摘 要:介紹了高效泵送劑的研制路線,進行系列實驗;并介紹該技術的工程應用情況. 結果表明,其各項性能指標完全符合國標緩凝高效泵劑一等品的要求,且具有高減水率,高強度增長率、低泌水率和坍落度經時損失小等特性,技術性能完全符合配制高性能泵送混凝土要求.
關鍵詞:高性能混凝土;高效泵送劑;強度
中圖分類號: TQ17217 文獻標識碼:A 文章編號: 1672 - 3600 (2007) 09 - 0077 - 05
Abstract: The method develop ing a pump up agent adap t to high performance Concrete has been put up with. Thework mechanism of pump up a gent has been analysed as well. Test results indicat that the developed pump up a2gent has charcters of high water veduction, high strength growth rate, low cone bleeding vafe and tess slump - lostthough time.
Key words: high performance concrete; efficient pump up agent; study
HPC不同于普通高強度混凝土. 它不僅需要具備某些使用要求的均質混凝土的高強度,高力學性能,而且還必須具備高流性和良好的施工工藝,便于澆筑,不離析、不泌水,水化溫峰小,體積穩定性好,在嚴酷的工作環境下有良好的耐久性等諸多特定性能. 這就是高性能混凝土(HPC)的真正內涵.要實現HPC的諸多性能要求,除選用優質原材料和摻入優良的摻合料外,其主要的是選用高效的減水劑. 特別是能滿足高性能混凝土施工要求的高效泵送減水劑. 本文主要研究的目標是研制能滿足C60、C80高性能混凝土要求的高效泵送劑. 并對其進行應用效果的探討和論證.
1 TS型高效泵送劑的研制
1. 1 試驗用材料
SN - 2高效減水劑選自上海五四農場助劑廠;糖密緩凝減水劑選自電力部水電五局科研所生產車間;三聚氰胺緩凝減水劑選自廣東湛江外加劑廠;分散劑選自北京焦化廠.
1. 2 試驗方法
(1)高效泵送劑勻質性依據GB8076 - 87《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行試驗. (2)高效泵送劑性能試驗按JC473 -92《混凝土泵送劑)及GB8076 - 97《混凝土外加劑》檢驗方法進行. (3)混凝土強度按GBJ81 - 85方法測試. (4)混凝土縮性按GBJ81 - 85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行試驗. (5)坍落度損失因素試驗方法依據JGJ /T55 - 96《普通混凝土配合比設計規程》和JC473 - 92《混凝土泵送劑》標準并摻入TS高效泵送劑進行有關試驗. (6)凝結時間的測定按GB1346- 89進行試驗.
1. 3 研制技術路線
1. 3. 1 復合組分的選擇
眾所周知,高效泵送劑研制的難點在于滿足混凝土具有良好的可泵性:一是使混凝土拌合物能保持足量水分以便在泵管內壁形成一層連續的潤滑層,把泵送的摩擦阻力減少;二是同時要求混凝土拌合物要有一定的粘聚性,使其在泵壓下與拌合物不致發生分離而造成堵泵. 三是達到高強高性能混凝土(C60 - C80)技術要求:即達到高減水率均落度損失小(經過120 min基本不損失) 、泌水小、不離折、適宜的凝結時間等性能.經過實驗與優選,選擇萘系、糖密及引氣型減水劑作為主要組分. 現將性能指標列于表1.
1. 3. 2 泵送劑配合比設計試驗
為滿足高效泵送劑摻入混凝土中具有高性能混凝土的強率增長率,同時又能最大限度地減少混凝土坍落度經時損失,達到可泵性要求. 特確定萘系高效減水劑配比為40% - 50% ,引氣型高效減水劑配比為17. 5% - 30. 0% ,糖密緩凝高效減水劑配比2. 5% - 20% ,分散劑配比為5%. 組成配比的效果試驗列于下表2.
1. 3. 3 高效泵送劑對混凝土凝結時間的試驗
經過配合比實驗篩選,選擇適宜的TS - 7、TS - 8、TS - 13、TS - 14泵送劑組別進行混凝土凝結時間的試驗,現將結果列于下表3.
由表3可知,在研究的摻量范圍內,隨著泵送劑摻量的增加,混凝土的初凝時間延長,終凝時間也相應延長;但凝結時間差變化幅度不大. 說明隨著泵送劑的引入,混凝土的水泥水化過程被延緩了,但在初凝之后,水化速度仍然較快. 其中TS - 8型初凝時間在摻量1% - 2. 5%范圍內保持在5h25min,終凝時間在7h左右,說明該組泵送劑的配合比適宜,同時還是說明在摻量為2% - 2. 5%的摻量不會影響水泥的凝結、水化、硬化. 高效泵送劑選定TS - 8組能夠解決長距離運輸問題,它既可以滿足施工要求,又能達到低摻量、低成本、高效緩凝、快速施工的目的.
1. 3. 4 高效泵送劑對混凝土的經時坍落度
混凝土凝結時間對坍落度的損失影響較大,實驗摻入TS高效泵送劑用以調節混凝土的凝結時間,采用貫入阻力儀測試混凝土初凝時間對坍落度損失的影響. 結果列于表4.
從表4可以看出TS - 8型高效泵送劑在摻量2. 0% - 2. 5%范圍時,其坍落度在3 h內基本無損失, 5 h損失也很小. 以上進一步驗證了TS - 8型泵送劑不僅具有高減水率,高強度增長率及適宜的泵送,凝結時間,同時還具有坍落度經時損失小的特性.
1. 3. 5 技術性能指標
(1) TS - 8 高效泵送劑的均勻質性能依據GB8076 - 87《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行TS - 8型高效泵送劑勻質性檢驗,結果列于表5.
(2) TS - 8泵送劑混凝土性能依據JC473 - 92《混凝土泵送劑》及GB8076 - 97《混凝土外加劑》檢驗方法,進行TS - 8型泵送劑加入的混凝土性能檢驗實驗. 結果表明, TS - 8型高效泵送劑由萘系高效減水劑,引氣型緩凝高效減水劑,緩凝減水劑,分析劑按一定比例進行復合;符合國標緩凝高效減水劑一等品及部標泵送劑一等品標準要求. 具有減水率高,坍落損失小,泌水小,凝結時間適宜,強度增長率高等多功能特性;技術性能完全符合配制C60、C80高性能泵送混凝土要求.
2 摻入TS - 8型高效泵送劑的混凝土性能分析
2. 1 泵送劑摻量對混凝土強度的影響
根據C60強度等級混凝土配合比,保持水泥用量和摻合料相同,改變用水量以達到相同坍落度,探討泵送劑摻量對混凝土的強度影響.
從表6可以看出,隨著泵送劑摻量的增加,混凝土的含氣量隨之增加,致使泌水率下降,致密性相應得以提高, 3 d抗壓強度增幅較大. 另一方面,隨著摻量的提高,混凝土坍落度損失大為緩解. 當摻量超過2. 5%時,混凝土坍落度保持120 min基本不損失. 當摻量超過5%時,混凝土強度反而下降,特別是3d強度大幅下降,其原因在于:一是摻量偏高,含氣量增長,混凝土的致密性下降. 二是泵送劑緩凝成分的增加,相應延長了混凝土的凝結時間,使水泥顆粒早期水化程度降低所致. 因此,在配制高性能混凝土時必須適當控制泵送劑摻量,適宜TS - 8高效泵送劑摻量為2. 0%～3. 0%.
2. 2 不同水灰比泵送混凝土的性能
為了研究高效泵送劑對不同水灰比混凝土性能的影響,在保持砂率不變和摻合摻量比例也不變,相同初始坍落度的情況下,探討不同水灰比與混凝土工作之間關系,結果如下:
從表7可以看出,隨著水灰比的提高,含氣量略有下降. 主要是由于水灰比的提高,相應水泥用量降低,泵送劑摻量減小,含氣量下降,但由于泵送劑摻量占水泥總量比例較小,對含氣量影響不大. 水灰比提高,泌水率增大,相應坍落度損失也同時增大. 同樣由于水灰比提高,混凝土強度大幅度下降. 因此,高效泵送劑適用于低水灰比混凝土,這對配制高強泵送混凝土是有利的.
2. 3 泵送劑對鋼筋銹蝕作用的影響
在鋼筋混凝土構體中,混凝土不僅要承受荷載所造成的壓力,而且還要保護鋼筋不受銹蝕.鋼筋在銹蝕時,伴隨著體積的增大,因而使周圍的混凝土脹裂,甚至剝落,不但危害鋼筋本身,同時也嚴重影響混凝土的耐久性[ 1 ] .
TS - 8高效泵送劑是一種復合型外加劑,其化學成分較為復雜,它對鋼筋的銹蝕作用在于其組分中氯離子含量的大小,它直接使鋼筋的鈍化膜受到破壞,并產生銹蝕作用. 當鋼筋表面存在Cl- 、O2 和H2O的情況下,在鋼筋的不同部位發生化學反應:
Fe + 2Cl- →FeCl2 + 2e- →Fe2 + + 2Cl- + 2e- , O2 + 2H2O + 4e- →4 (OH) -
進入水中的Fe2 +與OH- 生成Fe (OH) 2 在水中和O2 足夠時,可進一步生成Fe (OH) 3 ,這些反應產物體積增大數倍,最終能使混凝土開裂. 因此對泵送劑中氯離子含量必須按國家標準要求加以控制.
2. 4 泵送劑對混凝土收縮性能的影響
硬化混凝土發生干燥收縮是人們所熟悉的. 收縮主要有塑性收縮,化學收縮、熱收縮、碳化收縮等幾種. 水泥的水化反應使混凝土的強度得到發展,伴隨著放熱和水泥漿體減小- 自身收縮. 與普通混凝土相比,低水灰比高張、高性能混凝土的水泥用量高,用料最大粒徑小(因此漿體含量大) ,故收縮也比較大. 因此,必須在TS高效泵送劑中采取適當措施加以控制收縮的產生. 試驗保持相同水泥用量,依據GBJ82 - 85方法進行普通混凝土(不摻泵送劑)與高性能泵送混凝土的收縮性能對比試驗. 結果如下:
從表8可知,高性能混凝土中由于摻加了緩凝作用的高效泵送劑,延緩了水泥水化放熱速度,其收縮小于普通混凝土. 證如A·M內維爾指出:可提高混凝土的延伸性,因而減少開裂[ 2 ].
2. 5 泵送劑對混凝土致密性能的影響
高強高性能混凝土由于采用低水灰比配制,并用優良級配的摻合料,混凝土配合比設計比較科學. 水泥水化后水泥石孔隙率大量減少,強度大幅度提高;同時摻入高效泵送劑和高分散活性礦物摻合料,它們與硅酸鹽水泥反應所產生的游離Ca(OH) 2 和高堿性水化硅酸鈣產生二次反應,生成數量更多質量更優的低堿性水化硅酸鈣,它們填充于水泥顆粒之間,使水泥石更加致密.
3 工程應用實例
華福中心位于福州五四路中段,由福建建筑設計院設計,省二建施工. 該工程采用框剪型式,一層至五層柱,剪力墻的混凝土強度設計等級為C60、部分為C80,采用泵送施工. 混凝土初始坍落度220 mm,施工現場坍落度200 mm,并且在混凝土泵送過程中輸送順利,說明混凝土可泵性良好. 經各方現場取樣成型試塊,其混凝土28 d抗壓強度結果如下:
C60混凝土:取樣41組試塊,mfcu = 68. 4Mpa; Sfcu = 6. 21Mpa; fcu,min = 58. 7Mpa
C80混凝土:取樣11級試塊,mfcu = 86. 8Mpa; Sfcu = 3166Mpa; fcu,min = 80. 7Mpa
完全符合C60、C80混凝土設計要求.
4 結論
(1) TS型高效泵送劑,減水率大于27% ,能保證配制C60, C80等高性能混凝土達到規定和易性所需的單位用水量大幅減少;有效地降低了水膠比,使混凝土的強度得到顯著提高.
(2) TS型高效泵送劑的適宜摻量為2. 0%～2. 5%使混凝土初始坍落度大于200 mm. 并保持120 min基本不損失,具備較高的可泵性能.
(3) TS型高效泵送劑各項性能指標符合國標要求,與國內同類產品相比,對水泥適應性良好,對改善新拌混凝土性能,硬化混凝土的性能及耐久性能都是有良好的應用技術效果. 值得推廣使用.
參考文獻:
[ 1 ] 沈威,黃文熙,閩盤榮. 水泥工藝學[M ]. 武漢:武漢工業大學出版社, 1995.
[ 2 ] [英]A. M. 內維爾. 混凝土的性能[M ]. 李國洋,馬員勇譯,北京:中國建筑工業出版社, 1983.
