針對預(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）
2006-03-02 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)護條件下生產(chǎn)的，著重強調(diào)幾天內(nèi)的混凝土強度發(fā)展。例如摩天大樓、大橋甚至一些地下工程建設(shè)項目中預(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)護有一定的難度，而且增加生產(chǎn)成本。除了早強以外，對混凝土的泵送性往往也有一定的要求。我們知道，傳統(tǒng)早強劑是通過加快水泥的初期水化過程來提高混凝土的早期強度。但其對混凝土強度的影響隨著齡期的增長逐漸減弱，并會降低混凝土的后期強度。對混凝土的坍落度保持性能也會產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)然，高早強也可以一定程度上通過改進(jìn)混凝土配合比的方法來實現(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。在此情況下，通過外加劑改善混凝土強度發(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度增強劑優(yōu)良性能，以及適當(dāng)?shù)膹?fù)配技術(shù)，我們針對此類預(yù)制構(gòu)件開發(fā)了一系列新的外加劑產(chǎn)品。該系列外加劑也可應(yīng)用于有一定早強要求的現(xiàn)澆大流動度混凝土。
3.2.1 材料與配比
為了盡量簡化測試系統(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。前者作為對比試驗的參照外加劑，簡稱BNS ，后者是一個針對蒸養(yǎng)混凝土開發(fā)的聚羧酸醚類外加劑，簡稱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 測試指標(biāo)與方法
在此項研究中，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，坍落度/ 流動度、坍落度保持、凝結(jié)時間和強度作為主要測試指標(biāo)。此外，對混凝土氣含量(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)行了初步的測量和探討[15 ] 。新拌混凝土的準(zhǔn)備以及凝結(jié)時間的測試均在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。一個小時后，PCE - 2 混凝土的坍落度仍然保持在165mm ，而BNS混凝土的坍落度只剩85mm。流動度的差別就更加顯著。需要指出的是，兩個混凝土的凝結(jié)時間基本相同。
圖7 BNS 和PCE - 2 混凝土坍落度/ 流動度及坍落度保持性能的比較
在35 ℃和75 %RH 的養(yǎng)護條件下， PCE - 2 混凝土的10h 強度比BNS 混凝土高出2613 %。1d 至28d混凝土強度是在標(biāo)養(yǎng)條件下測試的。PCE - 2 混凝土的強度發(fā)展優(yōu)勢依舊明顯，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度等級，降低成本。該類外加劑也可應(yīng)用于有早強和一定坍落度保持要求的現(xiàn)澆混凝土中。
除了良好的早期強度和坍落度保持性能以外，我們對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)過切割、打磨和拋光，我們對混凝土試塊的內(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，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水泥水化過程的影響和控制的結(jié)果，也是PCE - 2 混凝土優(yōu)良強度性能的原因之一。
圖8 PCE - 2 和BNS 混凝土的強度發(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)制件項目特別開發(fā)的外加劑(圖10) 。此項目使用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 %?；炷僚浔鹊妮p微差異是考慮到原料的質(zhì)量波動而制定的。養(yǎng)護周期從1h 靜停后開始，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)計強度。該混凝土28d 強度可達(dá)設(shè)計強度的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)計為(100 ±20) mm 坍落度及0.28 水灰比。夏天在自然條件下養(yǎng)護，3d～4d 后強度達(dá)到40MPa ，即設(shè)計強度的80 %。由于減水率高，早強效果明顯，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)項目的預(yù)制梁生產(chǎn)中的應(yīng)用
5 結(jié)論
試驗結(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 在中國市場中的應(yīng)用有待進(jìn)一步驗證和推廣。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比，針對不同的客戶需求和原材料特點對外加劑配方進(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.
[作者簡介]
楊健英，1970 年生，女，慕尼黑工業(yè)大學(xué)/ 新加坡國立大學(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)項目經(jīng)理；
Sven M. F. Asmus ，1970 年生，男，德國國籍，博士， 有機化學(xué)專業(yè)，德固賽化學(xué)建材亞太區(qū)開發(fā)經(jīng)理。
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