 為我公司早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PZQ 與普通聚羧酸減水劑PC 的水泥凈漿流動度隨時間變化的曲線。從圖中可以看出，我公司早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PZQ 的凈漿流動度比普通聚羧酸減水劑的略大一些，隨著水泥的不斷水化，二者都呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，而早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的水泥凈漿流動度的降低趨勢明顯小于普通聚羧酸減水劑，其在水泥中的分散性和流動性能要優(yōu)于普通聚羧酸減水劑。

圖1 聚羧酸減水劑水泥凈漿流動度隨時間的變化

2.2 早強(qiáng)型聚羧酸減水劑對混凝土蒸養(yǎng)蒸壓強(qiáng)度的影響

圖2 為我公司早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PZQ 與普通聚羧酸減水劑PC 對混凝土蒸養(yǎng)、蒸壓強(qiáng)度的影響。由圖2可以看出在相同外加劑摻量下，加入早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的混凝土的蒸養(yǎng)強(qiáng)度和蒸壓強(qiáng)度要高于加入普通聚羧酸減水劑的混凝土。

圖2 聚羧酸減水劑對混凝土早期強(qiáng)度的影響

2.3 早強(qiáng)型聚羧酸減水劑對混凝土性能的影響

采用相同的用水量和外加劑摻量，觀察我公司的早強(qiáng)型聚羧酸外加劑與普通聚羧酸減水劑對混凝土坍落度、擴(kuò)展度、含氣量、排空流速以及強(qiáng)度的影響。混凝土的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2 可以看出，摻加早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的混凝土的坍落度和擴(kuò)展度與摻加普通聚羧酸減水劑的混凝土相比略大一些，其減水率比普通聚羧酸減水劑的高。排空時間明顯短于普通聚羧酸減水劑，混凝土狀態(tài)比較松軟，便于泵送施工。從含氣量的結(jié)果可以看出，早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的含氣量略低，其蒸養(yǎng)強(qiáng)度和蒸壓強(qiáng)度也較高。

表2 混凝土試驗(yàn)結(jié)果

綜合對比我公司早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PZQ 與普通聚羧酸減水劑PC 在水泥凈漿流動度、蒸養(yǎng)蒸壓強(qiáng)度和新拌混凝土性能的試驗(yàn)測試結(jié)果可以看出，早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PZQ 的減水率、蒸養(yǎng)蒸壓強(qiáng)度、工作性能明顯優(yōu)于普通聚羧酸減水劑。

3 工程應(yīng)用

3.1 簡介

廣東某管樁廠，所使用的材料及配合比如1.4 節(jié)及表1 所示。要求混凝土初始坍落度控制在160mm～180mm，蒸養(yǎng)強(qiáng)度大于45MPa，蒸壓強(qiáng)度大于90MPa。該廠原使用的聚羧酸減水劑由于蒸養(yǎng)和蒸壓強(qiáng)度偏低，混凝土保持性能較差，混凝土粘度稍大，不能滿足生產(chǎn)需求，為此，我公司開始開發(fā)早強(qiáng)型聚羧酸減水劑，用以解決泵送混凝土的蒸養(yǎng)、蒸壓強(qiáng)度、工作性能等問題，并且開始應(yīng)用。

3.2 生產(chǎn)應(yīng)用

按照上述配比，應(yīng)用我公司早強(qiáng)型聚羧酸減水劑和該廠原聚羧酸減水劑的混凝土同時生產(chǎn)澆筑，生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表3。應(yīng)用我公司早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的混凝土與應(yīng)用該廠原聚羧酸減水劑的混凝土在外加劑摻量一樣的情況下，應(yīng)用我公司早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的混凝土的坍落度大一些，且不泌水，漿體飽滿，具有良好的工作性能，易于泵送。此外，我公司早強(qiáng)型聚羧酸減水劑相比于該廠原聚羧酸減水劑蒸養(yǎng)強(qiáng)度和蒸壓強(qiáng)度的增長也較快。

表3 實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

⑴相比于普通聚羧酸減水劑，我公司的早強(qiáng)型聚羧酸減水劑可以改善混凝土的施工性能，提高蒸養(yǎng)及蒸壓強(qiáng)度。

⑵實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用我公司早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的泵送混凝土具有良好的工作性能，便于施工，蒸養(yǎng)及蒸壓強(qiáng)度高，能夠優(yōu)化原料成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。