一种管桩混凝土专用聚羧酸减水剂的研究开发

2021-04-27王照能彭飞邓磊

商品混凝土 2021年4期

王照能，彭飞，邓磊

（云南科之杰新材料有限公司，云南昆明 650605）

0 前言

近年来，随着国家基础设施的大力建设，预应力混凝土管桩的使用越来越普遍，如水泥电杆、地铁管片、城市地下排洪管道等。预应力高强混凝土管桩（简称PHC 管桩）是一种重要的桩基材料，高层建筑、大跨度桥梁和高速公路等现代工程均离不开优质的桩基础。应用桩基础可以缩短建设周期，同时节约大量的能源材料，因而在建筑业得到了广泛应用[1]。

聚羧酸减水剂主要通过聚醚大单体与带有不饱和双键含亲水基团的丙烯酸及丙烯酸类衍生物反应制得，虽然在坍损控制、减水率可调、提升强度、节省水泥、改善管桩表面光滑度、提高劳动生产率、降低劳动强度、环保安全、功能可调、混凝土黏聚性等方面比萘系减水剂有着很好的优势[2]，但由于其本身表面活性剂的引气功能使得混凝土预制构件表面气孔较多，呈蜂窝麻面状。且预制管桩混凝土通常要求早期强度高、混凝土和易性好、混凝土外加剂中缓凝和坍落度保持剂组分少，造成混凝土坍落度损失过快，不易施工。

为了解决管桩混凝土损失过快、外观蜂窝麻面等问题，国内外主要是从浇筑工艺、脱模剂等方面进行改善，但效果并不明显。因此，本文通过使用我司不同型号的高和易性减水母液、保坍母液、功能助剂进行复配，然后进行管桩混凝土试验，研究不同配比聚羧酸减水剂对管桩混凝土施工性能、抗压强度及表观的影响，以解决管桩混凝土生产和使用中存在的性能问题。

1 试验原材料、仪器设备及试验方法

1.1 试验原材料与仪器设备

本试验所用原材料详细信息如表 1 所示。本试验所用主要仪器详细信息如表 2 所示。

根据需方试验室技术要求，所供应的减水剂需符合以下条件：

（1）减水剂掺量 2.0%，水泥净浆初始流动度210～220mm；

（2）减水剂掺量 4.0%，混凝土初始坍落度100mm，混凝土经时 0.5h 后坍落度损失≤20mm；

（3）混凝土含气量≤1.0%；

（4）管桩内外壁无蜂窝、麻面；

表 1 试验原材料

表 2 主要仪器

（5）早期强度高。

1.2 性能测试方法

（1）水泥净浆流动度测试：将所配的聚羧酸减水剂按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行对比测试。

（2）混凝土性能测试：参照 GB 8076—2008《混凝土外加剂》进行 C80 管桩混凝土性能试验。

2 结果与分析

2.1 水泥净浆测试

调整聚羧酸减水剂中减水母液、保坍母液、缓凝剂、早强剂及消泡剂及引气剂用量，测试不同配比的减水剂（掺量 2.0%）对水泥净浆流动度的影响。水泥净浆配比和流动度测试结果如表 3 所示。

表 3 聚羧酸减水剂与功能小料配比及性能

由表 3 可知：当减水剂掺量为 2.0% 时，减水剂PC-1、PC-2、PC-3、PC-4 的水泥净浆初始流动度皆小于 210mm；减水剂 PC-5 与 PC-6 的水泥净浆初始流动度大于 210mm，且 2h 后净浆流动度损失较小，分别只损失了 10mm 和 12mm。综上所述，只有减水剂 PC-5与 PC-6 水泥净浆流动度符合需方的技术要求。

2.2 混凝土性能测试

将表 3 配制的 PC-5 与 PC-6 减水剂溶液进行 C80管桩混凝土试验（减水剂掺量 4.0%），混凝土配合比见表 4，测试结果如表 5 所示。

表 4 混凝土试验配合比 kg/m3

表 5 混凝土性能测试结果

由表 5 测试结果可知，掺 PC-5 减水剂的混凝土初始坍落度为 96mm，经 0.5h 后损失 24mm；掺 PC-6减水剂的混凝土初始坍落度为 92mm，经 0.5h 后损失 10mm。两种混凝土的含气量均小于 3.0%，1d 抗压强度均大于设计要求的 60%，28d 抗压强度均大于80MPa，混凝土初凝和终凝时间提前约 1h。

2.3 管桩混凝土表观比较

图 1 不同减水剂 C80 管桩混凝土管桩外观对比

为进一步比较 PC-5 与 PC-6 在 C80 管桩混凝土中性能的差异，将 PC-5 与 PC-6 进行混凝土 C80 管桩浇筑对比试验，其 C80 管桩混凝土成型状态见图 1。从图 1 可看出，掺减水剂 PC-5 的混凝土管桩外观较好，有点粗糙，有细小的气孔；掺减水剂 PC-6 的混凝土管桩较为光滑，且表面无肉眼可见的气孔。这是由于减水剂配方 PC-5 中缓凝剂用量为 0.5%，含有缓凝成分，会延长混凝土的凝结时间，因此管桩外观较粗糙，会出现细小的气孔。PC-6 减水剂配方中无缓凝成分，凝结时间适宜，外观较为光滑均一。综上考虑，只有减水剂 PC-6 符合施工技术要求。

2.4 C80 管桩应用

为了有效解决 C80 管桩混凝土外观蜂窝麻面、表面多孔、成型制件差等问题，我司将 PC-6 聚羧酸减水剂送至需方进行 C80 管桩浇筑成型，其现场施工应用如图 2 所示。该 C80 管桩脱模成型后，外观光滑、无蜂窝麻面、内壁光滑、无挂浆、成型状态较好，可成功运用于 C80 管桩的浇筑成型，需方反馈施工效果良好。

2.5 管桩混凝土浇筑质量控制建议

在云南地区由于材料复杂多变，对于管桩混凝土浇筑质量控制的要求较高。建议混凝土浇筑时坍落度控制在 80～100mm 为好，且应控制混凝土坍落度 0.5h 内的坍落度损失。当混凝土坍损过大、过快且混凝土触变性、保水性、粘聚性等发生变化时，应及时有效地解决混凝土质量问题。当砂石材料波动变化大、级配差等情况出现时，应及时联系外加剂厂家调整相应外加剂配比；浇筑模板脱模剂应当涂抹均匀，以保证混凝土表面无蜂窝、麻面；管桩混凝土成型后，应进行有效及时的保养与维护，切不可将成型好的预制件管桩混凝土存放于温差大、曝晒、干燥的环境中。