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(jìn)的建筑樁基施工方法之一，所謂鉆孔咬合樁就是采用機(jī)械鉆孔施工、樁與樁之間相互咬合排列的一種基坑圍護(hù)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(bào)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(gè)核心原料就是超緩凝砼，其要求初凝時(shí)間要控制在60小時(shí)以上，而砼的凝結(jié)時(shí)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(gè)多月的努力，于近期試配成功并完成了相關(guān)的試驗(yàn)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(shí)間要求不小于60小時(shí)；凝結(jié)時(shí)間能根據(jù)工程實(shí)際需要和氣溫的變化具備可調(diào)性；除3天強(qiáng)度外，其余各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)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(jì)思路
    超緩凝高效減水劑緩凝時(shí)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(shí)間，對其它性能影響也較大，比如減水率、強(qiáng)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(dá)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(jià)格昂貴，使用上受到限制，這次試驗(yàn)我們重點(diǎn)考慮了萘磺酸甲醛縮合物和氨基磺酸鹽兩個(gè)系列，并對其不同廠家的樣品進(jìn)行相關(guān)性能對比實(shí)驗(yàn)，分別確定出了性價(jià)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(yàn)我們重點(diǎn)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(yàn)，優(yōu)選出其中的三種作為本次試驗(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)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(yuǎn)好于單獨(dú)使用；不同的緩凝組份間復(fù)配存在一個(gè)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(shí)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(shí)間（h:min）
減水劑樣品編號
N01
N02
N03
N04
初凝時(shí)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(dòng)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(jìn)行對比試驗(yàn)，我們篩選出了一種起泡速度快、氣泡形狀細(xì)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(jì)，實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度（MPa）
混凝土工作性
7d
28d
坍落度（mm）
擴(kuò)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(biāo)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(gè)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(yàn)方法》要求測出的部分勻質(zhì)性指標(biāo)實(shí)驗(yàn)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(biāo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從中我們可看出除三天抗壓強(qiáng)度比沒作測定外，其余各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)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(biāo)值(外加劑摻入量為2.4%)
樣品
編號
凈漿流動(dòng)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(biāo)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(shí)間
h

終凝
時(shí)間
h

28d抗壓
強(qiáng)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(dòng)狀態(tài)下的工作性以及主要品質(zhì)指標(biāo)，我們采用某攪拌站的砂石等原料，仿到某攪拌站試驗(yàn)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(kuò)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(shí)用混凝土相關(guān)性能指標(biāo)
樣品
編號
混凝土
坍落度
（mm）
混凝土
擴(kuò)展度
（mm）
初凝
時(shí)間
(h)
終凝時(shí)間(h)
7天
強(qiáng)度
（MPa）
28天
強(qiáng)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(shí)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(shí)間的影響，進(jìn)不同溫度條件下凝結(jié)時(shí)間的對比實(shí)驗(yàn)，具體參見表6，其中混凝土按某C30樁基配方設(shè)計(jì)。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(shí)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(shí)間變化情況
溫度
20℃
25℃
40℃
50℃
初凝時(shí)間
（h）
73.5
76
68
61
終凝時(shí)間
（h）
73
75
66
60.5
 
    四、結(jié)論：
    （1）從不同緩凝劑及其復(fù)配實(shí)驗(yàn)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(shí)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(yuǎn)好于單獨(dú)使用，并且不同的緩凝組份間復(fù)配也存在一個(gè)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(dòng)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(shí)驗(yàn)表明，外加劑引氣量控制在3%左右時(shí)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(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足GB8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)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(yàn)室的C30樁基混凝土配合比配制混凝土，其坍落度和擴(kuò)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(shí)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)人；
       地址：杭州市天目山路517號，杭州錢潮建材集團(tuán)有限公司技術(shù)中心；
       電話：0571-85227666-835
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