改性氨基磺酸鹽高效減水劑在PHC 管樁高強混凝土中的應用

黎 韜 林 鵬 吳善才

（1 廣東省建筑材料研究院，廣東 廣州 510160；2 廣州市建筑材料工業研究所有限公司，廣東 廣州 510663）

1 前言

預應力混凝土管樁(簡稱PHC 樁)是在高強高性能混凝土(HPC)和預應力技術的基礎上發展起來的混凝土預制構件。PHC 樁由于其混凝土強度等級超過C80，具有強度高，單樁承載力大，耐打性好，設計選用靈活方便，成樁質量可靠，對樁端持力層起伏變化較大的地質條件適應性強，施工速度快，檢測時間短，監理方便，現場管理簡單，綜合經濟效益指標好等優點〔1〕，因此得到了建筑界人士的青睞，在國內、外得到了迅速發展。目前在我國的珠三角、長三角、港澳地區、國外的日本及東南亞等許多國家得到了廣泛的使用。高效減水劑作為生產高強高性能混凝土必不可少的材料之一，在管樁生產中也得到了大量的應用。傳統的萘系高效減水劑存在混凝土坍落度損失較快，水泥適應性較差等問題。而氨基磺酸鹽高效減水劑不但具有減水率較高，不引氣，對凝結時間影響小，與水泥適應性較好的特點，還可有效地控制混凝土坍落度損失。但是氨基磺酸鹽高效減水劑摻量較高時易引起混凝土較大的泌水，因而需對這種高效減水劑進行改性。這樣既可以彌補傳統高效減水劑的不足，也提高了管樁生產的工作效率。

2 合成試驗

2.1 試驗原材料

對氨基苯磺酸鈉，純度不小于99%，工業級；苯酚，純度89%，工業級；甲醛，純度≥37%，工業級；堿性調節劑(氫氧化鈉等)；催化反應助劑。

2.2 合成試驗儀器

電熱恒溫水浴，定時電動攪拌器，四角燒瓶，梨形漏斗，球型漏斗。

2.3 合成工藝

稱取一定量的對氨基苯磺酸鈉，置于裝有溫度計、攪拌器、滴液漏斗、回流冷凝管的四口燒瓶中。加入苯酚和水，升溫使其全部溶解，加熱溶液的溫度到80～90℃，保持此溫度約1h 后，加入改性調節劑，加完改性調節劑后，調節pH值至8.5～9.5之間，然后再緩慢的滴加甲醛溶液，溫度保持在85～95℃之間，加完甲醛后加入少量催化反應助劑，恒定溫度88～96℃保持4～5h，保溫結束后加入適量的氫氧化鈉溶液（與苯酚、甲醛余液反應，消除苯酚對環境的污染），調節pH 值至9～10，然后降低溫度，保持溫度在40～50℃反應2～3h，冷卻，即得改性氨基磺酸系減水劑。

3 水泥凈漿及混凝土試驗

3.1 試驗原材料

水 泥：粵 秀P· Ⅱ42.5R；華 潤P·Ⅱ42.5R；粵花P.Ⅱ42.5R；華潤P.O42.5R；英馬P.O42.5R；臺泥P.O42.5R；石井P.O42.5R；海螺P.O42.5R；

摻合料：磨細石英砂（比表面積≥420m2/Kg），SiO2含量92.0%；

細集料：河砂，細度模數M=2.7；

粗集料：5～20mm 碎石；

外加劑：FDN 萘系高效減水劑，改性氨基磺酸系減水劑。

3.2 試驗方法

按國家標準《混凝土外加劑均質性試驗方法》GB/T 8077-2000〔2〕檢測產品的勻質性指標，流動度檢測按照：水泥500g，水灰比W/C=0.29(外加劑為液體產品，固體含量30.0%，摻量為1.5%進行試驗。

按國家標準《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T 50080-2002〔3〕進行攪拌混凝土，測試混凝土的初始坍落度，觀測混凝土粘聚性能，評價混凝土和易性的好壞，然后將混凝土拌合物裝 入100mm×100mm×100mm的 抗 壓 強 度 試模中，振動密實成型，成型的試件先靜置2h 后，放入養護池進行養護，在1h 內升溫至85℃，恒溫4h，然后在0.5h 左右把溫度降至常溫，拆除試模。將部分試件進行強度試驗，試壓的強度為蒸養強度值；剩余的試件放入高壓釜中，2h 升溫至178℃，蒸氣壓力升至0.95MPa～1.0 MPa 恒溫5h，3h 左右降至常溫常壓，將試件冷卻，進行強度試壓試驗，所測得強度之為壓蒸強度值〔1〕。

3.3 試驗結果及分析

采用合成的改性氨基磺酸系減水劑分別進行了水泥凈漿流動度試驗和混凝土坍落度試驗，試驗結果表明，改性氨基磺酸系減水劑與大部分的水泥適應性良好，不論是水泥凈漿流動度或水泥混凝土試驗，改性后的氨基磺酸系減水劑保持凈漿流動度和混凝土坍落度的性能良好，對于混凝土的凝結時間沒有大的影響，具體的試驗數據見表1、表2 和表3。

表1 水泥凈漿流動度

根據上述實驗結果知道，和摻加萘系的混凝土相比較，摻加改性氨基磺酸鹽高效減水劑的混凝土具有更小的坍落度經時損失，抗壓強度與萘系高效減水劑無大的差別，因而改性氨基磺酸鹽高效減水劑可以適用于管樁混凝土的生產。

對高強管樁應用改性氨基磺酸鹽高效減水劑,我們針對三種管樁生產廠家常用水泥進行試驗，經過多次的高強混凝土試驗，管樁混凝土的蒸養強度和壓蒸強度試驗結果統計見表4。

表4 中的實驗結果表明：在混凝土中使用改性氨基磺酸鹽高效減水劑后，混凝土從攪拌到進行管樁生產時的坍落度變化不大，蒸養強度、壓蒸強度與萘系高效減水劑配制的混凝土強度相差很小，混凝土無泌水現象，和易性良好，符合管樁混凝土的要求，達到管樁混凝土應用的試驗預期效果。

4 改性氨基磺酸鹽高效減水劑在PHC高強管樁混凝土中的應用

表2 改性氨基磺酸鹽高效減水劑的性能測試

表3 混凝土拌合物性能及混凝土抗壓強度

表4 高強混凝土蒸養強度和壓蒸強度

根據研制產品的上述各項試驗數值看，這種產品的性能已經能夠滿足管樁混凝土的要求，因而我們使用這種新型的高效減水劑進行了管樁的生產應用。表5 為某管樁有限公司使用改性氨基磺酸鹽高效減水劑進行生產管樁混凝土的強度統計數據，水泥為華潤P·Ⅱ42.5R 型號。

在管樁外觀質量及力學性能上，根據生產質量數據統計，使用改性氨基磺酸鹽高效減水劑后，管樁的外觀質量不合格率略有下降。而根據跟蹤的混凝土強度試件的抗壓強度情況，數據如表5所示，混凝土抗壓強度亦能滿足管樁混凝土強度的要求。

表5 管樁混凝土的強度統計

根據對生產的跟蹤，管樁混凝土使用改性氨基磺酸鹽高效減水劑以后，流動性較好，布料時人工插搗的現象和頻次少了。此外，坍損情況有顯著的改善，以往因為某些工序的問題耽誤布料幾分鐘，布料就變得很困難，使用改性氨基磺酸鹽高效減水劑時，我們曾有意停留10～15 分鐘，布料仍然很輕松。

表6 管樁離心后廢漿情況統計

在離心工藝上，通過對廢漿量及漿中含水率情況分析，相比平時使用萘系生產的管樁的廢漿量基本沒有差別。在管樁的外觀質量方面，觀察管樁的外表面、管樁內壁狀況（如有內壁是否存在掛漿塌壁，表壁面露石或蜂窩等現象），基本上沒有大的變化〔4〕。

在管樁吊裝、運輸及工地施工應用上，根據現場的施工情況跟蹤以及工地的現場施工打樁的反饋情況，也會存在少量的破損斷樁情況，與使用萘系高效減水劑生產的管樁施工狀況相比，情況基本沒有大的差別。

5 結論

1）摻加改性氨基磺酸鹽高效減水劑配制的高強度混凝土，能滿足生產預應力管樁的強度要求。

2）由于改性氨基磺酸鹽高效減水劑具有高的減水率及較好的水泥適應性，且具有控制坍落度損失的功能，在進行管樁的生產布料時，混凝土能始終保持較好的工作性，使得生產的效率有很大的提高。

3）改性氨基磺酸鹽高效減水劑在管樁混凝土中高摻量應用時無泌水現象產生，對混凝土凝結時間無大的影響。

[1]阮起楠著.預應力混凝土管樁 .北京：中國建材工業出版社，2000年

[2]《混凝土外加劑均質性試驗方法》GB/T8077-2000，國家質量技術監督局，2000年

[3]《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T50080-2002，國家質量技術監督局，2000年

[4]《紀念中國混凝土外加劑協會成立20 周年—混凝土外加劑新技術發展研討會論文集》 2006年