聚羧酸高效减水剂在钢纤维商品混凝土中的应用研究

2011-03-14肖丽君毛卓勋毛卓荣

商品混凝土 2011年10期

肖丽君，毛卓勋，毛卓荣

（1. 浙江恒立交通工程有限公司，浙江宁波 315153；2.浙江老虎山建材有限公司，浙江江山 324123）

1 引言

聚羧酸超塑化剂作为新一代减水剂，因其具有减水率高、粘聚性好、收缩率小、流动性能优越及更强的塑化和分散水泥颗粒等作用，在流态混凝土中具有能够提高混凝土拌合物的工作性、坍落度损失小等优点，越来越被工程施工所采用。特别是在高强混凝土施工工程中，聚羧酸超塑化剂的作用和效果更为明显。

钢纤维混凝土作为一种新型复合材料，近年来迅速发展起来。由于其抗拉强度、抗弯强度、耐磨性、耐冲击性、耐疲劳性、韧性、抗裂性和抗爆性都较普通混凝土有很大提高，多被用于公路路面、机场工程、桥面铺裂、隧道衬里等工程。特别在需要薄断面或不规则形状断面，不易或不能配置普通钢筋时，采用钢纤维混凝土更加体现出显著效果。

宁波庄桥机场某工程因工程设计中的特殊要求，采用C60钢纤维混凝土，该工程上部结构为拱形屋面，施工中混凝土浇注采用分格错位、从低往高逐步浇捣，其混凝土断面小，泵送高度12～13m。该工程现场无搅拌设施，整个工程23000多方混凝土采用商品混凝土供应。宁波恒立混凝土公司承担该工程全部混凝土的生产，搅拌站距工地25公里，运输时间约为30～40分钟。由于工程的特殊性，采用泵送流态高强钢纤维混凝土，宁波恒立混凝土公司采用浙江老虎山建材有限公司生产的“虎塔牌”TOR809聚羧酸超塑化剂生产C60钢纤维泵送混凝土。其结果无论从工作性或强度质量等方面都取得令人十分满意的效果。

2 混凝土原材料的筛选

2.1 水泥（C）

钢纤维混凝土水泥可采用42.5和52.5的普硅水泥，钢纤维混凝土的水泥用量普遍高于普通混凝土。经与其它厂家水泥对比试验，最终采用浙江红狮产P·O52.5普通硅酸盐水泥。性能指标见表1。

2.2 掺合料

钢纤维混凝土中根据性能和成本的考虑，我们掺用一定量的掺合料。

（1）粉煤灰（Fa）：采用宁波地区北仑电厂产Ⅰ级粉煤灰。性能指标见表2。

表1 水泥性能指标

表2 粉煤灰性能指标

（2）矿渣粉（S95）：采用张家港恒昌新型建筑材料厂生产的S95矿粉。性能指标见表3。

表3 矿渣粉性能指标

2.3 钢纤维（S）

采用北京产GS-2000（工顺牌）盾铃型钢纤维。性能指标见表4。

表4 钢纤维性能指标

2.4 砂

砂的细度模数对钢纤维混凝土强度有一定的影响，粗砂较细砂相比，粗砂配制的混凝土要比细砂强度高，但过粗容易泌水，过细则会增加水泥用量，宜采用中粗砂。宁波地区常采用淡化海砂，通过试配比较，最终我们采用福建中粗砂，细度模数为2.9。

2.5 石子

钢纤维混凝土采用表面较粗糙的碎石，能产生机械嵌锁作用。石子粒径不宜过大，否则影响钢纤维的分散。本次生产我们采用本地产火山石，最大粒径20mm。

2.6 混凝土外加剂

本次工程的外加剂分别采用萘系高效混凝土泵送剂和聚羧酸超塑化剂作试验比较，然后用不同厂家的聚羧酸超塑化剂作试验对比，最后在确定一个外加剂品牌的基础上，通过不同温度、不同材料及不同配比进行工作性、强度等试验，最后确定采用浙江老虎山建材有限公司生产的“虎塔牌”TOR809聚羧酸超塑化剂。性能指标见表5。

表5 钢纤维性能指标

2.7 水

宁波自来水公司供应的洁净水。

3 钢纤维混凝土（SFRC）配合比设计

我们依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2000）和《钢纤维混凝土结构设计和施工规范》（CECS38:92），同时参照陈建奎教授的流态混凝土全计算法，对C60钢纤维混凝土配合比经过严密的计算设计，其设计要求必须满足：①工程所需的抗压强度和抗拉强度的要求；②混凝土拌合料的耐久性应满足施工的要求；③充分发挥钢纤维的增强和增韧作用，合理确定钢纤维的用量；④降低钢纤维混凝土的成本。在试验室经过多次试拌，其配合比的主要特点为：钢纤维的掺量在1%左右时，其影响较小，超过1.8%时变化十分明显。对粗骨料最大粒径为15mm时能获得最大强度，粗骨料最大粒径超过25mm时钢纤维分散最差，其强度影响也最大。砂石含水率对钢纤维的分散较为突出，含水率＜3%时，其分散性不受影响，在含水率超过4%时混凝土易出现直径为10cm的钢纤维结团。由于掺入众多细长带钩的钢纤维，从而引起流动性的显著降低，要保持超大流动性和可泵性采用简单的加水和加大砂率是不能解决问题的。聚羧酸超塑化剂凭借着本身的优势，对配合比中其他材料的不足起着决定性的互补作用。配合比见表6。

表6 C60钢纤维泵送混凝土配合比 kg/m3

4 钢纤维混凝土搅拌工艺试验

混凝土搅拌是保证钢纤维在混凝土基体中均匀分布的重要环节，钢纤维混凝土搅拌的投料顺序和方法，以搅拌过程中钢纤维不产生结团和保证一定的生产能力为原则。钢纤维结团和粗骨料的粒径以及砂中的含水率有密切关系，同时与投料的顺序（先湿法或后湿法）以及搅拌时间有直接的关系。钢纤维在粗骨料中搅拌时间过长自身会产生一定的磁力，引起结团现象。在试验中我们发现，试验室与搅拌楼搅拌工艺也不尽相同。

4.1 试验室搅拌工艺

（1）试验室搅拌工艺，见图1。

（2）搅拌楼搅拌工艺，见图2。

图1 试验室搅拌工艺

图2 搅拌楼搅拌工艺

两种搅拌设备的不同，加料顺序和搅拌时间都有所调整，其中将砂调整在第一道投料是因为搅拌楼的装料系统原因。

5 工程准备与应用

聚羧酸超塑化剂的性能特性决定其不能与其它外加剂混合使用同一系统设备，否则会严重影响其各项性能。在同一系统设备中使用聚羧酸超塑化剂必须全面清洗干净。聚羧酸超塑化剂的储罐应用塑料桶作为长期储罐，否则储藏超过三个月，就会影响其效果。因此我们建立了一个单独上料系统，运输车则采取清洗的方法。

钢纤维混凝土由于使用复配后的（TOR809-Ⅲ）聚羧酸高效减水剂，搅拌时间较实验室时间有所缩短，出机坍落度控制在120～140mm，通过25公里长距离运输，实际送到工地出机坍落度保持在180±20mm以上。钢纤维混凝土在搅拌楼出机时显得比较干稠，影响运输车的装料时间和顺畅。我们采用折掉运输车的进料挡板，从而满足装车的速度。

本工程现场采取分格错位浇注混凝土，泵送高度12～13m，每车8m3混凝土泵送时间为7分钟左右。现场观察，混凝土流动性非常理想且无泌水现象发生，经过保养混凝土未见裂缝，施工现场交货三方验证试块强度检测结果。3d强度平均42MPa为设计强度70%，7d强度61MPa为设计强度的102%，28d强度75MPa为设计强度的125%，达到施工预期效果。