預(yù)制構(gòu)件混凝土納米早強(qiáng)劑的制備及免蒸性能

＊魏中原

（唐山市筑業(yè)新材料有限公司 河北 063000）

引言

雖然預(yù)制混凝土產(chǎn)品存在設(shè)備投入大，能耗大，操作工藝復(fù)雜及模板周期運(yùn)轉(zhuǎn)率低等缺陷，但裝配式墻板、鐵路軌枕、大跨度箱梁、輸水管、城市地下管廊和管樁等預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)量依然逐年增加。目前為實(shí)現(xiàn)預(yù)制混凝土產(chǎn)品的高早強(qiáng)，必須經(jīng)過(guò)蒸養(yǎng)和壓蒸過(guò)程，預(yù)制混凝土構(gòu)件中能耗成本一直占比較大[1-2]。

水泥常用無(wú)機(jī)、有機(jī)或復(fù)合型早強(qiáng)激發(fā)劑對(duì)1d以內(nèi)的強(qiáng)度激發(fā)程度較弱[3]。J Plank團(tuán)隊(duì)[4-5]發(fā)現(xiàn)PCE改性C-S-H納米復(fù)合材料可有效提高1d以內(nèi)早期強(qiáng)度，且PCE側(cè)鏈長(zhǎng)度越長(zhǎng)其納米粒度越小，當(dāng)納米粒度在30～100nm時(shí)，早強(qiáng)效果最好。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于水化硅酸鈣凝膠的研究主要集中在對(duì)水泥體系水化過(guò)程的影響[6-7]。對(duì)于混凝土的早強(qiáng)，聚羧酸減水劑結(jié)構(gòu)的功能化調(diào)整是最直接的[8-10]。預(yù)制混凝土體系中低溫早強(qiáng)方面的研究較少，據(jù)報(bào)道溴化鈣具有較好的低溫早強(qiáng)性能[11]，但其與凝膠協(xié)同作用反應(yīng)未見(jiàn)報(bào)告。

基于此，本文擬由探討醚類(lèi)PCE制備的高穩(wěn)定性C-S-H/PCE凝膠及無(wú)機(jī)鹽對(duì)不同標(biāo)號(hào)混凝土1d內(nèi)強(qiáng)度和蒸養(yǎng)強(qiáng)度等方面的影響，并探討其對(duì)蒸養(yǎng)時(shí)間的影響，為構(gòu)件生產(chǎn)能耗方面的研究奠定基礎(chǔ)。

1.實(shí)驗(yàn)材料與方法

(1)實(shí)驗(yàn)材料

異戊烯基聚氧乙烯醚（OX-807，M=5000），工業(yè)級(jí)，遼寧奧克；丙烯酸，工業(yè)級(jí)，衛(wèi)星石化；維生素C，食品級(jí)，石藥集團(tuán)；五水硅酸鈉、工業(yè)級(jí)、海灣化學(xué)；四水硝酸鈣，工業(yè)級(jí)，濰坊昌盛；氫氧化鈉，工業(yè)級(jí)，西隴化工；溴化鈣，工業(yè)級(jí)，西隴化工；蘇博特C-S-H-PCE（S-gel，15%）采用水泥為冀東P.O42.5水泥。

表1 水泥化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

(2)模板PC-M的制備

向四口燒瓶中加入400g異戊烯基聚氧乙烯醚（OX-807，0.08mol）、鏈轉(zhuǎn)移劑和去離子水。攪拌溶解后，投入引發(fā)劑，并用蠕動(dòng)泵分別將34.56g丙烯酸（AA，0.48mol）與15g丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DAC，0.06mol）的水溶液和維生素C水溶液分別在2h和2.5h內(nèi)滴入瓶中。滴加結(jié)束后，攪拌反應(yīng)1h。得PC-M。（質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%，nAA:nDAC:nOX-807=6:0.75:1；Mn=24500，Mw=49600，PDI=2.03）

(3)C-S-H-PCE凝膠的制備[4-5]

在25℃下，向裝有機(jī)械攪拌器的四口瓶中加入PC-M和水，用液堿調(diào)至pH=12，將五水硅酸鈉水溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%）和四水硝酸鈣水溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%）滴入其中，滴加時(shí)間20min，滴完后攪拌2h。

(4)性能測(cè)試

穩(wěn)定性測(cè)定：將制備好的C-S-H-PCE凝膠置于100ml具塞量筒中，與20℃±2℃下水平放置，觀察28d時(shí)底部沉淀體積（V沉淀）和上清液體積（V上清）。

混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)定：分別測(cè)試標(biāo)養(yǎng)時(shí)，混凝土16h、20h和24h的抗壓強(qiáng)度；60℃蒸養(yǎng)時(shí)先靜養(yǎng)3h，然后分別蒸養(yǎng)4.5h和9h，2h冷卻至室溫后測(cè)抗壓強(qiáng)度。其中C30混凝土配合比為m（水泥）:m（粉煤灰）:m（礦粉）:m（精品砂）:m（0.5-1石子）:m（0-2石子）:m（水）=200:50:50:950:1020:156；C50混凝土配合比為m（水泥）:m（礦粉）:m（精品砂）:m（0-2石子）:m（水）=300:80:800:1100:151。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

(1)鈣硅比和PC-M用量對(duì)納米早強(qiáng)劑穩(wěn)定性的影響

分別制備鈣硅比為1.0、1.5和2.0，PC-M用量為總質(zhì)量的5%、8%和11%的納米早強(qiáng)劑，并探討其穩(wěn)定性。其制備比例和結(jié)果由表2和圖1所示。

表2 鈣硅比與PC-M用量

由圖1可知，鈣硅比和模板用量對(duì)納米早強(qiáng)劑的穩(wěn)定性有重要影響。隨PC-M用量的提高，其沉淀量和上清液量逐漸減少，穩(wěn)定性逐漸變好。隨鈣硅比的增加，其沉淀量和上清液量呈先降低后增加的趨勢(shì)。由此可知PC-M的用量幾乎決定納米早強(qiáng)劑的穩(wěn)定性。當(dāng)PC-M用量為11%，鈣硅比為1.5時(shí)，穩(wěn)定性最好。大量的分散劑的用量有利于提高納米硅酸鈣凝膠的穩(wěn)定性。

圖1 鈣硅比和PC-M對(duì)納米早強(qiáng)劑穩(wěn)定性的影響

(2)納米早強(qiáng)劑對(duì)不同標(biāo)號(hào)混凝土強(qiáng)度的影響

水化硅酸鈣凝膠對(duì)不同標(biāo)號(hào)、不同齡期強(qiáng)度的影響由圖2所示。由圖2可知：納米早強(qiáng)劑對(duì)不同標(biāo)號(hào)混凝土都具有非常明顯的超早強(qiáng)性能；隨納米早強(qiáng)劑摻量的提高，混凝土超早期強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)摻量超過(guò)3%時(shí)，早強(qiáng)增幅變緩，且早強(qiáng)齡期越短（≤20h），增強(qiáng)效率越高，隨齡期的增加，增強(qiáng)效果逐漸減弱；混凝土標(biāo)號(hào)越高，納米早強(qiáng)劑的早強(qiáng)效果越突出。當(dāng)摻量為5%時(shí)，16h的C30混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)12.5MPa，比空白增加60%，16h的C50混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)14.5MPa，比空白增加80%。齡期增加后，增幅變緩。

圖2 納米早強(qiáng)劑對(duì)不同標(biāo)號(hào)混凝土早期強(qiáng)度的影響

(3)溴化鈣對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的影響

鹵化物具備非常好的低溫早強(qiáng)性能，常見(jiàn)氯化鈣由于氯離子作用早強(qiáng)性能明顯，但氯離子腐蝕鋼筋，因此以C30混凝土為基準(zhǔn)，探討溴化鈣用量（0%、0.1%、0.25%和0.4%）對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的影響，其結(jié)果由圖3所示。由圖3可知，齡期24h內(nèi)，隨溴化鈣用量的增加，混凝土強(qiáng)度呈逐漸增加趨勢(shì)，當(dāng)摻量為0.25%時(shí)，混凝土早期強(qiáng)度最明顯，20h抗壓強(qiáng)度達(dá)8MPa，比空白抗壓強(qiáng)度增加35%，24h抗壓強(qiáng)度增達(dá)13MPa，比空白抗壓強(qiáng)度增加30%。但3d后，混凝土強(qiáng)度呈略有降低趨勢(shì)。

圖3 溴化鈣用量對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的影響

(4)早強(qiáng)劑與蒸養(yǎng)時(shí)間對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

以C50混凝土為基礎(chǔ)，探討不同蒸養(yǎng)時(shí)間與不同無(wú)機(jī)早強(qiáng)劑及納米早強(qiáng)劑用量對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的影響，其結(jié)果由表3所示。由表3可知：蒸養(yǎng)時(shí)間越長(zhǎng)早期強(qiáng)度越高，且蒸養(yǎng)強(qiáng)度增長(zhǎng)主要集中在4.5h之后。通過(guò)摻加納米早強(qiáng)劑和溴化鈣進(jìn)行不同齡期標(biāo)養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該兩種物質(zhì)的加入能有效提高混凝土早期強(qiáng)度。當(dāng)納米早強(qiáng)強(qiáng)度摻量為5%，溴化鈣摻量為0.25%時(shí)，標(biāo)養(yǎng)16h抗壓強(qiáng)度達(dá)16.5MPa，已超過(guò)蒸養(yǎng)4.5h抗壓強(qiáng)度50%，標(biāo)養(yǎng)20h抗壓強(qiáng)度已接近蒸養(yǎng)9h的抗壓強(qiáng)度。基于此可發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)可有效縮短蒸養(yǎng)時(shí)間。完全可以實(shí)現(xiàn)免蒸養(yǎng)。

表3 不同早強(qiáng)劑與蒸養(yǎng)時(shí)間對(duì)強(qiáng)度的影響

3.結(jié)論

采用不同鈣硅比和不同PC-M用量制備不同類(lèi)型納米早強(qiáng)劑，當(dāng)PC-M用量為11%，鈣硅比為1.5時(shí)，穩(wěn)定性最好。

納米早強(qiáng)劑對(duì)不同標(biāo)號(hào)混凝土都具有非常明顯的早強(qiáng)性能；隨其摻量的提高，混凝土早期強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)摻量超過(guò)3%時(shí)，早強(qiáng)增速變緩，且齡期越短，增強(qiáng)效率越高，隨齡期的增加，增強(qiáng)效果減弱；混凝土標(biāo)號(hào)越高，納米早強(qiáng)劑的增強(qiáng)效果越突出；當(dāng)摻量為5%時(shí)，16h的C30混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)12.5MPa，比空白增加60%，16h的C50混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)14.5MPa，比空白增加80%。當(dāng)溴化鈣摻量為0.25%時(shí)，混凝土早期強(qiáng)度最明顯，20h抗壓強(qiáng)度增加35%，24h抗壓強(qiáng)度增加30%。

當(dāng)納米早強(qiáng)強(qiáng)度摻量為5%，溴化鈣摻量為0.25%時(shí)，標(biāo)養(yǎng)16h抗壓強(qiáng)度達(dá)16.5MPa，已超過(guò)蒸養(yǎng)4.5h抗壓強(qiáng)度50%，標(biāo)養(yǎng)20h抗壓強(qiáng)度已接近蒸養(yǎng)9h的抗壓強(qiáng)度。基于此可發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)可有效縮短蒸養(yǎng)時(shí)間，完全可以實(shí)現(xiàn)免蒸養(yǎng)。