裝配式混凝土構件用混凝土表面緩凝劑的研制

李 兵

(福建省建筑科學研究院,福建 福州 350001；福建省綠色建筑技術重點實驗室,福建 福州 350001)

前言

裝配式混凝土構件技術20世紀已在美國,日本等國家普及,我國國內早在19世紀就有研究報道,但發展緩慢。直到近幾年來才快速發展,生產裝配式混凝土構件與現場澆筑混凝土相比,具有建筑工期大幅度縮短、噪音污染小、粉塵污染少、場地占用率低的優點,在施工時也可以節約大量的模板。所以裝配式混凝土構件技術有很大的發展前景。

由于裝配式混凝土構件生產完成后,運輸到現場進行吊裝,在構件之間會預留一些后澆帶,吊裝完成后,在進行后澆帶的澆筑；這樣為了保證接觸面與面之間的粘結強度,會在生產構件時,對接觸面進行表面拉毛處理。傳統的表面拉毛處理是使用鋼刷刷,電錘打等不僅費時費力,還容易是混凝土產生裂縫。本文開發了一種裝配式混凝土構件用的混凝土表面緩凝劑,它可以直接刷涂到成型模具表面,待混凝土脫模后直接用高壓水槍沖洗混凝土表面,達到表面拉毛的效果。

1 原材料的選擇

1.1 緩凝劑的選擇

葡萄糖酸鈉、蔗糖、三聚磷酸鈉、單氟磷酸鈉、某有機膦酸,為工業化產品。

1.2 增稠劑的選擇

甲基纖維素,分子量10萬,為工業化產品。

1.3 消泡劑的選擇

乳化硅油,為工業化產品。

1.4 觸變劑的選擇

有機膨潤土,為工業化產品。

1.5 水泥

建福牌P.O42.5水泥,為工業化產品。

1.6 礦粉

三鋼S95礦粉,為工業化產品。

1.7 砂子和石子

砂子為機制砂,細度模數2.8；大石子5-20mm連續級配,小石子5-10mm連續級配。

1.8 高效減水劑

福建建工建材科技開發有限公司生產的,聚羧酸型減水劑(標準型),減水率20%。

表1 水泥的物理性能指標

表2 礦粉的基本性能指標

2 實驗方法

2.1 表面緩凝劑凝結時間的測定方法

依照國家標準GB/T50080-2016的凝結時間測定方法,從混凝土拌合物中篩出砂漿用貫入阻力法測定塌落度值不為零的混凝土拌合物的初凝時間[1]。

2.2 裝配式混凝土構件脫模后表面沖刷的測定方法

使用150*150*600mm的鋼模成型,實驗時在鋼模的側面刷涂上表面緩凝劑,注入混凝土在規定的溫度養護至規定時間脫模,用高壓水槍沖刷,觀察沖刷效果。混凝土配合比見(表3)

表3 C35梁裝配式混凝土配合比

3 表面緩凝劑的復配

鑒于此表面緩凝劑要刷涂到模板的側面,所以需要增稠劑、消泡劑和觸變劑這三種組分和緩凝劑一起復配而成,增稠劑起增加粘稠度的作用,消泡劑用來消除復配時產生的氣泡,增加溶液的均一性；觸變劑組分用來調節復配產品的流掛性能。通過實驗確定增稠劑使用甲基纖維素,復配比例為復配液的2%；消泡劑使用乳化硅油,復配比例為復配液的0.01%；觸變劑使用有機膨潤土,復配比例為復配液的0.2%。

4 結果與分析

4.1 相同溫度,不同緩凝組分和不同摻量對混凝土凝結時間以及表面沖刷效果的影響

根據不同的緩凝機理,挑選了葡萄糖酸鈉、蔗糖、三聚磷酸鈉、單氟磷酸鈉和某有機膦酸5種緩凝劑,由表4可以得出葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉和單氟磷酸鈉的初凝時間在相同摻量下明顯小于蔗糖和某有機膦酸,由于這三種類型的緩凝組分凝結時間不夠導致脫模后沖刷效果不理想,如果達到相同的效果需要多摻2%。蔗糖和某有機膦酸的凝結時間相當,可以優先考慮這兩種緩凝組分。通過表4還可以得出想要達到表面沖涮效果好,其混凝土的凝結時間必須超過它的脫模時間。

表4 相同溫度,不同緩凝組分和不同摻量對混凝土凝結時間以及側面沖刷效果的影響

備注：緩凝組分的摻量是相對于表面緩凝劑復配液的,溫度是20±2℃,高壓水槍的沖刷時間是30min；初凝時間是相應的表面緩凝劑按膠凝材料的1.8%摻入混凝土中的凝結時間。

4.2 相同摻量,不同緩凝組分,不同溫度對混凝土凝結時間以及表面沖刷效果的影響

福州夏天的溫度最高可以到達40+℃,溫度越高混凝土的凝結時間越快,表5研究了不同溫度下,各種緩凝組分對混凝土的凝結時間的影響,以及24h脫模后的側面沖刷效果,結果表明葡萄糖酸鈉、蔗糖、三聚磷酸鈉和單氟磷酸鈉受溫度的影響較大,在60℃高溫下很快凝結,在高溫下不適合使用。而某有機膦酸可以大大改善溫度對凝結時間的影響,適合高溫使用。

表5 相同摻量,不同緩凝組分,不同溫度對混凝土凝結時間以及側面沖刷效果的影響

備注：緩凝組分的摻量是表面緩凝劑復配液的9%,高壓水槍的沖刷時間是30min。初凝時間是相應的表面緩凝劑按膠凝材料的1.8%摻入混凝土中的凝結時間。

4.3 表面緩凝劑復配方案的確定及初步應用試驗

通過以上實驗得出某有機膦酸和蔗糖可以一起使用,在保證性能的前提下可以降低成本；裝配式構件的拆模考慮在36小時以內,所以復配方案為：某有機膦酸7%、蔗糖2%、甲基纖維素2%、乳化硅油0.01%、有機膨潤土0.2%、水88.79%。福建建泰建筑科技有限責任公司是一家生產裝配式構件的大型企業,該表面緩凝劑拿到生產第一線進行了初步應用試驗,側面沖刷效果良好。

5 結論與展望

(1)相同摻量下凝結時間的由短到長順序依次為三聚磷酸鈉,葡萄糖酸鈉,單氟磷酸鈉,蔗糖,某有機膦酸。他們的凝結時間隨著摻量的增大而增大。

(2)甲基纖維素可以起到很好的增稠效果,有機膨潤土可以顯著改善流體的觸變效果。

(3)高溫狀態下,某有機膦酸對混凝土的凝結時間降幅不顯著。

(4)今后可以尋找一些可以疊加增效的緩凝劑,例如硼砂,丙三醇等和有機膦酸復配后可以達到更強的緩凝效果。