超缓凝高效减水剂的开发和应用研究

2005-09-24 00:00

钻孔咬合桩施工工艺是现今最先进的建筑桩基施工方法之一，所谓钻孔咬合桩就是采用机械钻孔施工、桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构，它被广泛应用于高架立交桥、燧道、地铁及其它的大型建筑工程的地桩施工，据报道，杭州地铁就将全部使用咬合桩施工工艺。而咬合桩工艺的一个核心原料就是超缓凝砼，其要求初凝时间要控制在60小时以上，而砼的凝结时间主要依靠外加剂来控制。从2005年3月份着手超缓凝高效减水剂的研制，历经4个多月的努力，于近期试配成功并完成了相关的试验室测试工作，具体情况如下：

一、 超缓凝高效减水剂相关性能要求

按照工程的需要，该种外加剂所配制的混凝土初凝时间要求不小于60小时；凝结时间能根据工程实际需要和气温的变化具备可调性；除3天强度外，其余各项技术性能指标完全满足GB8076-1997《混凝土外加剂技术规范》要求。

二、 超缓凝高效减水剂的配方设计思路

超缓凝高效减水剂缓凝时间的长短主要决定于缓凝组分的种类及比例，各缓凝成分对混凝土的作用不仅仅是调节凝结时间，对其它性能影响也较大，比如减水率、强度比、工作性等，而减水率的大小主要取决于减水成份的品种和所占有的比例。因此，原料品种与复合比例是本次研究的主要对象，力争以最低的成本达到最好的缓凝效果和减水效果，并同水泥等胶凝材料具有良好的适应性。

1、减水组份的选择

目前市场上使用的减水剂主要有萘磺酸甲醛缩合物，氨基磺酸盐，磺化三聚氰胺，聚羧酸类等系列，后三者性能最好，但由于价格昂贵，使用上受到限制，这次试验我们重点考虑了萘磺酸甲醛缩合物和氨基磺酸盐两个系列，并对其不同厂家的样品进行相关性能对比实验，分别确定出了性价比最好的一家产品作为这次超缓凝减水剂的主要减水组分，并分别选择一种辅助减水组分使之复合，以改善其性能单一的不足和降低生产成本。

2、缓凝组份的选择

这次试验我们重点考察了木钙、糖蜜、白糖、葡萄糖、糖钙、柠檬汁、焦磷酸盐、氟硅酸钠等缓凝剂品种的缓凝效果、它们互相复合（两种或三种）后的缓凝效果和成本情况，以及它们同减水组份复合后对混凝土性能的影响情况，经过多次试验，优选出其中的三种作为本次试验的缓凝组份，分别记为MG，ZT，PT，以及它们互相复合的最佳比例。表1为三种不同的缓凝剂按照一定的掺量分别同减水剂复配，以及它们按同样的掺量复合后再同减水剂复配后测得的混凝土初凝时间；表2为同一品种但生产厂家不同的减水剂和同一种缓凝组份复配后所测得的混凝土初凝时间，其中N01，N02，N03，N04分别代表不同厂家生产的同一类型高效减水剂。

从表1和表2中可看出：
同样的缓凝剂同不同的减水剂（品种不同或品种相同但生产厂家不同）复配，测得的凝结时间也不同，说明缓凝剂同减水剂间也存在适应性问题；三种不同性质的缓凝剂按一定比例复合后缓凝效果远好于单独使用；不同的缓凝组份间复配存在一个最优配合比。

表1采用不同的缓凝组份同减水组份复合测得的混凝土初凝时间(h:min)

缓凝组份减水组份	MG 掺量 A%	ZT 掺量 B%	PT 掺量 C%	ZT+PT 掺量（B+C）%	ZT+MG 掺量（A+B）%	MG+ZT+PT 掺量（A+B+C）%
JNF01	4:20	12:30	15:30	52	35	68:30
JNF02	3:00	14:30	12:00	48	29	64:00

表2为不同厂家生产的同类减水剂和同一缓凝组份复配后测得的混凝土初凝时间（h:min）

减水剂样品编号	N01	N02	N03	N04
初凝时间	82	80	99	89

3、外加剂引气量的确定

外加剂加入超量的缓凝组份后，由它配制的混凝土在高流动状态下的离析泌水现象可能会加重，我们决定通过提高外加剂的引气量来缓解之。通过对不同厂家的引气剂样品进行对比试验，我们筛选出了一种起泡速度快、气泡形状细小均齐且稳定性较好的引气剂，并对它在超缓凝高效减水剂中不同的掺量对混凝土性能的影响进行了实验比较，具体参见表2，其中混凝土按某搅拌站C30桩基配方设计，实验温度为25~27℃。通过综合考虑，我们最后确定将外加剂引气量控制在3%左右。

表2 超缓凝高效减水剂JFN01-05中不同的引气剂掺量对混凝土性能的影响

序号	引气剂掺量（%）	混凝土含气量（%）	强度（MPa）		混凝土工作性
序号	引气剂掺量（%）	混凝土含气量（%）	7d	28d	坍落度（mm）	扩展度（mm）	泌水离析情况
0	0	1.5	25.3	36.6	205	370	一般
1	0.10	2.6	26.6	38.5	210	395	较好
2	0.15	3.6	25.8	37.0	220	420	较好
3	0.20	4.9	24.5	35.5	220	445	较好

三、相关性能测试结果

1、外加剂性能指标测试

按照前述原则，根据主要减水组份的不同我们试配了二个超缓凝高效减水剂样品，表3是按照GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》要求测出的部分匀质性指标实验数据；表4是二种超缓凝高效减水剂按照GB8076-1997《混凝外加剂规范》要求测出的部分混凝土性能指标实验数据，从中我们可看出除三天抗压强度比没作测定外，其余各项性能指标均达到了相关规定要求。

表3 超缓凝高效减水剂的部分匀质性指标值(外加剂掺入量为2.4%)

样品编号	净浆流动度（mm）	砂浆减水率（%）	PH值	密度（g/cm³）	含固量（%）
JFN01-05	210	19.0	7.82	1.175	33.65
JFN02-05	220	19.0	7.85	1.173	33.45

表4 掺超缓凝高效减水剂后混凝土的相关性能指标值(外加剂掺入量为2.4%)

样品

编号

混凝土

减水率
%

常压泌
水率比
%

初凝
时间
h

终凝
时间
h

28d抗压
强度比
%

28d收
缩率比
%

混凝土

含气量
%

对钢筋
锈蚀作
用说明

JFN01-05

125

118

3.8

无

JFN02-05

68.5

128

115

3.6

无

2、超缓凝高效减水剂在桩基混凝土中的应用效果

为了考察上述二种超缓凝高效减水剂所配制的混凝土在高流动状态下的工作性以及主要品质指标，我们采用某搅拌站的砂石等原料，仿到某搅拌站试验室的C30桩基混凝土配方，试配出了二组坍落度分别在220mm、210mm，扩展度分别在405m、395mm的混凝土浆体，经现场观察，其粘稠性非常好，没有明显的泌水离析现象出现。具体参见表5。

表5 配制的实用混凝土相关性能指标

样品编号	混凝土坍落度（mm）	混凝土扩展度（mm）	初凝时间 (h)	终凝时间(h)	7天强度（MPa）	28天强度（MPa）
JFN01-05	220	410	68	71	25.0	37.0
JFN02-05	210	395	66	70	25.8	38.0

3、温度对掺加超缓凝高效减水剂混凝土凝结时间的影响

为考察温度对掺加超缓凝高效减水剂混凝土凝结时间的影响，进不同温度条件下凝结时间的对比实验，具体参见表6，其中混凝土按某C30桩基配方设计。从表6中我们可知，三组份缓凝剂合成的超缓凝高效减水剂JFN01-05所配的混凝土凝结时间对温度的敏感性不大。

表6 掺超缓凝高效减水剂的混凝土在不同温度下的凝结时间变化情况

温度	20℃	25℃	40℃	50℃
初凝时间（h）	73.5	76	68	61
终凝时间（h）	73	75	66	60.5

四、结论：

    （1）从不同缓凝剂及其复配实验中可以看出，相同缓凝剂同不同的减水剂（品种不同或品种相同但生产厂家不同）复配，测得的凝结时间也不同，说明缓凝剂同减水剂间也存在适应性问题。不同性质的缓凝剂按一定比例复合后缓凝效果远好于单独使用，并且不同的缓凝组份间复配也存在一个最优配合比。
    （2）外加剂加入超量的缓凝组份后，由它配制的混凝土在高流动状态下的离析泌水现象可能会加重，这可以通过提高外加剂的引气量来缓解之。实验表明，外加剂引气量控制在3%左右时离析泌水现象可得到较好控制。
    （3）按照本文提出的方法多配制的两种复合型超缓凝减水剂的各项性能指标均能满足GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》和GB8076-1997《混凝外加剂规范》相关规定要求。
    （4）采所配制的两种复合型超缓凝减水剂，按照某搅拌站试验室的C30桩基混凝土配合比配制混凝土，其坍落度和扩展度均能满足灌注桩要求，且粘稠性非常好，没有明显的泌水离析现象出现。掺加超缓凝高效减水剂混凝土凝结时间对温度的敏感性较小。

    [作者简介]
    文柏贞，男，38岁，工程师，公司技术中心负责技术开发工作，
       金建庆，男，38岁，工程师，公司外加剂分厂技术负责人；
       地址：杭州市天目山路517号，杭州钱潮建材集团有限公司技术中心；
       电话：0571-85227666-835
       邮编：310023

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