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：

 

    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。

 

    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。

    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。

    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)

 

    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

 

    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

 

    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