超緩凝高效減水劑的開發(fā)和應(yīng)用研究

    鉆孔咬合樁施工工藝是現(xiàn)今最先進的建筑樁基施工方法之一，所謂鉆孔咬合樁就是采用機械鉆孔施工、樁與樁之間相互咬合排列的一種基坑圍護結(jié)構(gòu)，它被廣泛應(yīng)用于高架立交橋、燧道、地鐵及其它的大型建筑工程的地樁施工，據(jù)報道，杭州地鐵就將全部使用咬合樁施工工藝。而咬合樁工藝的一個核心原料就是超緩凝砼，其要求初凝時間要控制在60小時以上，而砼的凝結(jié)時間主要依靠外加劑來控制。從2005年3月份著手超緩凝高效減水劑的研制，歷經(jīng)4個多月的努力，于近期試配成功并完成了相關(guān)的試驗室測試工作，具體情況如下：
 
    一、 超緩凝高效減水劑相關(guān)性能要求
    按照工程的需要，該種外加劑所配制的混凝土初凝時間要求不小于60小時；凝結(jié)時間能根據(jù)工程實際需要和氣溫的變化具備可調(diào)性；除3天強度外，其余各項技術(shù)性能指標完全滿足GB8076-1997《混凝土外加劑技術(shù)規(guī)范》要求。
 
    二、 超緩凝高效減水劑的配方設(shè)計思路
    超緩凝高效減水劑緩凝時間的長短主要決定于緩凝組分的種類及比例，各緩凝成分對混凝土的作用不僅僅是調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，對其它性能影響也較大，比如減水率、強度比、工作性等，而減水率的大小主要取決于減水成份的品種和所占有的比例。因此，原料品種與復(fù)合比例是本次研究的主要對象，力爭以最低的成本達到最好的緩凝效果和減水效果，并同水泥等膠凝材料具有良好的適應(yīng)性。
    1、減水組份的選擇
    目前市場上使用的減水劑主要有萘磺酸甲醛縮合物，氨基磺酸鹽，磺化三聚氰胺，聚羧酸類等系列，后三者性能最好，但由于價格昂貴，使用上受到限制，這次試驗我們重點考慮了萘磺酸甲醛縮合物和氨基磺酸鹽兩個系列，并對其不同廠家的樣品進行相關(guān)性能對比實驗，分別確定出了性價比最好的一家產(chǎn)品作為這次超緩凝減水劑的主要減水組分，并分別選擇一種輔助減水組分使之復(fù)合，以改善其性能單一的不足和降低生產(chǎn)成本。

    2、緩凝組份的選擇
    這次試驗我們重點考察了木鈣、糖蜜、白糖、葡萄糖、糖鈣、檸檬汁、焦磷酸鹽、氟硅酸鈉等緩凝劑品種的緩凝效果、它們互相復(fù)合（兩種或三種）后的緩凝效果和成本情況，以及它們同減水組份復(fù)合后對混凝土性能的影響情況，經(jīng)過多次試驗，優(yōu)選出其中的三種作為本次試驗的緩凝組份，分別記為MG，ZT，PT，以及它們互相復(fù)合的最佳比例。表1為三種不同的緩凝劑按照一定的摻量分別同減水劑復(fù)配，以及它們按同樣的摻量復(fù)合后再同減水劑復(fù)配后測得的混凝土初凝時間；表2為同一品種但生產(chǎn)廠家不同的減水劑和同一種緩凝組份復(fù)配后所測得的混凝土初凝時間，其中N01，N02，N03，N04分別代表不同廠家生產(chǎn)的同一類型高效減水劑。
    從表1和表2中可看出：
    同樣的緩凝劑同不同的減水劑（品種不同或品種相同但生產(chǎn)廠家不同）復(fù)配，測得的凝結(jié)時間也不同，說明緩凝劑同減水劑間也存在適應(yīng)性問題；三種不同性質(zhì)的緩凝劑按一定比例復(fù)合后緩凝效果遠好于單獨使用；不同的緩凝組份間復(fù)配存在一個最優(yōu)配合比。
 
    表1采用不同的緩凝組份同減水組份復(fù)合測得的混凝土初凝時間(h:min)
緩凝組份
 
減水組份
MG
摻量
A%
 
ZT
摻量
B%
PT
摻量
C%
ZT+PT
摻量
（B+C）%
ZT+MG
摻量
（A+B）%
MG+ZT+PT
摻量
（A+B+C）%
JNF01
4:20
12:30
15:30
52
35
68:30
JNF02
3:00
14:30
12:00
48
29
64:00
 
    表2為不同廠家生產(chǎn)的同類減水劑和同一緩凝組份復(fù)配后測得的混凝土初凝時間（h:min）
減水劑樣品編號
N01
N02
N03
N04
初凝時間
82
80
99
89
 
    3、外加劑引氣量的確定
    外加劑加入超量的緩凝組份后，由它配制的混凝土在高流動狀態(tài)下的離析泌水現(xiàn)象可能會加重，我們決定通過提高外加劑的引氣量來緩解之。通過對不同廠家的引氣劑樣品進行對比試驗，我們篩選出了一種起泡速度快、氣泡形狀細小均齊且穩(wěn)定性較好的引氣劑，并對它在超緩凝高效減水劑中不同的摻量對混凝土性能的影響進行了實驗比較，具體參見表2，其中混凝土按某攪拌站C30樁基配方設(shè)計，實驗溫度為25~27℃。通過綜合考慮，我們最后確定將外加劑引氣量控制在3%左右。
 
 
    表2 超緩凝高效減水劑JFN01-05中不同的引氣劑摻量對混凝土性能的影響
序號
引氣劑
摻量
（%）
混凝土含氣量
（%）
強度（MPa）
混凝土工作性
7d
28d
坍落度（mm）
擴展度（mm）
泌水離析情況
0
0
1.5
25.3
36.6
205
370
一般
1
0.10
2.6
26.6
38.5
210
395
較好
2
0.15
3.6
25.8
37.0
220
420
較好
3
0.20
4.9
24.5
35.5
220
445
較好
 
    三、相關(guān)性能測試結(jié)果
    1、外加劑性能指標測試
    按照前述原則，根據(jù)主要減水組份的不同我們試配了二個超緩凝高效減水劑樣品，表3是按照GB8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》要求測出的部分勻質(zhì)性指標實驗數(shù)據(jù)；表4是二種超緩凝高效減水劑按照GB8076-1997《混凝外加劑規(guī)范》要求測出的部分混凝土性能指標實驗數(shù)據(jù)，從中我們可看出除三天抗壓強度比沒作測定外，其余各項性能指標均達到了相關(guān)規(guī)定要求。
 
         表3 超緩凝高效減水劑的部分勻質(zhì)性指標值(外加劑摻入量為2.4%)
樣品
編號
凈漿流動度（mm）
砂漿減水率（%）
PH值
密度
（g/cm3）
含固量
（%）
JFN01-05
210
19.0
7.82
1.175
33.65
JFN02-05
220
19.0
7.85
1.173
33.45
   
      表4 摻超緩凝高效減水劑后混凝土的相關(guān)性能指標值(外加劑摻入量為2.4%)

樣品

編號

混凝土

減水率
%

常壓泌
水率比
%

初凝
時間
h

終凝
時間
h

28d抗壓
強度比
%

28d收
縮率比
%

混凝土

含氣量
%

對鋼筋
銹蝕作
用說明

JFN01-05

18

71

66

69

125

118

3.8

無

JFN02-05

18

70

65

68.5

128

115

3.6

無

 

    2、超緩凝高效減水劑在樁基混凝土中的應(yīng)用效果
    為了考察上述二種超緩凝高效減水劑所配制的混凝土在高流動狀態(tài)下的工作性以及主要品質(zhì)指標，我們采用某攪拌站的砂石等原料，仿到某攪拌站試驗室的C30樁基混凝土配方，試配出了二組坍落度分別在220mm、210mm，擴展度分別在405m、395mm的混凝土漿體，經(jīng)現(xiàn)場觀察，其粘稠性非常好，沒有明顯的泌水離析現(xiàn)象出現(xiàn)。具體參見表5。
             表5 配制的實用混凝土相關(guān)性能指標
樣品
編號
混凝土
坍落度
（mm）
混凝土
擴展度
（mm）
初凝
時間
(h)
終凝時間(h)
7天
強度
（MPa）
28天
強度
（MPa）
JFN01-05
220
410
68
71
25.0
37.0
JFN02-05
210
395
66
70
25.8
38.0
 
    3、溫度對摻加超緩凝高效減水劑混凝土凝結(jié)時間的影響
    為考察溫度對摻加超緩凝高效減水劑混凝土凝結(jié)時間的影響，進不同溫度條件下凝結(jié)時間的對比實驗，具體參見表6，其中混凝土按某C30樁基配方設(shè)計。從表6中我們可知，三組份緩凝劑合成的超緩凝高效減水劑JFN01-05所配的混凝土凝結(jié)時間對溫度的敏感性不大。
    表6 摻超緩凝高效減水劑的混凝土在不同溫度下的凝結(jié)時間變化情況
溫度
20℃
25℃
40℃
50℃
初凝時間
（h）
73.5
76
68
61
終凝時間
（h）
73
75
66
60.5
 
    四、結(jié)論：
    （1）從不同緩凝劑及其復(fù)配實驗中可以看出，相同緩凝劑同不同的減水劑（品種不同或品種相同但生產(chǎn)廠家不同）復(fù)配，測得的凝結(jié)時間也不同，說明緩凝劑同減水劑間也存在適應(yīng)性問題。不同性質(zhì)的緩凝劑按一定比例復(fù)合后緩凝效果遠好于單獨使用，并且不同的緩凝組份間復(fù)配也存在一個最優(yōu)配合比。
    （2） 外加劑加入超量的緩凝組份后，由它配制的混凝土在高流動狀態(tài)下的離析泌水現(xiàn)象可能會加重，這可以通過提高外加劑的引氣量來緩解之。實驗表明，外加劑引氣量控制在3%左右時離析泌水現(xiàn)象可得到較好控制。
    （3）按照本文提出的方法多配制的兩種復(fù)合型超緩凝減水劑的各項性能指標均能滿足GB8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》和GB8076-1997《混凝外加劑規(guī)范》相關(guān)規(guī)定要求。
    （4）采所配制的兩種復(fù)合型超緩凝減水劑，按照某攪拌站試驗室的C30樁基混凝土配合比配制混凝土，其坍落度和擴展度均能滿足灌注樁要求，且粘稠性非常好，沒有明顯的泌水離析現(xiàn)象出現(xiàn)。摻加超緩凝高效減水劑混凝土凝結(jié)時間對溫度的敏感性較小。
    [作者簡介]
    文柏貞，男，38歲，工程師，公司技術(shù)中心負責技術(shù)開發(fā)工作，
       金建慶，男，38歲，工程師，公司外加劑分廠技術(shù)負責人；
       地址：杭州市天目山路517號，杭州錢潮建材集團有限公司技術(shù)中心；
       電話：0571-85227666-835
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