聚羧酸減水劑配制預制構件混凝土早齡期性能的研究

　　預制構件使用的高性能混凝土具有以下特點：①高設計強度和早強性，適合快速脫模。②在小水膠比（一般不大于0.35）和較小坍落度條件下，混凝土應有良好的觸變性，在強烈振搗下分層離析小和泌水小。③構件幾何尺寸偏差小，外觀質量要求高。④體積穩(wěn)定性好，耐久性要求高。要求混凝土收縮小，具有低堿集料反應性，對混凝土抗?jié)B性要求也很高，有的還有耐腐蝕要求。某些重點工程在耐久性指標上明確提出了100年耐久性的設計要求。

　　根據(jù)化學組成，國外用于預制構件的高效減水劑品種主要有：硫酸鈉含量小于5%的高濃萘系產(chǎn)品、早期強度發(fā)展快的磺化三聚氰胺系產(chǎn)品，近年來某些特制的高早強型聚羧酸高效減水劑在預制構件中也被廣泛接受。

　　目前，國內(nèi)預制構件使用的高效減水劑在品種和質量上和國外均存在巨大差距。使用的主要品種仍然是萘系，不僅幾乎全是硫酸鈉含量5%～25%的低濃產(chǎn)品，很多情況下為了提高早期強度又同時復合使用了大量的含鉀、鈉離子的無機鹽，對混凝土耐久性造成了極大隱患。少數(shù)單位使用三聚氰胺系和氨基磺酸鹽高效減水劑。聚羧酸高效減水劑（PCE）的應用剛剛起步。

　　我們結合盾構管片實際生產(chǎn)，選取萘系高效減水劑（NS-1）、三聚氰胺高效減水劑（SM-1）和一種預制構件專用型聚羧酸高效減水劑（PCA-1）和一種通用型聚羧酸系高效減水劑（PCA-2）進行對比試驗，研究內(nèi)容包括塑性混凝土性能、不同溫度條件下早齡期力學性能發(fā)展規(guī)律、早齡期收縮性能以及實際構件外觀性能等等。

　　試驗結果表明，對于較小坍落度的盾構管片混凝土，采用3種不同高效減水劑的混凝土工作性和構件外觀有較大差別：

　?。?）采用聚羧酸高效減水劑的混凝土流動性最好，坍落度損失小，混凝土不泌水，管片外觀色澤均勻一致，表面氣泡小。但兩種類型產(chǎn)品也有較大區(qū)別，主要差別是通用型產(chǎn)品混凝土有輕微抓底現(xiàn)象，振動時氣泡也不易溢出。

　?。?）三聚氰胺高效減水劑混凝土出機流動性也較好，但坍落度損失略快，混凝土不抓底也不泌水，振動時氣泡少且較容易溢出，成型管片外觀色澤均勻一致，有光亮感，管片外觀氣泡數(shù)量很少，但氣泡體積稍大。

　　（3）萘系高效減水劑混凝土流動性較差，坍落度損失較快，混凝土抓底明顯，容易泌水，振動時大氣泡多，成型管片外觀色澤發(fā)暗，缺乏光亮感。

　　高性能預制構件對模板質量要求很高，很多情況下需要進口模板，提高混凝土早期強度加快模板周轉往往是預制構件企業(yè)的基本要求，為了滿足工程進度需要，大多數(shù)情況下需要蒸汽養(yǎng)護，有時還需要冬季施工，因此研究不同外加劑混凝土在不同溫度條件下的力學性能發(fā)展規(guī)律，尤其是早齡期發(fā)展規(guī)律具有重要現(xiàn)實意義。我們結合盾構管片生產(chǎn)實際研究了C50混凝土在8℃～10℃、20℃和50℃條件下的發(fā)展規(guī)律，為不同季節(jié)施工選擇合理的外加劑品種提供了依據(jù)。

　　試驗結果表明：（1）3種減水劑3天前強度發(fā)展有較大差別：聚羧酸減水劑>三聚氰胺系減水劑>萘系減水劑。（2）預制構件專用聚羧酸減水劑（PC-1）早期強度發(fā)展最快，28天強度也最高，尤其適合冬季低溫條件下預制構件施工。（3）聚羧酸減水劑養(yǎng)護溫度越低越有利于28天強度發(fā)展。

　　和預拌混凝土一樣，目前我國預制構件混凝土質量的好壞主要以強度指標來衡量，對混凝土體積穩(wěn)定性、耐久性沒有引起足夠重視，也缺乏科學有效的測試方法。研究混凝土早期收縮特性對于減少早期構件開裂提高結構耐久性具有重要意義。

　　針對傳統(tǒng)測試方法無法檢測混凝土3天以內(nèi)的早齡期收縮變形的缺點，中國建筑材料科學研究總院研制了非接觸式混凝土收縮率測定儀，能精確反映出混凝土早齡期的收縮變化情況。

　　我們利用非接觸式混凝土早期收縮率測定儀研究了摻加萘系（NS-1）和聚羧酸（PCA-1）高效減水劑的地鐵管片混凝土在48小時之內(nèi)收縮性能。

　　試驗結果表明：（1）對于設計強度較高的早強預制構件混凝土而言，外加劑品種對混凝土早期收縮變形的影響規(guī)律和預拌混凝土基本相同。在控制混凝土早齡期收縮方面，聚羧酸高效減水劑要優(yōu)于萘系高效減水劑。（2）無論使用萘系還是使用聚羧酸高效減水劑，混凝土在澆筑后24小時以內(nèi)的收縮變形最劇烈，以后的變形趨于平緩。24小時聚羧酸高效減水劑收縮率為萘系高效減水劑收縮率的70%，48小時聚羧酸高效減水劑收縮率為萘系高效減水劑收縮率的65%.（3）摻加聚丙稀纖維可以大大降低混凝土早期收縮，對于同樣摻加聚羧酸高效減水劑的混凝土而言，摻加0.6kg聚丙稀纖維混凝土24小時收縮率降低約48%.點評用不同品種高效減水劑配制的預制構件混凝土工作性、混凝土早期強度發(fā)展規(guī)律、混凝土早齡期收縮性能以及構件外觀質量有較大差別。

　?。?）混凝土工作性能：以聚羧酸高效減水劑配制的混凝土流動性最好，坍落度損失小，混凝土不泌水，但兩種類型聚羧酸高效減水劑產(chǎn)品有較大區(qū)別，主要差別是通用型產(chǎn)品混凝土有輕微抓底現(xiàn)象，振動時氣泡也不易溢出；三聚氰胺高效減水劑混凝土出機流動性也較好，但坍落度損失略快，混凝土不抓底也不泌水，振動時氣泡少且較容易溢出；萘系高效減水劑混凝土流動性較差，坍落度損失較快，混凝土抓底明顯，容易泌水，振動時大氣泡多。

　　（2）3種減水劑3天前強度發(fā)展規(guī)律有較大差別：總體規(guī)律是聚羧酸高效減水劑>三聚氰胺系減水劑>萘系減水劑。其中，預制構件專用聚羧酸高效減水劑（PC-1）早期強度發(fā)展最快，28天強度也最高，尤其適合冬季低溫條件下預制構件施工。聚羧酸減水劑養(yǎng)護溫度越低越有利于28天強度發(fā)展。

　?。?）構件外觀：以三聚氰胺高效減水劑生產(chǎn)的混凝土構件外觀最佳，構件整體色澤均勻一致，外觀有光亮感，表面除個別體積稍大氣泡外，氣泡數(shù)量很少。聚羧酸高效減水劑混凝土構件外觀也較好，色澤均勻一致，表面氣泡小。萘系高效減水劑混凝土外觀色澤發(fā)暗，缺乏光亮感。

　?。?）對于設計強度較高的早強預制構件混凝土，外加劑品種對早期收縮變形的影響規(guī)律和預拌混凝土基本相同。在控制混凝土早齡期收縮方面，聚羧酸高效減水劑要優(yōu)于三聚氰胺系和萘系高效減水劑，對于提高構件體積穩(wěn)定性非常有利。