聚羧酸减水剂在管片混凝土中应用研究

2011-05-22王香港王玉策

商品混凝土 2011年9期

王香港，王玉策

（1.苏州市兴邦化学建材有限公司苏州 215155；2.中铁二十三局无锡分公司无锡 214400）

0 前言

随着城市化建设的快速发展，道路交通建设显得尤为重要。市场经济的繁荣离不开信息的传递，更离不开交通行业发展带来的便捷。地铁隧道工程是城市交通发展到一定阶段的标志。地铁隧道所使用的管片是高性能混凝土预制品，混凝土由高性能聚羧酸减水剂调节后，拌制出满足生产工艺要求的混凝土，经振动成型、收光抹面、蒸养、脱模水养（28d）之后投入使用。目前，管片生产厂家都采用生产效率比较高的流水线，提高模具的周转率，降低生产成本。那么，对减水剂的要求就比较高，特别是要求具有早强性能。对此工艺要求，本文经过相关试验做出了适合管片生产要求的高性能聚羧酸减水剂。

1 工程概况

无锡市轨道交通一、二号线工程盾构区间单线隧道长约72km，管片总环数约60000环。1号线为南北向交通骨干线，北起堰桥，南至雪浪，2号线为东西向交通骨干线，西起梅园，东至安镇，公司承揽约20000环地铁管片生产，钢筋混凝土管片内径为5.5m，外径为6.2m，环宽1.2m，厚度为0.35m。钢筋混凝土管片供应时间从2010年5月至2013年10月，共42个月。

2 试验研究

2.1 原材料和试验仪器

（1）采用海螺P·Ⅱ52.5级水泥，比表面积为359m2/kg。其他检测结果见表1。

（2）集料

细集料采用Ⅱ区中砂，细度模数2.8，含泥量0.4%；粗集料采用碎石，5～25mm的连续粒级颗粒级配，其中70%为16mm以上的碎石，含泥量0.3%。

（3）粉煤灰

采用江苏利港电厂的Ⅰ级灰，烧失量0.87%，细度7.0%。

（4）减水剂

采用苏州市兴邦化学建材有限公司生产的PC3018早强型聚羧酸高性能减水剂，国内著名厂家早强型聚羧酸减水剂A型，国际知名聚羧酸高性能减水剂B、C（适用于管片生产）。

（5）试验仪器

表1 水泥检测结果

HJW-60型混凝土卧式搅拌机，无锡市锡威仪器机械厂；

LC-615A型日本三洋混凝土含气量测定仪，上海劳瑞仪器设备有限公司；

混凝土贯入阻力仪，无锡建仪仪器机械有限公司。

2.2 试验方法

参照GB8076-2008，对所使用的减水剂进行常规检测，对比其减水率、含气量等指标；然后进行早强性能对比，进行复配；再通过混凝土蒸养对比进行验证；最后进行试生产的验证。

蒸养制度：40℃～50℃，蒸养3.5小时。蒸养之前进行不少于三次抹面。

2.3 试验过程及数据

2.3.1 水泥适应性

减水剂对水泥的适应性能的优劣，直接影响到其使用功能。要判定PC3018对水泥的适应程度，采用水泥净浆流动度来进行验证，这也是比较公认的方法。

表2 减水剂水泥适应性

从表2可以看出，PC3018的水泥适应性能很好，与其他三种减水剂相比，在对水泥的适应性能上没有大的区别，说明PC3018对水泥适应性能较好。

2.3.2 减水剂基础性能对比

参照GB8076-2008对聚羧酸高性能减水剂的要求，按照其检测要求，对减水率，含气量等进行检测。

表3 减水剂混凝土基本性能对比

从表3和图1可以看出，PC3018减水率和标养强度与B型减水剂都比较接近。唯一最大的区别是含气量，PC3018含气量高。其他两种减水剂的含气量与PC3018相接近，标养下，早期强度增长较慢。聚羧酸高性能减水剂由于其合成工艺的特性，造成聚羧酸减水剂是引气型减水剂，一般含气量在3%～5%之间，GB8076-2008规定含气量≤6%。说明聚羧酸高性能减水剂必须经过消泡处理才能满足有特殊要求的预制品生产工艺。A-型减水剂，含气量低于常规聚羧酸减水剂，是经过消泡工艺处理的。目前，通过合成控制聚羧酸减水剂含气量低于2%的还未曾出现。根据表3，必须对PC3018进行消泡处理。

2.3.3 早强性能对比

管片生产要求，在两小时内模具要进入蒸养房，否则会影响生产效率，增加生产成本。那么，两小时进入蒸养房要求混凝土能较快凝结，产生一定的强度。

管片生产有预养期，一般指地铁管片浇灌成型后到加热升温前这一段静停放置时间。预养阶段的作用在于提高水泥在热养护开始以前的水化程度，使混凝土具有必要的初始结构强度，以增强混凝土对升温期结构破坏的抵御力。混凝土制品预养时间越长，混凝土的初始结构强度就越大，混凝土蒸养后，制品内部损伤就越小。但是预养期不能过长，否则会影响生产周期，降低模具的周转率。这里就存在一个最佳预养期问题，著名混凝土专家吴中伟教授指出，最佳预养期为混凝土强度达到0.39～0.49MPa 时所需的时间[1]。因此混凝土要求快速凝结，所使用的减水剂早强性能较好。对两种减水剂早强性能的对比结果见表4。

表4 PC3018早强性能检测

从图2可以看出，在同等试验条件下，PC3018的早强效果与B型很接近，初凝时间只晚13分钟，终凝时间相接近。其他两种相对较差。

2.3.4 PC3018消泡和结果验证

通过上述实验，可以知道PC3018在管片生产的使用上还不能完全满足生产工艺的要求，需要进行消泡方面的改进。

降低减水剂的含气量，要选用消泡效果较好的消泡剂，要求消泡剂不影响减水剂的性能，不能明显降低其减水率，改变混凝土拌合物的和易性能。选择合适的消泡剂首先要考虑与减水剂相容性问题，如不相容，会造成混合不均匀产品性能不稳定，影响生产；其次是掺量，消泡剂掺量小，起不到消泡作用；掺量大，会产生泌水，影响正常生产使用。目前，市场上的消泡剂大致分为三类：一是有机硅类；二是聚醚类；三是高碳醇类。三种消泡剂各有优劣，此次选用有机硅类消泡剂，是经过大量实验确认，判定适用于PC3018，掺量为0.05%，PC3018含气量1.8%。其早强性能对比见表5。