早强型聚羧酸减水剂在PHC 管桩中的应用研究

2020-07-06袁荣辉徐春红

广东建材 2020年6期

袁荣辉徐春红

（广东博众建材科技发展有限公司）

0 引言

近年来，随着城市化进程的加快，国家对建筑业的投入逐年加大，建筑行业得到空前的发展。PHC 管桩是近年来发展较快、应用较广泛的一种高强混凝土制品，具有强度等级高、承载力大、抗冲击性能好、施工方便等优点，广泛应用于工业与民用建筑、铁路、公路、桥梁、港口、码头、市政及大型设备基础工程[1-3]。目前，PHC 管桩制作工艺中，普遍采用“合模后置式布料工艺”，这种工艺需要6 至8 人从事抹平和清理上下模贴合处混凝土的工序，劳动强度大，生产效率低，并且管桩业招工越来越困难，人工投入成本高[4,5]。管桩布料系统用机械产品替代人工布料，达到减少劳动力，降低成本，提高产能，实现自动化生产目标。管桩行业引入泵送混凝土进行闭模喂料生产技术，可大幅减少管桩生产台前的用工数量及劳动强度，提高生产效率。为了配合混凝土泵送工艺，PHC 管桩混凝土必须具有较好的流动性和保坍性能。而传统的工艺中，在管桩制作过程成普遍采用坍落度为30mm～50mm 的塑性混凝土。萘系减水剂具有减水率较高、与不同水泥的适应性好、性能稳定等优点，所以在管桩几十年的发展历程中，一直占据管桩用外加剂的主导地位[6]。随着管桩自动化泵送工艺的发展，需要配制出流动性好、黏聚性好及保坍性好的大流动性混凝土，萘系减水剂存在黏聚性不好、保坍性能差的缺点，不适用于大流态混凝土的自动化泵送工艺。聚羧酸减水剂因具有含气量低、高减水、高保坍、黏聚性好、绿色环保等优点而逐步取代萘系，广泛应用于PHC 管桩中。

针对PHC 管桩混凝土泵送工艺对混凝土性能的要求，我公司选用较长侧链的聚醚大单体（HPEG4000），利用水溶性自由基聚合反应，将酰胺、磺酸基等具有早强功能的活性单体引入减水剂分子结构中，合成一种含气量低、减水率高、具有降粘性能、早期强度高的早强型聚羧酸减水剂。

1 实验部分

1.1 实验原材料

甲基烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG，相对分子质量约4000），工业级，佳化化学有限公司；丙烯酸（AA），工业级，江苏裕廊；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）；巯基乙醇，工业级，南京棋成；抗坏血酸（Vc），工业级，石药集团；27.5%过氧化氢及32%氢氧化钠均为工业级。

1.2 测试原材料

水泥：海螺水泥P·II52.5R，广东英德海螺水泥有限责任公司；

磨细砂：比表面积4200cm2/g；

砂：机制砂，细度模数2.9；

石：碎石，5mm～25mm 连续级配；

减水剂：聚羧酸减水剂，浓度20%。

1.3 合成实验

实验采用水溶性自由基聚合。反应的具体步骤为：先将部分水和甲基烯丙基聚氧乙烯醚大单体加入到四口烧瓶中，加温，快速搅拌，待大单体全部溶解，并且温度稳定在35℃时，加入过氧化氢，搅拌3min，然后将丙烯酸和-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的混合水溶液、巯基乙醇和抗坏血酸的混合水溶液分别均匀滴加至四口烧瓶中，滴加时间为3 小时，滴加完毕后继续保温1.5 小时。用32%氢氧化钠水溶液中和至pH 为5.0～7.0，加水调节固含量至40%，得到所需早强型聚羧酸减水剂PZQ母液。

1.4 性能测试

水泥净浆流动度测试：参照GB/T 8077－2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中规定的混凝土外加剂对水泥的适应性检测方法进行测定。

混凝土拌合物坍落度，扩展度测试：参照《普通混凝土拌合物性能试验方法》GB/T50080－2011 进行。混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比

混凝土的粘度情况评价：参照JGJ281－2012《高强混凝土应用技术规范》进行拌合物性能的测试，利用倒坍落度桶测试新拌混凝土的排空时间。

按照GB13476－2009《先张法预应力混凝土管桩》的要求进行试验，其中管桩混凝土抗压测试试样尺寸为100mm×100mm×100mm。管桩混凝土蒸养强度试验采用将成型好的试块在室温（20±5）℃下静停养护30min，后在蒸养池（80℃）中蒸养5h，取出试块放在空气中放置使之冷却，然后进行抗压强度测试；蒸压强度测试采用将蒸养后的试块置于蒸压釜中（180℃，1MPa）蒸压养护8h，取出试块放在空气中放置使之冷却，然后进行抗压强度测试。

2 结果与讨论

2.1 早强型聚羧酸减水剂对水泥净浆流动度的影响

图1 为我公司早强型聚羧酸减水剂PZQ 与普通聚羧酸减水剂PC 的水泥净浆流动度随时间变化的曲线。从图中可以看出，我公司早强型聚羧酸减水剂PZQ 的净浆流动度比普通聚羧酸减水剂的略大一些，随着水泥的不断水化，二者都呈现逐渐降低的趋势，而早强型聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度的降低趋势明显小于普通聚羧酸减水剂，其在水泥中的分散性和流动性能要优于普通聚羧酸减水剂。

图1 聚羧酸减水剂水泥净浆流动度随时间的变化

2.2 早强型聚羧酸减水剂对混凝土蒸养蒸压强度的影响

图2 为我公司早强型聚羧酸减水剂PZQ 与普通聚羧酸减水剂PC 对混凝土蒸养、蒸压强度的影响。由图2可以看出在相同外加剂掺量下，加入早强型聚羧酸减水剂的混凝土的蒸养强度和蒸压强度要高于加入普通聚羧酸减水剂的混凝土。

图2 聚羧酸减水剂对混凝土早期强度的影响

2.3 早强型聚羧酸减水剂对混凝土性能的影响

采用相同的用水量和外加剂掺量，观察我公司的早强型聚羧酸外加剂与普通聚羧酸减水剂对混凝土坍落度、扩展度、含气量、排空流速以及强度的影响。混凝土的试验结果见表2。

由表2 可以看出，掺加早强型聚羧酸减水剂的混凝土的坍落度和扩展度与掺加普通聚羧酸减水剂的混凝土相比略大一些，其减水率比普通聚羧酸减水剂的高。排空时间明显短于普通聚羧酸减水剂，混凝土状态比较松软，便于泵送施工。从含气量的结果可以看出，早强型聚羧酸减水剂的含气量略低，其蒸养强度和蒸压强度也较高。

表2 混凝土试验结果

综合对比我公司早强型聚羧酸减水剂PZQ 与普通聚羧酸减水剂PC 在水泥净浆流动度、蒸养蒸压强度和新拌混凝土性能的试验测试结果可以看出，早强型聚羧酸减水剂PZQ 的减水率、蒸养蒸压强度、工作性能明显优于普通聚羧酸减水剂。

3 工程应用

3.1 简介

广东某管桩厂，所使用的材料及配合比如1.4 节及表1 所示。要求混凝土初始坍落度控制在160mm～180mm，蒸养强度大于45MPa，蒸压强度大于90MPa。该厂原使用的聚羧酸减水剂由于蒸养和蒸压强度偏低，混凝土保持性能较差，混凝土粘度稍大，不能满足生产需求，为此，我公司开始开发早强型聚羧酸减水剂，用以解决泵送混凝土的蒸养、蒸压强度、工作性能等问题，并且开始应用。

3.2 生产应用

按照上述配比，应用我公司早强型聚羧酸减水剂和该厂原聚羧酸减水剂的混凝土同时生产浇筑，生产数据见表3。应用我公司早强型聚羧酸减水剂的混凝土与应用该厂原聚羧酸减水剂的混凝土在外加剂掺量一样的情况下，应用我公司早强型聚羧酸减水剂的混凝土的坍落度大一些，且不泌水，浆体饱满，具有良好的工作性能，易于泵送。此外，我公司早强型聚羧酸减水剂相比于该厂原聚羧酸减水剂蒸养强度和蒸压强度的增长也较快。