聚羧酸減水劑在管片混凝土中應用研究

王香港， 王玉策

（1.蘇州市興邦化學建材有限公司 蘇州 215155；2.中鐵二十三局無錫分公司 無錫 214400）

0 前言

隨著城市化建設的快速發展，道路交通建設顯得尤為重要。市場經濟的繁榮離不開信息的傳遞，更離不開交通行業發展帶來的便捷。地鐵隧道工程是城市交通發展到一定階段的標志。地鐵隧道所使用的管片是高性能混凝土預制品，混凝土由高性能聚羧酸減水劑調節后，拌制出滿足生產工藝要求的混凝土，經振動成型、收光抹面、蒸養、脫模水養（28d）之后投入使用。目前，管片生產廠家都采用生產效率比較高的流水線，提高模具的周轉率，降低生產成本。那么，對減水劑的要求就比較高，特別是要求具有早強性能。對此工藝要求，本文經過相關試驗做出了適合管片生產要求的高性能聚羧酸減水劑。

1 工程概況

無錫市軌道交通一、二號線工程盾構區間單線隧道長約72km，管片總環數約60000環。1號線為南北向交通骨干線，北起堰橋，南至雪浪，2號線為東西向交通骨干線，西起梅園，東至安鎮，公司承攬約20000環地鐵管片生產，鋼筋混凝土管片內徑為5.5m，外徑為6.2m，環寬1.2m，厚度為0.35m。鋼筋混凝土管片供應時間從2010年5月至2013年10月，共42個月。

2 試驗研究

2.1 原材料和試驗儀器

（1）采用海螺P·Ⅱ52.5級水泥，比表面積為359m2/kg。其他檢測結果見表1。

（2）集料

細集料采用Ⅱ區中砂，細度模數2.8，含泥量0.4%；粗集料采用碎石，5～25mm的連續粒級顆粒級配，其中70%為16mm以上的碎石，含泥量0.3%。

（3）粉煤灰

采用江蘇利港電廠的Ⅰ級灰，燒失量0.87%，細度7.0%。

（4）減水劑

采用蘇州市興邦化學建材有限公司生產的PC3018早強型聚羧酸高性能減水劑，國內著名廠家早強型聚羧酸減水劑A型，國際知名聚羧酸高性能減水劑B、C（適用于管片生產）。

（5）試驗儀器

表1 水泥檢測結果

HJW-60型混凝土臥式攪拌機，無錫市錫威儀器機械廠；

LC-615A型日本三洋混凝土含氣量測定儀，上海勞瑞儀器設備有限公司；

混凝土貫入阻力儀，無錫建儀儀器機械有限公司。

2.2 試驗方法

參照GB8076-2008，對所使用的減水劑進行常規檢測，對比其減水率、含氣量等指標；然后進行早強性能對比，進行復配；再通過混凝土蒸養對比進行驗證；最后進行試生產的驗證。

蒸養制度：40℃～50℃，蒸養3.5小時。蒸養之前進行不少于三次抹面。

2.3 試驗過程及數據

2.3.1 水泥適應性

減水劑對水泥的適應性能的優劣，直接影響到其使用功能。要判定PC3018對水泥的適應程度，采用水泥凈漿流動度來進行驗證，這也是比較公認的方法。

表2 減水劑水泥適應性

從表2可以看出，PC3018的水泥適應性能很好，與其他三種減水劑相比，在對水泥的適應性能上沒有大的區別，說明PC3018對水泥適應性能較好。

2.3.2 減水劑基礎性能對比

參照GB8076-2008對聚羧酸高性能減水劑的要求，按照其檢測要求，對減水率，含氣量等進行檢測。

表3 減水劑混凝土基本性能對比

從表3和圖1可以看出，PC3018減水率和標養強度與B型減水劑都比較接近。唯一最大的區別是含氣量，PC3018含氣量高。其他兩種減水劑的含氣量與PC3018相接近，標養下，早期強度增長較慢。聚羧酸高性能減水劑由于其合成工藝的特性，造成聚羧酸減水劑是引氣型減水劑，一般含氣量在3%～5%之間，GB8076-2008規定含氣量≤6%。說明聚羧酸高性能減水劑必須經過消泡處理才能滿足有特殊要求的預制品生產工藝。A-型減水劑，含氣量低于常規聚羧酸減水劑，是經過消泡工藝處理的。目前，通過合成控制聚羧酸減水劑含氣量低于2%的還未曾出現。根據表3，必須對PC3018進行消泡處理。

2.3.3 早強性能對比

管片生產要求，在兩小時內模具要進入蒸養房，否則會影響生產效率，增加生產成本。那么，兩小時進入蒸養房要求混凝土能較快凝結，產生一定的強度。

管片生產有預養期，一般指地鐵管片澆灌成型后到加熱升溫前這一段靜停放置時間。預養階段的作用在于提高水泥在熱養護開始以前的水化程度，使混凝土具有必要的初始結構強度，以增強混凝土對升溫期結構破壞的抵御力。混凝土制品預養時間越長，混凝土的初始結構強度就越大，混凝土蒸養后，制品內部損傷就越小。但是預養期不能過長，否則會影響生產周期，降低模具的周轉率。這里就存在一個最佳預養期問題，著名混凝土專家吳中偉教授指出，最佳預養期為混凝土強度達到0.39～0.49MPa 時所需的時間[1]。因此混凝土要求快速凝結，所使用的減水劑早強性能較好。對兩種減水劑早強性能的對比結果見表4。

表4 PC3018早強性能檢測

從圖2可以看出，在同等試驗條件下，PC3018的早強效果與B型很接近，初凝時間只晚13分鐘，終凝時間相接近。其他兩種相對較差。

2.3.4 PC3018消泡和結果驗證

通過上述實驗，可以知道PC3018在管片生產的使用上還不能完全滿足生產工藝的要求，需要進行消泡方面的改進。

降低減水劑的含氣量，要選用消泡效果較好的消泡劑，要求消泡劑不影響減水劑的性能，不能明顯降低其減水率，改變混凝土拌合物的和易性能。選擇合適的消泡劑首先要考慮與減水劑相容性問題，如不相容，會造成混合不均勻產品性能不穩定，影響生產；其次是摻量，消泡劑摻量小，起不到消泡作用；摻量大，會產生泌水，影響正常生產使用。目前，市場上的消泡劑大致分為三類：一是有機硅類；二是聚醚類；三是高碳醇類。三種消泡劑各有優劣，此次選用有機硅類消泡劑，是經過大量實驗確認，判定適用于PC3018，摻量為0.05%，PC3018含氣量1.8%。其早強性能對比見表5。

表5 PC3018早強性能檢測

從表5可以明顯看出，改性之后，PC3018在8h、10h、12h、24h強度上有比較明顯的提高，非常接近A-型減水劑的性能。凝結時間上，初凝縮短約20min，保證凝結的快速進行。從標養條件下的強度來看，完全可以滿足管片生產的需要，最終還要經過蒸養驗證，以確保實際生產與試驗結果的一致性。

表6 蒸養試驗對比

從表6可以看出，脫模強度可以達到設計強度的55%，遠遠超過設計要求。

3 結論

（1）通過試驗對比，摸索出一套檢測減水劑早強性能的試驗方法；

（2）確定消泡劑摻量0.05%、脫模強度達到設計強度的55%，遠高于40%的設計脫模強度；

（3）配制出和易性能較好的混凝土拌合料，提高生產效率，節約能源，降低成本。

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