針對(duì)預(yù)制構(gòu)件混凝土的聚羧酸醚類外加劑的研究與應(yīng)用（下）
2006-03-02 00:00
3.2 免蒸養(yǎng)預(yù)制構(gòu)件混凝土
如文中第一部分中所提到的，受生產(chǎn)條件和生產(chǎn)成本的限制，有相當(dāng)一部分預(yù)制構(gòu)件是在自然養(yǎng)護(hù)條件下生產(chǎn)的，著重強(qiáng)調(diào)幾天內(nèi)的混凝土強(qiáng)度發(fā)展。例如摩天大樓、大橋甚至一些地下工程建設(shè)項(xiàng)目中預(yù)制構(gòu)件，都是在建筑工地澆筑、成型、裝配的。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)有一定的難度，而且增加生產(chǎn)成本。除了早強(qiáng)以外，對(duì)混凝土的泵送性往往也有一定的要求。我們知道，傳統(tǒng)早強(qiáng)劑是通過(guò)加快水泥的初期水化過(guò)程來(lái)提高混凝土的早期強(qiáng)度。但其對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響隨著齡期的增長(zhǎng)逐漸減弱，并會(huì)降低混凝土的后期強(qiáng)度。對(duì)混凝土的坍落度保持性能也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)然，高早強(qiáng)也可以一定程度上通過(guò)改進(jìn)混凝土配合比的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如降低水灰比等，但該方法的效果也是有限的。而且，在某些特殊情況下，配合比甚至混凝土的原材料是由承包商或者業(yè)主決定的，不允許做大的改動(dòng)。在此情況下，通過(guò)外加劑改善混凝土強(qiáng)度發(fā)展成為主要的甚至唯一的解決方案。同樣，結(jié)合新的聚羧酸醚和混凝土強(qiáng)度增強(qiáng)劑優(yōu)良性能，以及適當(dāng)?shù)膹?fù)配技術(shù)，我們針對(duì)此類預(yù)制構(gòu)件開(kāi)發(fā)了一系列新的外加劑產(chǎn)品。該系列外加劑也可應(yīng)用于有一定早強(qiáng)要求的現(xiàn)澆大流動(dòng)度混凝土。
3.2.1 材料與配比
為了盡量簡(jiǎn)化測(cè)試系統(tǒng)，在混凝土配合比中選用小野田P.Ⅱ 52.5R 水泥作為唯一的膠凝材料。細(xì)骨料和粗骨料分別為2.6 – 2.8FM 的河砂和5mm～10mm ，5mm～25mm 的碎石。外加劑有萘系和聚羧酸醚兩種。前者作為對(duì)比試驗(yàn)的參照外加劑，簡(jiǎn)稱BNS ，后者是一個(gè)針對(duì)蒸養(yǎng)混凝土開(kāi)發(fā)的聚羧酸醚類外加劑，簡(jiǎn)稱PCE - 2 。配比主要參數(shù)包括： (20 ±2)cm 起始坍落度，0.40 水灰比和43 %的砂率。
3.2.2 測(cè)試指標(biāo)與方法
在此項(xiàng)研究中，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，坍落度/ 流動(dòng)度、坍落度保持、凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度作為主要測(cè)試指標(biāo)。此外，對(duì)混凝土氣含量(體積法) ，硬化混凝土氣泡比表面積和間隔系數(shù)(ASTM C457) 也進(jìn)行了初步的測(cè)量和探討[15 ] 。新拌混凝土的準(zhǔn)備以及凝結(jié)時(shí)間的測(cè)試均在26 ℃～27 ℃的室溫下進(jìn)行。
3.2.3 結(jié)果與討論
要獲得(20 ±2) cm 起始坍落度的混凝土，所需PCE - 2 和BNS 的溶液摻量分別為水泥重量的0.45 %和1.1 %。從圖7 可以看出：二者坍落度保持性能的區(qū)別在30 分鐘以后變得明顯。一個(gè)小時(shí)后，PCE - 2 混凝土的坍落度仍然保持在165mm ，而B(niǎo)NS混凝土的坍落度只剩85mm。流動(dòng)度的差別就更加顯著。需要指出的是，兩個(gè)混凝土的凝結(jié)時(shí)間基本相同。
圖7 BNS 和PCE - 2 混凝土坍落度/ 流動(dòng)度及坍落度保持性能的比較
在35 ℃和75 %RH 的養(yǎng)護(hù)條件下， PCE - 2 混凝土的10h 強(qiáng)度比BNS 混凝土高出2613 %。1d 至28d混凝土強(qiáng)度是在標(biāo)養(yǎng)條件下測(cè)試的。PCE - 2 混凝土的強(qiáng)度發(fā)展優(yōu)勢(shì)依舊明顯，平均比BNS 混凝土高出10 %以上。(圖8) 這不但有利于加快生產(chǎn)周期，而且可以降低水泥用量或提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，降低成本。該類外加劑也可應(yīng)用于有早強(qiáng)和一定坍落度保持要求的現(xiàn)澆混凝土中。
除了良好的早期強(qiáng)度和坍落度保持性能以外，我們對(duì)PCE - 2 和BNS 混凝土的氣泡質(zhì)量也進(jìn)行了初步的比較和探討。根據(jù)ASTM C457 - 98 標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)切割、打磨和拋光，我們對(duì)混凝土試塊的內(nèi)切面進(jìn)行了氣孔質(zhì)量分析。BNS 和PCE - 2 混凝土硬化后的氣含量分別為1.8 % ，3.1 %。如圖9 所示，與BNS 混凝土相比，PCE - 2 混凝土的氣孔尺寸要小得多，且形狀規(guī)則圓潤(rùn)，分布也較均勻。此外，相同的硬化混凝土氣泡間隔系數(shù)，較大的比表面積，也從微觀的角度反應(yīng)了PCE - 2 混凝土良好的氣孔質(zhì)量。這至少部分歸功于外加劑對(duì)水泥水化過(guò)程的影響和控制的結(jié)果，也是PCE - 2 混凝土優(yōu)良強(qiáng)度性能的原因之一。
圖8 PCE - 2 和BNS 混凝土的強(qiáng)度發(fā)展比較
圖9 PCE - 2 和BNS 混凝土內(nèi)切面氣孔質(zhì)量的比較
4 應(yīng)用實(shí)例
GL ENIUM ÒACE68 是在PCE - 1 的基礎(chǔ)上，為北京一大橋的預(yù)制件項(xiàng)目特別開(kāi)發(fā)的外加劑(圖10) 。此項(xiàng)目使用4215 波特蘭水泥，2.3FM 河砂及5mm～20mm 的石灰石?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)為14cm～16cm坍落度，水灰比0.32～0.36 ，砂率為36 %～38 %。水泥含量457kg/ m3～472kg/ m3 。外加劑摻量為水泥重量的0.6 %～0.8 %?；炷僚浔鹊妮p微差異是考慮到原料的質(zhì)量波動(dòng)而制定的。養(yǎng)護(hù)周期從1h 靜停后開(kāi)始，先是2h 輕度蒸養(yǎng)，后高溫蒸養(yǎng)2h～4h ，然后冷卻2h～3h 至相當(dāng)于80 %～100 %設(shè)計(jì)強(qiáng)度。該混凝土28d 強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的125 %～145 %。構(gòu)件表面光滑，顏色均勻。
PCE - 2 類外加劑之一的RHEOPLUS Ò101 也成功應(yīng)用于一浙江海港建設(shè)工程的預(yù)制梁生產(chǎn)中(圖11) 。該預(yù)制構(gòu)件用的是C50 混凝土，含500kg/ m3 膠凝材料(42.5 級(jí)波特蘭水泥，硅粉和礦粉) ，725kg/ m3河砂，1080kg/ m3 的5mm～30mm 碎石以及4kg/ m3外加劑?；炷僚浔仍O(shè)計(jì)為(100 ±20) mm 坍落度及0.28 水灰比。夏天在自然條件下養(yǎng)護(hù)，3d～4d 后強(qiáng)度達(dá)到40MPa ，即設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80 %。由于減水率高，早強(qiáng)效果明顯，綜合生產(chǎn)成本低于使用萘系外加劑。
圖10 GL ENIUM ÒACE68 在北京一大橋預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用
圖11 RHEOPLUSÒ101 在一浙江海港建設(shè)項(xiàng)目的預(yù)制梁生產(chǎn)中的應(yīng)用
5 結(jié)論
試驗(yàn)結(jié)果表明， PCE - 1 和PCE - 2 在新拌混凝土和硬化混凝土的性能上優(yōu)于萘系高效減水劑。通過(guò)縮短或者優(yōu)化生產(chǎn)流程可以降低預(yù)制件的生產(chǎn)成本。但PCE - 1 在中國(guó)市場(chǎng)中的應(yīng)用有待進(jìn)一步驗(yàn)證和推廣。由于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工藝和預(yù)制構(gòu)件的品種多樣復(fù)雜，為了取得理想的性價(jià)比，針對(duì)不同的客戶需求和原材料特點(diǎn)對(duì)外加劑配方進(jìn)行調(diào)整和改良是必要的。
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[作者簡(jiǎn)介]
楊健英，1970 年生，女，慕尼黑工業(yè)大學(xué)/ 新加坡國(guó)立大學(xué)工業(yè)化學(xué)專業(yè)碩士畢業(yè)，德固賽化學(xué)建材亞太區(qū)項(xiàng)目經(jīng)理；
Sven M. F. Asmus ，1970 年生，男，德國(guó)國(guó)籍，博士， 有機(jī)化學(xué)專業(yè)，德固賽化學(xué)建材亞太區(qū)開(kāi)發(fā)經(jīng)理。
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