摘 要:介绍了高效泵送剂的研制路线,进行系列实验;并介绍该技术的工程应用情况. 结果表明,其各项性能指标完全符合国标缓凝高效泵剂一等品的要求,且具有高减水率,高强度增长率、低泌水率和坍落度经时损失小等特性,技术性能完全符合配制高性能泵送混凝土要求.
关键词:高性能混凝土;高效泵送剂;强度
中图分类号: TQ17217 文献标识码:A 文章编号: 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不同于普通高强度混凝土. 它不仅需要具备某些使用要求的均质混凝土的高强度,高力学性能,而且还必须具备高流性和良好的施工工艺,便于浇筑,不离析、不泌水,水化温峰小,体积稳定性好,在严酷的工作环境下有良好的耐久性等诸多特定性能. 这就是高性能混凝土(HPC)的真正内涵.要实现HPC的诸多性能要求,除选用优质原材料和掺入优良的掺合料外,其主要的是选用高效的减水剂. 特别是能满足高性能混凝土施工要求的高效泵送减水剂. 本文主要研究的目标是研制能满足C60、C80高性能混凝土要求的高效泵送剂. 并对其进行应用效果的探讨和论证.
1 TS型高效泵送剂的研制
1. 1 试验用材料
SN - 2高效减水剂选自上海五四农场助剂厂;糖密缓凝减水剂选自电力部水电五局科研所生产车间;三聚氰胺缓凝减水剂选自广东湛江外加剂厂;分散剂选自北京焦化厂.
1. 2 试验方法
(1)高效泵送剂匀质性依据GB8076 - 87《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行试验. (2)高效泵送剂性能试验按JC473 -92《混凝土泵送剂)及GB8076 - 97《混凝土外加剂》检验方法进行. (3)混凝土强度按GBJ81 - 85方法测试. (4)混凝土缩性按GBJ81 - 85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行试验. (5)坍落度损失因素试验方法依据JGJ /T55 - 96《普通混凝土配合比设计规程》和JC473 - 92《混凝土泵送剂》标准并掺入TS高效泵送剂进行有关试验. (6)凝结时间的测定按GB1346- 89进行试验.
1. 3 研制技术路线
1. 3. 1 复合组分的选择
众所周知,高效泵送剂研制的难点在于满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内壁形成一层连续的润滑层,把泵送的摩擦阻力减少;二是同时要求混凝土拌合物要有一定的粘聚性,使其在泵压下与拌合物不致发生分离而造成堵泵. 三是达到高强高性能混凝土(C60 - C80)技术要求:即达到高减水率均落度损失小(经过120 min基本不损失) 、泌水小、不离折、适宜的凝结时间等性能.经过实验与优选,选择萘系、糖密及引气型减水剂作为主要组分. 现将性能指标列于表1.
1. 3. 2 泵送剂配合比设计试验
为满足高效泵送剂掺入混凝土中具有高性能混凝土的强率增长率,同时又能最大限度地减少混凝土坍落度经时损失,达到可泵性要求. 特确定萘系高效减水剂配比为40% - 50% ,引气型高效减水剂配比为17. 5% - 30. 0% ,糖密缓凝高效减水剂配比2. 5% - 20% ,分散剂配比为5%. 组成配比的效果试验列于下表2.
1. 3. 3 高效泵送剂对混凝土凝结时间的试验
经过配合比实验筛选,选择适宜的TS - 7、TS - 8、TS - 13、TS - 14泵送剂组别进行混凝土凝结时间的试验,现将结果列于下表3.
由表3可知,在研究的掺量范围内,随着泵送剂掺量的增加,混凝土的初凝时间延长,终凝时间也相应延长;但凝结时间差变化幅度不大. 说明随着泵送剂的引入,混凝土的水泥水化过程被延缓了,但在初凝之后,水化速度仍然较快. 其中TS - 8型初凝时间在掺量1% - 2. 5%范围内保持在5h25min,终凝时间在7h左右,说明该组泵送剂的配合比适宜,同时还是说明在掺量为2% - 2. 5%的掺量不会影响水泥的凝结、水化、硬化. 高效泵送剂选定TS - 8组能够解决长距离运输问题,它既可以满足施工要求,又能达到低掺量、低成本、高效缓凝、快速施工的目的.
1. 3. 4 高效泵送剂对混凝土的经时坍落度
混凝土凝结时间对坍落度的损失影响较大,实验掺入TS高效泵送剂用以调节混凝土的凝结时间,采用贯入阻力仪测试混凝土初凝时间对坍落度损失的影响. 结果列于表4.
从表4可以看出TS - 8型高效泵送剂在掺量2. 0% - 2. 5%范围时,其坍落度在3 h内基本无损失, 5 h损失也很小. 以上进一步验证了TS - 8型泵送剂不仅具有高减水率,高强度增长率及适宜的泵送,凝结时间,同时还具有坍落度经时损失小的特性.
1. 3. 5 技术性能指标
(1) TS - 8 高效泵送剂的均匀质性能依据GB8076 - 87《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行TS - 8型高效泵送剂匀质性检验,结果列于表5.
(2) TS - 8泵送剂混凝土性能依据JC473 - 92《混凝土泵送剂》及GB8076 - 97《混凝土外加剂》检验方法,进行TS - 8型泵送剂加入的混凝土性能检验实验. 结果表明, TS - 8型高效泵送剂由萘系高效减水剂,引气型缓凝高效减水剂,缓凝减水剂,分析剂按一定比例进行复合;符合国标缓凝高效减水剂一等品及部标泵送剂一等品标准要求. 具有减水率高,坍落损失小,泌水小,凝结时间适宜,强度增长率高等多功能特性;技术性能完全符合配制C60、C80高性能泵送混凝土要求.
2 掺入TS - 8型高效泵送剂的混凝土性能分析
2. 1 泵送剂掺量对混凝土强度的影响
根据C60强度等级混凝土配合比,保持水泥用量和掺合料相同,改变用水量以达到相同坍落度,探讨泵送剂掺量对混凝土的强度影响.
从表6可以看出,随着泵送剂掺量的增加,混凝土的含气量随之增加,致使泌水率下降,致密性相应得以提高, 3 d抗压强度增幅较大. 另一方面,随着掺量的提高,混凝土坍落度损失大为缓解. 当掺量超过2. 5%时,混凝土坍落度保持120 min基本不损失. 当掺量超过5%时,混凝土强度反而下降,特别是3d强度大幅下降,其原因在于:一是掺量偏高,含气量增长,混凝土的致密性下降. 二是泵送剂缓凝成分的增加,相应延长了混凝土的凝结时间,使水泥颗粒早期水化程度降低所致. 因此,在配制高性能混凝土时必须适当控制泵送剂掺量,适宜TS - 8高效泵送剂掺量为2. 0%～3. 0%.
2. 2 不同水灰比泵送混凝土的性能
为了研究高效泵送剂对不同水灰比混凝土性能的影响,在保持砂率不变和掺合掺量比例也不变,相同初始坍落度的情况下,探讨不同水灰比与混凝土工作之间关系,结果如下:
从表7可以看出,随着水灰比的提高,含气量略有下降. 主要是由于水灰比的提高,相应水泥用量降低,泵送剂掺量减小,含气量下降,但由于泵送剂掺量占水泥总量比例较小,对含气量影响不大. 水灰比提高,泌水率增大,相应坍落度损失也同时增大. 同样由于水灰比提高,混凝土强度大幅度下降. 因此,高效泵送剂适用于低水灰比混凝土,这对配制高强泵送混凝土是有利的.
2. 3 泵送剂对钢筋锈蚀作用的影响
在钢筋混凝土构体中,混凝土不仅要承受荷载所造成的压力,而且还要保护钢筋不受锈蚀.钢筋在锈蚀时,伴随着体积的增大,因而使周围的混凝土胀裂,甚至剥落,不但危害钢筋本身,同时也严重影响混凝土的耐久性[ 1 ] .
TS - 8高效泵送剂是一种复合型外加剂,其化学成分较为复杂,它对钢筋的锈蚀作用在于其组分中氯离子含量的大小,它直接使钢筋的钝化膜受到破坏,并产生锈蚀作用. 当钢筋表面存在Cl- 、O2 和H2O的情况下,在钢筋的不同部位发生化学反应:
Fe + 2Cl- →FeCl2 + 2e- →Fe2 + + 2Cl- + 2e- , O2 + 2H2O + 4e- →4 (OH) -
进入水中的Fe2 +与OH- 生成Fe (OH) 2 在水中和O2 足够时,可进一步生成Fe (OH) 3 ,这些反应产物体积增大数倍,最终能使混凝土开裂. 因此对泵送剂中氯离子含量必须按国家标准要求加以控制.
2. 4 泵送剂对混凝土收缩性能的影响
硬化混凝土发生干燥收缩是人们所熟悉的. 收缩主要有塑性收缩,化学收缩、热收缩、碳化收缩等几种. 水泥的水化反应使混凝土的强度得到发展,伴随着放热和水泥浆体减小- 自身收缩. 与普通混凝土相比,低水灰比高张、高性能混凝土的水泥用量高,用料最大粒径小(因此浆体含量大) ,故收缩也比较大. 因此,必须在TS高效泵送剂中采取适当措施加以控制收缩的产生. 试验保持相同水泥用量,依据GBJ82 - 85方法进行普通混凝土(不掺泵送剂)与高性能泵送混凝土的收缩性能对比试验. 结果如下:
从表8可知,高性能混凝土中由于掺加了缓凝作用的高效泵送剂,延缓了水泥水化放热速度,其收缩小于普通混凝土. 证如A·M内维尔指出:可提高混凝土的延伸性,因而减少开裂[ 2 ].
2. 5 泵送剂对混凝土致密性能的影响
高强高性能混凝土由于采用低水灰比配制,并用优良级配的掺合料,混凝土配合比设计比较科学. 水泥水化后水泥石孔隙率大量减少,强度大幅度提高;同时掺入高效泵送剂和高分散活性矿物掺合料,它们与硅酸盐水泥反应所产生的游离Ca(OH) 2 和高碱性水化硅酸钙产生二次反应,生成数量更多质量更优的低碱性水化硅酸钙,它们填充于水泥颗粒之间,使水泥石更加致密.
3 工程应用实例
华福中心位于福州五四路中段,由福建建筑设计院设计,省二建施工. 该工程采用框剪型式,一层至五层柱,剪力墙的混凝土强度设计等级为C60、部分为C80,采用泵送施工. 混凝土初始坍落度220 mm,施工现场坍落度200 mm,并且在混凝土泵送过程中输送顺利,说明混凝土可泵性良好. 经各方现场取样成型试块,其混凝土28 d抗压强度结果如下:
C60混凝土:取样41组试块,mfcu = 68. 4Mpa; Sfcu = 6. 21Mpa; fcu,min = 58. 7Mpa
C80混凝土:取样11级试块,mfcu = 86. 8Mpa; Sfcu = 3166Mpa; fcu,min = 80. 7Mpa
完全符合C60、C80混凝土设计要求.
4 结论
(1) TS型高效泵送剂,减水率大于27% ,能保证配制C60, C80等高性能混凝土达到规定和易性所需的单位用水量大幅减少;有效地降低了水胶比,使混凝土的强度得到显著提高.
(2) TS型高效泵送剂的适宜掺量为2. 0%～2. 5%使混凝土初始坍落度大于200 mm. 并保持120 min基本不损失,具备较高的可泵性能.
(3) TS型高效泵送剂各项性能指标符合国标要求,与国内同类产品相比,对水泥适应性良好,对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应用技术效果. 值得推广使用.
参考文献:
[ 1 ] 沈威,黄文熙,闽盘荣. 水泥工艺学[M ]. 武汉:武汉工业大学出版社, 1995.
[ 2 ] [英]A. M. 内维尔. 混凝土的性能[M ]. 李国洋,马员勇译,北京:中国建筑工业出版社, 1983.
