摘要: 高强泵送剂是高性能混凝土之中的主要组分之一。我国已进行了近30年的基础理论和工程应用研究, 并在全国各个城市、大中型市政工程中成功应用, 达到了高性能混凝土的泵送技术, 加快施工进度和节省工程投资的目的, 取得了显著的技术和经济效益。特别是混凝土的保坍技术, 更好的解决了长距离运输、环境温度高的条件下高性能混凝土的可操作性。本文在总结高强泵送剂在混凝土中的研究成果的基础上, 对保坍技术的研究进行了详细分析。
关键词: 高强泵送保坍技术详细分析
1 前言
我国随着水工、港口、电力、冶金、工民建领域的需要, 随着混凝土外加剂的发展, 80年代起泵送技术迅速发展, 成功浇筑了C20～C40泵送混凝土;90年代又浇筑了C50～C60的高性能混凝土, 垂直高度达400M, 水平可泵送1000M。泵送C60以上的高强混凝土浇筑工作正在起步。 混凝土高效减水剂的问世使混凝土的高强化变为现实, 在此基础上发展起来的外加剂高强泵送剂, 使高强混凝土更具可操作性, 因此是泵送高强混凝土的技术关键,而保坍技术更是高强泵送剂的关键因素点。
然而, 我国一些工程高强混凝土的应用情况,大致存在以下几个问题, 至今未能得到很好的解决:
①水泥用量大, 胶凝材料组分单一, 混凝土收缩大。
②混凝土坍落度损失大, 影响泵送性能。
③骨料本身强度偏低。
鉴于以上几个问题, 结合我国目前工程中高强混凝土( 强度等级一般在C50～C60) , 原材料现状,确实需要研制一种高流动性, 低坍落度损失( 尤其是高温下) , 增强效果良好的高强泵送剂。
我们经过反复改进、提高、研制出了比较适合当前我国工程特点的混凝土高强泵送剂NF- (B) 及NF。其中NF- (B) 在C50～C60高强混凝土中, 具有较好的流动性, 低的坍落度损失, 适合各种品牌水泥, 较高的强度保证率。
2 高强泵送剂的基本特点
要配制C50以上的高强泵送混凝土, 除对胶凝材料、骨料有较高的要求外, 应具备以下基本特点:
2.1 高效减水减水率一般为20%～30%, 不应低于20%, 以便能够控制混凝土水灰比和流动性( 坍落度和扩展度) 。因此, 制备高强泵送剂的减水组分必须是大减水率的高效减水剂, 如萘系, 三聚氰胺类或其他合成反应性高分子类。
2.2 坍落度损失小为满足可泵送的要求,混凝土的坍落度随时间的延长的损失一定要小,
而且混凝土的泌水也要少, 或不泌水保持较长时间。即在施工时间内保持混凝土的匀质、塑化及保水保塑性能, 才能在施工现场长距离扬程泵送; 并且能够在不同气温条件下, 保持良好的塑化性能。
2.3 效果显著增强效果显著, 后期强度保持缓慢增长。
针对上述基本特点和要求, 经过对生产工艺、适应性、耐久性等方面的反复研究和改进, 研制出了以特种改性萘磺酸盐聚合物为主体的新型混凝土泵送剂NF(B) , 适合配制C50～C60高强泵送混凝土。完全符合国家建材行业标准JC473—2001《混凝土泵送剂》及国家标准GB8076—1997《缓凝高效减水剂》。
3 高强泵送混凝土坍落度损失的作用机理
3.1 水泥中某些矿物吸附减水剂的能力有强弱。水泥中主要矿物吸附减水剂能力的顺序为
C3A>C4AF>C3S>C2S, 水泥一加水搅拌( 先掺法) ,就促使较多的减水剂涌聚到水泥胶粒表面,使整个液相中减水剂的浓度显著下降, 当混凝土浇灌成型时( 实际上是硅酸盐相急需阴离子表面活性剂时) , 对水泥起分散作用的减水剂量渐显不足。因而, 坍落度值将经时明显减小。
3.2 气泡外溢及水分蒸发, 即使是非引气型减水剂也总有一定的气泡引入( 引气型减水剂更显著) , 由于混凝土中的气泡在运输、堆放过程中可能不断外溢, 原本在新拌混凝土中起"滚珠轴承"作用的极性微气泡减少, 并伴随着水分蒸发, 使混凝土坍落度值经时下降。掺入高强泵送剂的混凝土由于用水量的大幅度减少, 而水分蒸发量又与不掺加减水剂的混凝土大致相近。因此, 混凝土中单位体积的水分蒸发率增大, 使其坍落度损失加快。
4 高强泵送剂的保坍措施及对策
(1) 采用后掺法或多次添加法;
(2) 适当增大减水剂的掺量;
(3) 采用载体流化剂;
(4) 适当复配含有稳定极性微气泡的组分;
(5) 适当复配保水、保塑组分;
(6) 尽可能避免或减少新拌砼的水分蒸发;
(7) 多种类型减水剂同时掺入;
(8) 适当复配缓凝组分及采取综合措施等。
5 试验用原材料、内容及结果
5.1 试验用原材料
水泥海螺P.O42.5 万年青P.O42.5 洋房P.O42.5 红狮P.O42.5 兰丰P.O42.5砂、石和水采用普通中砂, 细度模数为2.61,比重为2.75g/cm3, 堆积密度1585kg/m3。粗集料采用5～25mm的硬质碎石, 比重为2.88g/cm3。外加剂NF- (B) 高强泵送剂。
5.2 试验内容
外加剂掺量为1.8%～2.0%(液体) 以水泥重量计。温度为22℃。
表1 混凝土配合比(Kg/m3)
根据前述C50配合比, 做坍落度经时损失和压力泌水率试验。不同水泥的结果见表2所示
表2 不同水泥品种掺NF- (B) 混凝土坍落度经时变化及压力泌水率结果
由表2可见, 掺NF- (B)高强泵送剂的高强混凝土,坍落度保留值较高, 1小时损失率≤8%, 1.5小时损失率≤15%。混凝土压力泌水率仅为33%左右。说明掺NF- (B) 高强泵送剂的混凝土可泵性能较好, 不但在不同品种水泥满足要求, 而且在高标号水泥品种亦不会影响正常浇注。同时, 掺NF- (B)高强泵送剂混凝土初凝时间在8～10小时。这对NF-(B)高强泵送剂抑制水泥早期水化热, 减小混凝土早期温度应力, 提高大体积混凝土抗裂、耐久性是有利的。
表3 不同龄期抗压强度和收缩
由表3可见, 掺NF- (B) 高强泵送剂高流动度混凝土早期强度高, 一般7d达到设计标号, 28d仍比基准混凝土强度提高20%以上。混凝土90天干缩率与基准混凝土相当。说明NF- (B) 高强泵送剂不仅可增强, 而且对混凝土收缩性能无不利影响。在NF- (B) 高强泵送剂研制开发过程中, 未引入有害物质, 其中Cl- 含量<0.1%, 碱含量<0.5%。经掺NF- (B) 的新鲜砂浆阳极极化试验测定, 钢筋表面处于钝化状态。由此表明, NF- (B) 对混凝土中的钢筋无不利影响, 不会因此产生锈蚀危害而导致混凝土耐久性不良。
6 结论
6.1 制造高强泵送混凝土必须采用高强高效泵送剂, 才能保证这种混凝土的技术性能和施工工艺要求。减水率大于20%, 可大幅度减少用水量,使混凝土中游离水减少, 可获得更高的力学强度,且强度保证率高。
6.2 掺NF- (B) 高强泵送剂混凝土坍落度损失小, 1小时损失率小于10%, 压力泌水率33%左右, 适合高扬程流动度泵送混凝土。
6.3 在高强泵送剂中复合适当的对水泥兼有分散作用的缓凝剂, 可在一定程度上减少混凝土的坍落度损失, 同时对其强度、凝结时间无不利
影响。
6.4 NF- (B) 与不同品牌的普硅水泥相容性很好, 是高强混凝土之中不可缺少的理想的组分之一。
6.5 掺NF- (B) 高强泵送剂高流动度混凝土早期强度高, 7d能够达到设计要求, 28天的强度抗压比大于120%, 而且对混凝土的收缩和耐久性无不利影响。
