針對(duì)預(yù)制構(gòu)件混凝土的聚羧酸醚類外加劑的研究與應(yīng)用（下）
2006-08-30 00:00
3.2 免蒸養(yǎng)預(yù)制構(gòu)件混凝土
如文中第一部分中所提到的，受生產(chǎn)條件和生產(chǎn)成本的限制，有相當(dāng)一部分預(yù)制構(gòu)件是在自然養(yǎng)護(hù)條件下生產(chǎn)的，著重強(qiáng)調(diào)幾天內(nèi)的混凝土強(qiáng)度發(fā)展。例如摩天大樓、大橋甚至一些地下工程建設(shè)項(xiàng)目中預(yù)制構(gòu)件，都是在建筑工地澆筑、成型、裝配的。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)有一定的難度，而且增加生產(chǎn)成本。除了早強(qiáng)以外，對(duì)混凝土的泵送性往往也有一定的要求。我們知道，傳統(tǒng)早強(qiáng)劑是通過(guò)加快水泥的初期水化過(guò)程來(lái)提高混凝土的早期強(qiáng)度。但其對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響隨著齡期的增長(zhǎng)逐漸減弱，并會(huì)降低混凝土的后期強(qiáng)度。對(duì)混凝土的坍落度保持性能也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)然，高早強(qiáng)也可以一定程度上通過(guò)改進(jìn)混凝土配合比的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如降低水灰比等，但該方法的效果也是有限的。而且，在某些特殊情況下，配合比甚至混凝土的原材料是由承包商或者業(yè)主決定的，不允許做大的改動(dòng)。在此情況下，通過(guò)外加劑改善混凝土強(qiáng)度發(fā)展成為主要的甚至唯一的解決方案。同樣，結(jié)合新的聚羧酸醚和混凝土強(qiáng)度增強(qiáng)劑優(yōu)良性能，以及適當(dāng)?shù)膹?fù)配技術(shù)，我們針對(duì)此類預(yù)制構(gòu)件開(kāi)發(fā)了一系列新的外加劑產(chǎn)品。該系列外加劑也可應(yīng)用于有一定早強(qiáng)要求的現(xiàn)澆大流動(dòng)度混凝土。
3.2.1 材料與配比
為了盡量簡(jiǎn)化測(cè)試系統(tǒng)，在混凝土配合比中選用小野田P.Ⅱ 52.5R 水泥作為唯一的膠凝材料。細(xì)骨料和粗骨料分別為2.6 – 2.8FM 的河砂和5mm～10mm ，5mm～25mm 的碎石。外加劑有萘系和聚羧酸醚兩種。前者作為對(duì)比試驗(yàn)的參照外加劑，簡(jiǎn)稱BNS ，后者是一個(gè)針對(duì)蒸養(yǎng)混凝土開(kāi)發(fā)的聚羧酸醚類外加劑，簡(jiǎn)稱PCE - 2 。配比主要參數(shù)包括： (20 ±2)cm 起始坍落度，0.40 水灰比和43 %的砂率。
3.2.2 測(cè)試指標(biāo)與方法
在此項(xiàng)研究中，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，坍落度/ 流動(dòng)度、坍落度保持、凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度作為主要測(cè)試指標(biāo)。此外，對(duì)混凝土氣含量(體積法) ，硬化混凝土氣泡比表面積和間隔系數(shù)(ASTM C457) 也進(jìn)行了初步的測(cè)量和探討[15 ] 。新拌混凝土的準(zhǔn)備以及凝結(jié)時(shí)間的測(cè)試均在26 ℃～27 ℃的室溫下進(jìn)行。
3.2.3 結(jié)果與討論
要獲得(20 ±2) cm 起始坍落度的混凝土，所需PCE - 2 和BNS 的溶液摻量分別為水泥重量的0.45 %和1.1 %。從圖7 可以看出：二者坍落度保持性能的區(qū)別在30 分鐘以后變得明顯。一個(gè)小時(shí)后，PCE - 2 混凝土的坍落度仍然保持在165mm ，而B(niǎo)NS混凝土的坍落度只剩85mm。流動(dòng)度的差別就更加顯著。需要指出的是，兩個(gè)混凝土的凝結(jié)時(shí)間基本相同。
圖7 BNS 和PCE - 2 混凝土坍落度/ 流動(dòng)度及坍落度保持性能的比較
在35 ℃和75 %RH 的養(yǎng)護(hù)條件下， PCE - 2 混凝土的10h 強(qiáng)度比BNS 混凝土高出2613 %。1d 至28d混凝土強(qiáng)度是在標(biāo)養(yǎng)條件下測(cè)試的。PCE - 2 混凝土的強(qiáng)度發(fā)展優(yōu)勢(shì)依舊明顯，平均比BNS 混凝土高出10 %以上。(圖8) 這不但有利于加快生產(chǎn)周期，而且可以降低水泥用量或提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，降低成本。該類外加劑也可應(yīng)用于有早強(qiáng)和一定坍落度保持要求的現(xiàn)澆混凝土中。
除了良好的早期強(qiáng)度和坍落度保持性能以外，我們對(duì)PCE - 2 和BNS 混凝土的氣泡質(zhì)量也進(jìn)行了初步的比較和探討。根據(jù)ASTM C457 - 98 標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)切割、打磨和拋光，我們對(duì)混凝土試塊的內(nèi)切面進(jìn)行了氣孔質(zhì)量分析。BNS 和PCE - 2 混凝土硬化后的氣含量分別為1.8 % ，3.1 %。如圖9 所示，與BNS 混凝土相比，PCE - 2 混凝土的氣孔尺寸要小得多，且形狀規(guī)則圓潤(rùn)，分布也較均勻。此外，相同的硬化混凝土氣泡間隔系數(shù)，較大的比表面積，也從微觀的角度反應(yīng)了PCE - 2 混凝土良好的氣孔質(zhì)量。這至少部分歸功于外加劑對(duì)水泥水化過(guò)程的影響和控制的結(jié)果，也是PCE - 2 混凝土優(yōu)良強(qiáng)度性能的原因之一。
圖8 PCE - 2 和BNS 混凝土的強(qiáng)度發(fā)展比較
圖9 PCE - 2 和BNS 混凝土內(nèi)切面氣孔質(zhì)量的比較
4 應(yīng)用實(shí)例
GL ENIUM ÒACE68 是在PCE - 1 的基礎(chǔ)上，為北京一大橋的預(yù)制件項(xiàng)目特別開(kāi)發(fā)的外加劑(圖10) 。此項(xiàng)目使用4215 波特蘭水泥，2.3FM 河砂及5mm～20mm 的石灰石?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)為14cm～16cm坍落度，水灰比0.32～0.36 ，砂率為36 %～38 %。水泥含量457kg/ m3～472kg/ m3 。外加劑摻量為水泥重量的0.6 %～0.8 %。混凝土配比的輕微差異是考慮到原料的質(zhì)量波動(dòng)而制定的。養(yǎng)護(hù)周期從1h 靜停后開(kāi)始，先是2h 輕度蒸養(yǎng)，后高溫蒸養(yǎng)2h～4h ，然后冷卻2h～3h 至相當(dāng)于80 %～100 %設(shè)計(jì)強(qiáng)度。該混凝土28d 強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的125 %～145 %。構(gòu)件表面光滑，顏色均勻。
PCE - 2 類外加劑之一的RHEOPLUS Ò101 也成功應(yīng)用于一浙江海港建設(shè)工程的預(yù)制梁生產(chǎn)中(圖11) 。該預(yù)制構(gòu)件用的是C50 混凝土，含500kg/ m3 膠凝材料(42.5 級(jí)波特蘭水泥，硅粉和礦粉) ，725kg/ m3河砂，1080kg/ m3 的5mm～30mm 碎石以及4kg/ m3外加劑?；炷僚浔仍O(shè)計(jì)為(100 ±20) mm 坍落度及0.28 水灰比。夏天在自然條件下養(yǎng)護(hù)，3d～4d 后強(qiáng)度達(dá)到40MPa ，即設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80 %。由于減水率高，早強(qiáng)效果明顯，綜合生產(chǎn)成本低于使用萘系外加劑。
圖10 GL ENIUM ÒACE68 在北京一大橋預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用
圖11 RHEOPLUSÒ101 在一浙江海港建設(shè)項(xiàng)目的預(yù)制梁生產(chǎn)中的應(yīng)用
5 結(jié)論
試驗(yàn)結(jié)果表明， PCE - 1 和PCE - 2 在新拌混凝土和硬化混凝土的性能上優(yōu)于萘系高效減水劑。通過(guò)縮短或者優(yōu)化生產(chǎn)流程可以降低預(yù)制件的生產(chǎn)成本。但PCE - 1 在中國(guó)市場(chǎng)中的應(yīng)用有待進(jìn)一步驗(yàn)證和推廣。由于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工藝和預(yù)制構(gòu)件的品種多樣復(fù)雜，為了取得理想的性價(jià)比，針對(duì)不同的客戶需求和原材料特點(diǎn)對(duì)外加劑配方進(jìn)行調(diào)整和改良是必要的。
[參考文獻(xiàn)]
[ 1 ]戴顯明. 我國(guó)混凝土行業(yè)的現(xiàn)狀和展望[J ] . 混凝土，2001 ，143 (9) ：3 - 9.
[ 2 ]徐有鄰. 我國(guó)混凝土構(gòu)件行業(yè)持續(xù)發(fā)展的建議提綱[J ] . http ：/ /www. cqvip. com.
[ 3 ]吳曉泉，聞德榮. 我國(guó)混凝土行業(yè)空前發(fā)展的一年[ J ] . 混凝土，2004 ，177 (7) ：7 - 10.
[ 4 ] Mario Corradi ，Rabinder Khurana ，Roberta Magarotto ， Ivana Torre san ，Zero Energy System： An Innovative Apporach for Rationalised Precast Concrete Production ，Mac spa - Degussa ，Treviso ， Italy. [ 5 ] S. Erdogdu ，S. Kurbetci ，Optimum heat treatment cycle for cements of different type and composition ， Cem. Concr. Res ， 1998 ， 28 ： 1595 -1604.
[ 6 ] Selcuk Tükel ，Volkan Alabas ，The effect of excessive steam curing on Portland composite cement concrete ，Cem. Concr. Res ，2005 ，35 ： 405- 411.
[ 7 ] ìlker Bekir Top ? u ，Mehmet Uɡur Toprak ，F(xiàn)ine aggregate and curing temperature effect on concrete maturity ，Cem. Concr. Res ，2005 ，35 ： 758 - 762.
[ 8 ] ACI 517. 2 R - 87 ，Accelerated Curing of Concrete at Atmospheric Pressue - State of the Art ，ACI Manual of Concrete ，1992 ，Revised.
[ 9 ] I. Soroka ， C. H. Jaegermann ，A. Bentur ， Short - term steam curing and concrete later - age strength ，Mater. Constr ，1978 ，11 ：93 - 96.
[ 10 ]J . J . Shideler ，W. H. Chamberlin ，Early strength of concrete as affected by steam curing temperature ，J . Am. Concr. Inst ，1949. 46.
[ 11 ] J . A. Hanson ， Optimum steam curing in precasting plants ， ACI J . Proc ，1963 ，60 ：75 - 100.
[ 12 ]S. A. Mironov ，Some generalizations of theory and technology of acceleration of concrete hardening ，Rilem International Conference on the Problems of Accelerated Hardening of Concrete in Manufacturing Precast Reinforced Concrete Units ，Moscow ，1964.
[ 13 ]J . Alexanderson ，Strength losses in heat cured concrete ，Swed. Cem. Concr. Res. Inst . Proc ，1972 ，43 (Stockholm) .
[14 ] T. K. Erdem ，L. Turanli ， T. Y. Erdogan ，Setting time ： An important criterion to determine the length of the delay period before steam curing of conrete ，Cem. Concr. Res ，2003 ，33 ：741 - 745.
[ 15 ]Zhijunh Zhang ，F(xiàn)arhad Ansari ，and Nicholas Vitillo ，Automated Determination of Entrained Air - Void Parameters in Hardened Concrete ， ACI Material Journal ，January - February 2005 ，Title no. 102 - M06.
[作者簡(jiǎn)介]
楊健英，1970 年生，女，慕尼黑工業(yè)大學(xué)/ 新加坡國(guó)立大學(xué)工業(yè)化學(xué)專業(yè)碩士畢業(yè)，德固賽化學(xué)建材亞太區(qū)項(xiàng)目經(jīng)理；
Sven M. F. Asmus ，1970 年生，男，德國(guó)國(guó)籍，博士， 有機(jī)化學(xué)專業(yè)，德固賽化學(xué)建材亞太區(qū)開(kāi)發(fā)經(jīng)理。
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