混凝土毛面处理新工艺
2005-05-13 00:00
[摘 要]“毛面剂法”是—种功效高的水泥混凝土毛面处理新工艺，其工艺优于传统的混凝土毛面处理方法，也不同于一般的“缓凝剂”法，并且避免了传统法的种种缺陷。sK—H毛面剂呈中性，无毒无味，安全可靠，对人体、钢筋、环境、混凝土均无不利影响。毛面剂在工程应用中取得了良好的效果。
[关键词]混凝土 施工缝 毛面
前言
由中国水利水电第三工程局施工研究所研制的SK—H系列混凝土毛面剂，专门用于水泥混凝土施工缝的毛面处理。其使用效果明显优于传统的人工打毛、风镐凿毛、风砂枪冲毛、高压水冲毛等混凝土施工缝的毛面处理方法，是一种功效高的混凝土毛面处理新工艺。它有别于传统的缓凝剂处理法，避免了直接用缓凝剂处理毛面的种种缺陷。SK—H毛面剂已在小浪底、大峡、万家寨、安康等工程中获得应用，取得了比较好的使用效果。
1 混凝土毛面处理方法
1.1 传统方法
对于大体积混凝土浇筑分缝的处理，传统的处理方法为人工凿毛、风镐打毛、风砂枪和高压水冲毛。这些方法普遍存在着劳动条件差、强度大、功效低、进度慢和混凝土损失大的缺点。如以3m为一个浇筑层计算，一般浪费已浇混凝土1％以-上；如果浇筑层薄，或采用在混凝土初凝之前用水冲的办法，则损失更大。另外机械打毛容易造成深层混凝土的松动和裂缝，降低混凝土的整体性，与毛面处理的初衷相悖。
国外比较流行的机械处理方法如高压水冲毛(水压达35MPa以上)、机械式钢丝刷刷毛等虽然工效高，但工艺过于复杂、造价高、配套设备(如高压喷嘴、高压管接头)加工困难，不适合我国国情。
1.2 “缓凝剂”法
针对传统方法的种种缺点，曾有施工单位采用柠檬酸、糖蜜、木钙及其它缓凝减水剂等水溶性物质，来处理混凝土平、立面施工缝。其大致方法是将上述物质配置成一定浓度的溶液，将此溶液均匀涂刷在模板上(施工缝为竖向时)或喷洒在新浇筑的混凝土表面上(施工缝为水平向时)，使之形成缓凝层。经10～20小时后，待缓凝层以内或以下的混凝土硬化到一定的强度，用水冲刷形成毛面。这种方法根据实际使用经验，主要有以下缺点：
1)此类溶液普遍存在着对模板、混凝土表面吸附性差的弱点，实际应用中极难做到均匀涂刷或喷洒，导致仓面呈“花脸状”，还需二次处理；
2)由于不能做到均匀涂刷或喷洒，使得局部掺量难以控制。众所周知，混凝土中缓凝剂。的掺量有比较严格的限制，若超过限量，则对混凝土的后期强度有负面影响。比如当糖蜜的掺量大于1％时，混凝土将长期酥松不凝，大于4％时，R28强度仅为不掺的1／10左右，木钙也有类似的情况；
3)可冲毛时间难以适应实际施工的需要。实际施工立面拆模时间不可能均保证在缓凝剂有效期以内。因为影响拆模时间的因素较多，如结构受力的影响、工序的影响等。
4)柠檬酸对钢筋、混凝土、人体均有较强的腐蚀性。糖蜜、木钙对环境有一定的污染，其残留物对模板的胶着性很强，难以清洗。
1.3 “毛面剂”法
1.31 毛面剂的作用机理
其作用机理分为两个方面：一方面是利用毛面剂中的主剂成分在水泥及其水化物表面上的吸附作用，与水泥反应生成不溶层，延缓水泥凝结和硬化；另一方面是利用其内部辅剂的载体及缓释作用使其有效性仅作用于混凝土表层、有效时间满足实际施工工序衔接的要求。
1.3.2 施工工艺
1)非模板面：非模板面指在浇筑混凝土时不需要架立模板的仓号表面，一般指平面。非模板面的施工工艺为：新浇混凝土表面平整后，随即将毛面剂覆涂在混凝土表面，覆涂量每m²约0．4～1．0kg，收仓后1至7天内均可用0．1～0．3MPa常压水冲毛。
2)模板面：模板面指在浇筑混凝土时需要架立模板的仓号表面，一般为竖直面、曲面、顶面等。模板面的施工工艺为：将毛面剂涂刷在模板内侧，覆涂量每平米约0．4～0．6kg，然后浇筑混凝土，拆模后常压水冲毛(最长期限为7天)。
2 SK—H系列毛面剂的特性
在研制混凝土毛面剂的过程中，其原则是以安全、保证质量为基础的前提下追求省时、省力和高效。所以，混凝土毛面剂的配制及合成所用的原材料对混凝土及环境无不利影响和无毒害是配方选择的必要条件。
2.1 物理、化学性质
配制好的混凝土毛面剂为黄色浆液、无气味、无毒；易溶于水，呈中性，PH值为6．5~7．5之间。毛面剂在各种不利环境下的使用性能稳定。毛面剂在0℃时开始冻结，但解冻后其性能不变。试验方法如下：
试验一：将涂有毛面剂的混凝土试件放入-5℃的低温箱，冻结3天，再移至10℃的室温下解冻24小时，用0．1MPa左右的压力水冲洗试件，仍可出现理想的毛面；
试验二：将毛面剂涂刷在模板上(木模或钢模均可)，待其干燥后再浇混凝土，1～7天拆模冲洗，均能得到理想的毛面。
2.2 残留物对混凝土性能的影响
2.2.1 通常情况下，夹带毛面剂的混凝土表层被冲刷干净，为了验证毛面剂在施工时因不慎滞留混凝土表面而混入新浇、未凝混凝土中后，对混凝土性能的影响，将混凝土毛面剂按水泥用量的0％、0．1％、0．3％、0．5％、2％、6％等六种掺量加入混凝土拌合物中，然后成型养护，进行不同龄期的抗压、劈裂抗拉强度的对比试验，结果见表1、(表中数值分子为强度值，分母为强度比。“抗拉”为劈裂抗拉强度。)
试验结果表明，当毛面剂的掺量在6％以下时，无论是纯水泥混凝土还是掺有粉煤灰的混凝土，总的趋势是早期强度偏低，且有随掺量的增加，龄期愈短强度愈低的趋势。但28天强度又十分接近不含毛面剂的混凝土强度，这说明残留在混凝土的少量毛面剂不会对混凝土主要力学性能构成影响。
2.2.2 将毛面剂按水泥砂浆试件中水泥用量的0．1％、0．3％、0．5％三种掺量掺入到砂浆试件中，成型养护后用立式收缩仪测其胀缩率，测量精度为0．01mm，试验结果见表2。
试验结果表明，掺0．1％毛面剂的试件，其28天龄期根本不收缩。掺0．3％毛面剂的试件28天龄期收缩-l.71乘以10的负4次方。无膨胀现象。
2.2.3 酸碱度试验
毛面剂PH值为6．5~7．5，呈中性，因此与混凝土反应后不会改变混凝土的酸碱度，因此，使用毛面剂不会导致混凝土碳化的加剧。将混凝土试块和钢筋浸入配制好的毛面剂中，经过不同的时段分别观测试件表面并秤重，结果未发现有异常现象，说明毛面剂不会对钢筋或混凝土产生任何酸性或碱性反应的危害。试验结果见表3、表4。
表1 抗压及劈裂抗拉试验结果（单位：Mpa）
|
掺量
龄期 |
0% |
0.1% |
0.3% |
0.5% |
备注 | ||||||||
|
抗压 |
抗拉 |
抗压 |
抗拉 |
抗压 |
抗拉 |
抗压 |
抗拉 |
二级配C20混凝土，525#水泥掺木钙及引气剂 | |||||
|
R7 |
15.5/100 |
1.24/100 |
15.3/99 |
1.12/90 |
13.7/88 |
1.07/86 |
14.6/99 |
12.9/104 | |||||
|
R14 |
24.15/100 |
1.52/100 |
21.8/90 |
1.55/95 |
20.7/86 |
1.51/99 |
22.3/92 |
1.66/109 | |||||
|
R28 |
28.21/100 |
2.18/100 |
27.4/97 |
2.25/103 |
27.1/96 |
2.36/109 |
28.0/99 |
2.48/114 | |||||
|
掺量
龄期 |
0% |
2% |
6% |
二级配，C15混凝土，525
#纯大坝水泥、掺木钙及引
气剂。 | |||||||||
|
抗压 |
抗拉 |
抗压 |
抗拉 |
抗压 |
抗拉 | ||||||||
|
R7 |
13.4/100 |
1.43/100 |
14.6/109 |
1.34/94 |
11.7/87 |
1.28/90 | |||||||
|
R14 |
19.0/100 |
1.60/100 |
21.3/112 |
1.98/124 |
17.5/92 |
1.24/77 | |||||||
|
R28 |
26.7/100 |
2028/100 |
28.4/106 |
2.58/113 |
21.5/81 |
2.1/92 | |||||||
|
掺量
龄期 |
0% |
2% |
6% |
二级配，C15混凝土，525
#纯大坝水泥，掺30％粉煤
灰，木钙及引气剂。 | |||||||||
|
抗压 |
抗拉 |
抗压 |
抗拉 |
抗压 |
抗拉 |
| |||||||
|
R7 |
11.5/100 |
1.21/100 |
11.4/99 |
1.32/109 |
9.03/79 |
11.4/94 | |||||||
|
R14 |
19.0/100 |
1.60/100 |
21.3/112 |
1.98/124 |
17.5/92 |
2.1/92 | |||||||
|
R28 |
26.7/100 |
2.28/100 |
28.4/106 |
2.58/113 |
21.5/81 |
2.1/92 | |||||||
表2 缩胀试验结果
|
掺量
(%) |
标准棒长
(mm) |
试件读数(mm) |
试件长度变化 |
膨胀率
*10-4 | ||||||
|
基准长 |
3天 |
7天 |
9天 |
11天 |
15天 |
28天 | ||||
|
0.1 |
175 |
175.21 |
175.21 |
175.21 |
175.21 |
175.21 |
175.21 |
175.21 |
0 |
0 |
|
0.3 |
175 |
175.26 |
175.26 |
175.25 |
175.25 |
175.24 |
175.24 |
175.23 |
-0.03 |
-1.7 |
|
0.5 |
175 |
175.20 |
175.20 |
175.18 |
175.18 |
175.18 |
175.18 |
175.18 |
-0.02 |
-1.14 |
表3 Ph值试验结果
|
|
不涂毛面剂 |
涂毛面剂 |
24小时冲洗 |
备注 | |
|
PH值 |
纯水泥 |
13 |
13 |
13 |
用Ph值试纸测定 |
|
掺粉煤灰 |
12 |
12 |
12 | ||
表4 腐蚀性试验结果
|
|
1天 |
3天 |
7天 |
14天 |
28天 | |
|
混凝土 |
重量(g) |
117 |
117 |
117.2 |
117.4 |
117.4 |
|
外观 |
无变化 |
无变化 |
无变化 |
无变化 |
无变化 | |
|
钢筋 |
重量(g) |
194.4 |
194.2 |
194.2 |
194.2 |
194.2 |
|
外观 |
无变化 |
无变化 |
无变化 |
无变化 |
无变化 | |
2.3 对施工缝抗拉强度的影响
试验采用40cmX 40cmX 40cm的试件，先成型试件的下半部分，养护两天采用不同的方法处理施工缝，然后进行上半部分混凝土成型。养护28天后再作缝面劈裂抗拉强度试验，试验结果见表5。
表5 劈裂抗拉强度试验结果
|
试样状态 |
混凝土劈裂抗拉强度 | ||
|
R7 |
R14 |
R28 | |
|
一次成型正常试块 |
1.6/100 |
2.2/100 |
2.5/100 |
|
两次成型,人工凿毛 |
0.9/56 |
1.8/82 |
2.2/88 |
|
两次成型,毛面剂处理 |
1.0/63 |
1.8/82 |
2.3/92 |
上述试验结果表明，用毛面剂处理的施工缝和用人工凿毛处理的施工缝，在同样的试验条件下，抗拉强度十分近似，而且规律也比较清楚。故认为在同等施工条件下，用毛面剂法代替其它方法处理混凝土施工缝不会降低混凝土的整体性。
2.4 社会效益和经济效益
使用混凝土毛面剂处理混凝土平立面施工缝，不仅能改善工人劳动条件、减轻工人劳动强度；提高工效、加快进度和提高新老混凝土结合面质量，而且经济效益显著。经济对比见表6。
表6 不同混凝土毛面处理方法经济对比
|
处理方法 |
每100m²消耗直接费 |
间接费
(元) |
混凝土损失费(元) |
总费用
(元) | ||||
|
人工费(元) |
机械费(元) |
材料费(元) |
其他费(元) |
合计(元) | ||||
|
毛面剂 |
20.94 |
0 |
150 |
10 |
180.94 |
16.28 |
350 |
547.22 |
|
工人凿毛 |
244.11 |
0 |
15 |
15 |
274.11 |
232.99 |
1050 |
1557.1 |
|
风镐凿毛 |
93.9 |
234 |
17.2 |
5 |
350.10 |
31.51 |
1050 |
1431.61 |
3 工程应用实例
1998年6月该毛面剂在小浪底水利枢纽工程三条明流洞边墙混凝土浇筑中应用。该边墙分段分层浇筑，层高3m，层间按水平施工缝处理，因混凝土标号高(C70,配比见表7)，早期早期强度高，所以人工凿毛不但拖延工期，而且造成很大的浪费。改用毛面剂工艺后，加快了工期，节约了成本。以3#明流洞0+420～0+440桩号左边墙第三层为例统计如下：
仓面积：1.5X20＝30m³毛面剂用量：12kg涂刷毛面剂耗用工日数：1／8(工日)X2(人)＝0.25(工日)冲刷毛面耗用工日数：l／4(工日)X2(人)＝0.5(工日)用水量：6m³因冲毛形成混凝土弃渣：0.3m³
表7 6m³C70混凝土材料用量表
|
材料名称 |
525#水泥(kg) |
水
kg |
砂(kg) |
砾石(kg) |
冰
(kg) |
硅粉
(kg) |
粉煤灰
(kg) |
减水剂 | |||||
|
粗 |
细 |
5~20 |
20~40 |
VZ |
NN |
LVZ |
LNN | ||||||
|
用量 |
1140 |
100 |
490 |
1475 |
1795 |
1630 |
180 |
102 |
250 |
4200 |
12900 |
3000 |
12880 |
4 结束语
混凝土毛面剂是混凝土毛面处理工艺的革新。该剂呈中性，无毒无味，安全可靠，对人体、钢筋、环境、混凝土均无不利影响。价格便宜，使用方便，有一定的推广实用价值。
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