一種管樁混凝土專用聚羧酸減水劑的研究開發(fā)

王照能，彭飛，鄧?yán)?/p>

（云南科之杰新材料有限公司，云南 昆明 650605）

0 前言

近年來，隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的使用越來越普遍，如水泥電桿、地鐵管片、城市地下排洪管道等。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（簡稱PHC 管樁）是一種重要的樁基材料，高層建筑、大跨度橋梁和高速公路等現(xiàn)代工程均離不開優(yōu)質(zhì)的樁基礎(chǔ)。應(yīng)用樁基礎(chǔ)可以縮短建設(shè)周期，同時(shí)節(jié)約大量的能源材料，因而在建筑業(yè)得到了廣泛應(yīng)用[1]。

聚羧酸減水劑主要通過聚醚大單體與帶有不飽和雙鍵含親水基團(tuán)的丙烯酸及丙烯酸類衍生物反應(yīng)制得，雖然在坍損控制、減水率可調(diào)、提升強(qiáng)度、節(jié)省水泥、改善管樁表面光滑度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)保安全、功能可調(diào)、混凝土黏聚性等方面比萘系減水劑有著很好的優(yōu)勢[2]，但由于其本身表面活性劑的引氣功能使得混凝土預(yù)制構(gòu)件表面氣孔較多，呈蜂窩麻面狀。且預(yù)制管樁混凝土通常要求早期強(qiáng)度高、混凝土和易性好、混凝土外加劑中緩凝和坍落度保持劑組分少，造成混凝土坍落度損失過快，不易施工。

為了解決管樁混凝土損失過快、外觀蜂窩麻面等問題，國內(nèi)外主要是從澆筑工藝、脫模劑等方面進(jìn)行改善，但效果并不明顯。因此，本文通過使用我司不同型號(hào)的高和易性減水母液、保坍母液、功能助劑進(jìn)行復(fù)配，然后進(jìn)行管樁混凝土試驗(yàn)，研究不同配比聚羧酸減水劑對管樁混凝土施工性能、抗壓強(qiáng)度及表觀的影響，以解決管樁混凝土生產(chǎn)和使用中存在的性能問題。

1 試驗(yàn)原材料、儀器設(shè)備及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料與儀器設(shè)備

本試驗(yàn)所用原材料詳細(xì)信息如表 1 所示。本試驗(yàn)所用主要儀器詳細(xì)信息如表 2 所示。

根據(jù)需方試驗(yàn)室技術(shù)要求，所供應(yīng)的減水劑需符合以下條件：

（1）減水劑摻量 2.0%，水泥凈漿初始流動(dòng)度210～220mm；

（2）減水劑摻量 4.0%，混凝土初始坍落度100mm，混凝土經(jīng)時(shí) 0.5h 后坍落度損失≤20mm；

（3）混凝土含氣量≤1.0%；

（4）管樁內(nèi)外壁無蜂窩、麻面；

表 1 試驗(yàn)原材料

表 2 主要儀器

（5）早期強(qiáng)度高。

1.2 性能測試方法

（1）水泥凈漿流動(dòng)度測試：將所配的聚羧酸減水劑按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行對比測試。

（2）混凝土性能測試：參照 GB 8076—2008《混凝土外加劑》進(jìn)行 C80 管樁混凝土性能試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水泥凈漿測試

調(diào)整聚羧酸減水劑中減水母液、保坍母液、緩凝劑、早強(qiáng)劑及消泡劑及引氣劑用量，測試不同配比的減水劑（摻量 2.0%）對水泥凈漿流動(dòng)度的影響。水泥凈漿配比和流動(dòng)度測試結(jié)果如表 3 所示。

表 3 聚羧酸減水劑與功能小料配比及性能

由表 3 可知：當(dāng)減水劑摻量為 2.0% 時(shí)，減水劑PC-1、PC-2、PC-3、PC-4 的水泥凈漿初始流動(dòng)度皆小于 210mm；減水劑 PC-5 與 PC-6 的水泥凈漿初始流動(dòng)度大于 210mm，且 2h 后凈漿流動(dòng)度損失較小，分別只損失了 10mm 和 12mm。綜上所述，只有減水劑 PC-5與 PC-6 水泥凈漿流動(dòng)度符合需方的技術(shù)要求。

2.2 混凝土性能測試

將表 3 配制的 PC-5 與 PC-6 減水劑溶液進(jìn)行 C80管樁混凝土試驗(yàn)（減水劑摻量 4.0%），混凝土配合比見表 4，測試結(jié)果如表 5 所示。

表 4 混凝土試驗(yàn)配合比 kg/m3

表 5 混凝土性能測試結(jié)果

由表 5 測試結(jié)果可知，摻 PC-5 減水劑的混凝土初始坍落度為 96mm，經(jīng) 0.5h 后損失 24mm；摻 PC-6減水劑的混凝土初始坍落度為 92mm，經(jīng) 0.5h 后損失 10mm。兩種混凝土的含氣量均小于 3.0%，1d 抗壓強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)要求的 60%，28d 抗壓強(qiáng)度均大于80MPa，混凝土初凝和終凝時(shí)間提前約 1h。

2.3 管樁混凝土表觀比較

圖 1 不同減水劑 C80 管樁混凝土管樁外觀對比

為進(jìn)一步比較 PC-5 與 PC-6 在 C80 管樁混凝土中性能的差異，將 PC-5 與 PC-6 進(jìn)行混凝土 C80 管樁澆筑對比試驗(yàn)，其 C80 管樁混凝土成型狀態(tài)見圖 1。從圖 1 可看出，摻減水劑 PC-5 的混凝土管樁外觀較好，有點(diǎn)粗糙，有細(xì)小的氣孔；摻減水劑 PC-6 的混凝土管樁較為光滑，且表面無肉眼可見的氣孔。這是由于減水劑配方 PC-5 中緩凝劑用量為 0.5%，含有緩凝成分，會(huì)延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間，因此管樁外觀較粗糙，會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的氣孔。PC-6 減水劑配方中無緩凝成分，凝結(jié)時(shí)間適宜，外觀較為光滑均一。綜上考慮，只有減水劑 PC-6 符合施工技術(shù)要求。

2.4 C80 管樁應(yīng)用

為了有效解決 C80 管樁混凝土外觀蜂窩麻面、表面多孔、成型制件差等問題，我司將 PC-6 聚羧酸減水劑送至需方進(jìn)行 C80 管樁澆筑成型，其現(xiàn)場施工應(yīng)用如圖 2 所示。該 C80 管樁脫模成型后，外觀光滑、無蜂窩麻面、內(nèi)壁光滑、無掛漿、成型狀態(tài)較好，可成功運(yùn)用于 C80 管樁的澆筑成型，需方反饋施工效果良好。

2.5 管樁混凝土澆筑質(zhì)量控制建議

在云南地區(qū)由于材料復(fù)雜多變，對于管樁混凝土澆筑質(zhì)量控制的要求較高。建議混凝土澆筑時(shí)坍落度控制在 80～100mm 為好，且應(yīng)控制混凝土坍落度 0.5h 內(nèi)的坍落度損失。當(dāng)混凝土坍損過大、過快且混凝土觸變性、保水性、粘聚性等發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)有效地解決混凝土質(zhì)量問題。當(dāng)砂石材料波動(dòng)變化大、級(jí)配差等情況出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系外加劑廠家調(diào)整相應(yīng)外加劑配比；澆筑模板脫模劑應(yīng)當(dāng)涂抹均勻，以保證混凝土表面無蜂窩、麻面；管樁混凝土成型后，應(yīng)進(jìn)行有效及時(shí)的保養(yǎng)與維護(hù)，切不可將成型好的預(yù)制件管樁混凝土存放于溫差大、曝曬、干燥的環(huán)境中。

3 結(jié)論

（1）由減水母液 A 與 B 按質(zhì)量比 8:2、消泡劑用量 0.02% 配制的減水劑 PC-6 對水泥凈漿的流動(dòng)度改善效果較好，既不會(huì)出現(xiàn)損失過快現(xiàn)象，也不會(huì)出現(xiàn)緩釋放大離析的現(xiàn)象。

（2）摻 PC-6 減水劑的混凝土初始與經(jīng)時(shí) 0.5h 損失后，包裹性和觸變性均較好，抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)能夠更好地滿足施工要求。

（3）摻 PC-6 減水劑的 C80 管樁混凝土成型脫模后混凝土表面光滑均勻，無蜂窩麻面，適于 C80 管樁混凝土實(shí)際施工。