應(yīng)用于管樁生產(chǎn)的兩種新型外加劑的研究*

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

0 前言

CTF 混凝土增效劑是一種新型混凝土外加劑，它能在減少 10%～15% 水泥用量的情況下，使強(qiáng)度仍保持甚至超過原有基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度，而且拌合物的和易性和工作性能都能得到提升。CTF增效劑能明顯改善工作性能，提高膠凝材料的分散性，表現(xiàn)為漿體增多，從而可以實現(xiàn)在原配合比基礎(chǔ)上節(jié)約水泥10%～15%。

CTF 混凝土增效劑在很多地區(qū)已得到廣泛應(yīng)用，也取得了不錯的效益，但同時也出現(xiàn)一些不同的問題，有的混凝土攪拌站試驗室甚至出現(xiàn)負(fù)面作用，偶有混凝土性能下降、強(qiáng)度減少的情況出現(xiàn)[1]。因此，有必要對CTF增效劑的應(yīng)用性能作進(jìn)一步的研究。

另外，在工程上，使用早強(qiáng)劑可以加快混凝土的凝結(jié)硬化過程，促進(jìn)混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展，達(dá)到加速模板周轉(zhuǎn)，快速施工，節(jié)約水泥和便于冬季（低溫）施工的目的，特別是對管樁的生產(chǎn)非常有利。晶種早強(qiáng)劑就是這樣一類新型的混凝土早強(qiáng)劑。因為混凝土的強(qiáng)度來源于水泥水化產(chǎn)物從液相中析出，將水泥水化產(chǎn)物作晶種引入混凝土中可以誘導(dǎo)水化產(chǎn)物更快地析晶，從而加速水泥的凝結(jié)硬化，提高混凝土早期強(qiáng)度，所以，晶種可以在提高混凝土早期強(qiáng)度中作為一種有效的外加劑使用[2]。例如，向礦渣水泥中加入人工合成的晶種如Ca（OH）2、鈣礬石、水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣，可明顯提高礦渣水泥的早期強(qiáng)度，且不影響礦渣水泥的物理力學(xué)性能。這種人工晶種制備方便，成本低，具有與水泥相同的水化產(chǎn)物。因此，人工晶種是水泥的理想早強(qiáng)劑。

本文研究了兩種適用于管樁生產(chǎn)的新型混凝土化學(xué)外加劑：即CTF增效劑和晶種早強(qiáng)劑的性能，并對兩種外加劑的發(fā)展前景作出比較，以便指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。

1 試驗研究

1.1 原材料

1.1.1 水泥

CTF增效劑采用P.Ⅱ 52.5水泥，其質(zhì)量符合GB 175—2007中的相應(yīng)規(guī)定。

晶種早強(qiáng)劑采用P.O 42.5水泥，其質(zhì)量符合GB 175—2007中的相應(yīng)規(guī)定。

1.1.2 細(xì)骨料

膠砂試驗采用ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，其質(zhì)量符合GB/T 17671—1999中的相應(yīng)規(guī)定。

1.1.3 水

符合JGJ 63—2006《混凝土拌和用水》技術(shù)要求的自來水。

1.1.4 晶種

采用Na2SiO3·5H2O與Ca（NO3）2·4H2O反應(yīng)合成的C-S-H凝膠晶種。晶種的制備過程中，將鈣硅比（按質(zhì)量比）設(shè)定為1。

1.1.5 CTF增效劑

采用廣州三駿建材科技有限公司生產(chǎn)CTF-8#型混凝土增效劑，其外觀呈無分層半透明液體狀，pH值為10.0±1.0，密度為1.03 g/cm3±0.05 g/cm3。

1.2 試驗方法

CTF增效劑和晶種早強(qiáng)劑的工作性能分析，采用常用的的混凝土減水劑的工作性能檢測規(guī)范試驗方法，通過比較他們的常見性能，指導(dǎo)其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。根據(jù)以上思路，選用減水率、膠砂流動度、膠砂強(qiáng)度3 個試驗作為主要試驗方式進(jìn)行驗證。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 砂漿減水率

本試驗選取了幾種減水劑以及CTF增效劑、晶種早強(qiáng)劑，按GB 8077—2008《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》中水泥砂漿減水率的測定方法進(jìn)行檢測。以不摻外加劑的膠砂作為基準(zhǔn)膠砂，以摻不同外加劑的膠砂作為對比膠砂，在膠砂流動度相同（流動度達(dá)到180 mm±5 mm）的情況下，對比需水量，分析減水率。試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同外加劑對砂漿減水率的影響

試驗表明CTF增效劑和晶種早強(qiáng)劑減水率都較低，與減水劑有明顯差異，但觀察砂漿狀態(tài)，摻CTF的砂漿不易泌水，其對漿體的保水性改善明顯。摻入晶種早強(qiáng)劑的砂漿外觀則與基準(zhǔn)砂漿基本相同。

2.2 膠砂強(qiáng)度

膠砂強(qiáng)度按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法（ISO）法》進(jìn)行檢測。

晶種早強(qiáng)劑主要體現(xiàn)其早強(qiáng)效果，故只檢測了凈漿試條的1 d強(qiáng)度。

CTF增效劑配比方案及試驗結(jié)果見表2，晶種早強(qiáng)劑配比方案及試驗結(jié)果見表3。

由表2、表3數(shù)據(jù)可知：

添加CTF增效劑的膠砂，3 d抗折強(qiáng)度和28 d抗折強(qiáng)度隨增效劑摻量增加有上升趨勢，當(dāng)摻量超過0.6%時，又有下降趨勢。隨著增效劑摻量的增加，3 d抗壓強(qiáng)度有上升趨勢，但超過0.6%摻量，強(qiáng)度下降明顯；28 d抗壓強(qiáng)度隨著增效劑摻量的增加上升明顯，超過0.6%摻量后趨于穩(wěn)定。

由用水量數(shù)據(jù)及觀察新拌膠砂狀態(tài)可知，增效劑對砂漿基本沒有減水效果，但對膠砂的工作性能有明顯改良作用。增效劑的摻量在0.6%時膠砂強(qiáng)度有明顯提高。

晶種1與晶種2為兩種不同制備工藝的產(chǎn)物，晶種1相對粗糙，粒徑在微米級以上，晶種2粒徑較小。添加晶種1的1 d凈漿強(qiáng)度有小幅提高，幅度大致與CTF相同，晶種1是手工搗磨，分析認(rèn)為應(yīng)該是顆粒沒有達(dá)到納米級別所致。晶種2對強(qiáng)度有明顯提高。

表2 CTF增效劑配比方案及試驗結(jié)果

表3 晶種早強(qiáng)劑配比方案及試驗結(jié)果

3 結(jié)語

綜合以上試驗結(jié)果，可以看出CTF 增效劑作為一種新一代功能型外加劑，的確可以激發(fā)和分散膠凝材料，提高水泥的利用率，使水化反應(yīng)更充分，混凝土更勻質(zhì)更密實。此外，由減水率試驗可看出CTF能有效保持新拌混凝土的工作性，使混凝土便于操作，從而提升混凝土的品質(zhì)，有利于管樁生產(chǎn)。晶種類早強(qiáng)劑，從理論上講，晶體從液相中析出時，需突破一能量阻礙，這一能量阻礙使得晶體析出有時很難自然進(jìn)行，這也是過飽和溶液的存在原因。在過飽和溶液中加入微量的同種晶體，即可使溶液迅速地析出晶體。如在水泥水化過程中加入晶體胚物質(zhì)，即可降低水化產(chǎn)物析出的能量阻礙，從而加速析出的速度。它的出現(xiàn)主要是為了替代傳統(tǒng)的早強(qiáng)劑，彌補(bǔ)其在混凝土應(yīng)用中的不足。實際試驗證明，晶種的確可以提高膠砂早期強(qiáng)度，但目前的技術(shù)瓶頸主要在于納米級別顆粒的制備。

CTF混凝土增效劑與晶種類這兩種新型外加劑，應(yīng)用于管樁生產(chǎn)，各有長處。CTF增效劑早強(qiáng)效果一般，長處在于明顯的改善了操作性。晶種類外加劑重點在于早強(qiáng)，對操作性改善不顯著。兩種外加劑應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，都有自己的適用范圍，但要在工程上大規(guī)模應(yīng)用，還需要進(jìn)行制備技術(shù)革新和改良，這樣才能體現(xiàn)出它們的生命力。