[摘要] 聚羧酸外加剂是一种新型的混凝土外加剂,目前在理论研究和高强高性能混凝土中的应用已取得一定进展,但缺少大规模地应用于预拌混凝土中的实例。本文试验检测了聚羧酸防冻剂的性能,配制并试验检测了聚羧酸防冻剂混凝土拌合物和硬化混凝土的性能,并于今年冬施期间将聚羧酸系防冻剂成功地应用于预拌C10～C60 混凝土的实际生产中,供使用聚羧酸外加剂生产中低强混凝土时参考。
[关键词]聚羧酸防冻剂;适应性;应用
长期以来,本公司一直使用萘系减水剂生产预拌混凝土。在使用过程中,随着对产品质量要求的不断提高,萘系外加剂混凝土结构表面的气泡多且大、萘系减水剂与水泥的适应性不好、减水率不足以满足生产高强高性能混凝土的需要等问题日益突出。新产品聚羧酸外加剂在高强高性能混凝土中的应用已被业界人士所熟知,但应用于北京预拌混凝土企业中低强度等级的混凝土中还未见报导。将聚羧酸外加剂成功地应用于预拌混凝土企业中低强度等级的混凝土,对推广聚羧酸外加剂的应用具有重要意义。今年年初开始,巴斯夫外加剂厂开始给我们提供了不同的聚羧酸系外加剂样品,拟用以代替本公司常用的萘系外加剂应用于高中低强度等级混凝土中。收到样品后,我们试验检测了聚羧酸外加剂的性能,配制并试验检测了聚羧酸混凝土拌合物及硬化混凝土的性能,并于今年冬施期间将聚羧酸系防冻剂成功地应用于实际生产。
1 试验采用的原材料
试验使用的原材料为本公司日常生产所使用的各种原材料,各种原材料性能指标见表1～表6 。
2 外加剂的性能检测
本公司今年用于生产的聚羧酸防冻剂透明、呈淡黄色,外加剂的粘度低,比重小于1.1 kg/ m3 。使用拉法基P. O.42.5水泥作为基准水泥,按减水剂、防冻剂和泵送剂标准试验方法对比检测了TZ1－3 萘系防冻剂和聚羧酸防冻剂的钢筋锈蚀、减水率、压力泌水率、坍落度增加值和保留值及- 7 天和( - 7 +28) 天抗压强度比性能,见表7 。
从以上试验数据我们发现:参照泵送剂和防冻剂标准,两种外加剂的试验项目均满足泵送剂和防冻剂一等品的指标;对比不同外加剂的两组数据,两种外加剂的钢筋锈蚀和抗压强度比性能相当,但聚羧酸防冻剂的减水率大,故坍落度增加值大,且1 小时坍落度保留值也大,但压力泌水率大,保水性相对较低。
在此需要特别提醒的是,我们在试验过程中发现即使只是更换外加剂品种时没充分洗刷搅拌锅或外加剂计量容器壁上极少的附着量也会对外加剂的减水分散性能产生明显的影响,故两种外加剂(至少本试验所用的两种外加剂) 不能混用。
3 混凝土拌合物和硬化混凝土性能
为了更好地结合实际生产应用,我们用本公司日常使用的拉法基水泥和TZ1-3 萘系防冻剂生产C30 混凝土的配合比,对比检测TZ1-3 萘系防冻剂和聚羧酸防冻剂混凝土的和易性、出盘坍落度及其经时损失和抗压强度。试验结果列如表8 的萘系和聚羧酸1 。
从上表可以看出,使用适合于萘系减水剂的C30 混凝土配合比配制的聚羧酸混凝土,其抗压强度、出盘坍落度及其经时损失均与萘系混凝土相当,但混凝土粘度小保水性差,不适于施工且混凝土均质性差。
针对所试配的聚羧酸防冻剂混凝土性能的这种状况,必须适当降低混凝土用水量和水胶比,提高混凝土拌合物的粘度和保水性,才能提高混凝土拌合物的均质性和泵送施工性能,达到预拌混凝土生产施工的要求。为此我们继续试配,保持配合比其它组分不变,将单方用水量逐步从180kg 调整至165kg ,相应地水胶比从0.50 降低至0.46 ,适当增加外加剂用量来增加流动性以保持生产应用所需的坍落度,混凝土的粘度和保水性逐步提高,试验检测单方用水量165kg ,混凝土拌合物及硬化混凝土性能结果列如表8 聚羧酸2 。
对比以上三组混凝土性能试验数据可以看出:聚羧酸2 组混凝土的抗压强度、出盘坍落度及其经时损失、混凝土和易性和保水性均优于聚羧酸1 组混凝土,且优于或相当于萘系混凝土,满足了预拌混凝土生产施工的要求,可替代TZ1-3 萘系防冻剂用于生产C30 混凝土。
4 聚羧酸系防冻剂与水泥、掺合料的适应性
在聚羧酸2 组试验的基础上,确定了聚羧酸防冻剂适应性试验所用的配比如表9 所示。分别使用五种水泥按编号1 配合比、使用矿渣粉和拉法基P. O.32.5 按编号3 配合比、使用TZ1-3 萘系防冻剂和拉法基P. O.32.5 和P. O.42.5 按编号2配合比共配制8 盘混凝土,并试验检测其拌合物及混凝土的力学性能,试验结果见表10 。
从表10 前面的五组试验检测数据可以看出,使用同一配合比1 的五种水泥混凝土的性能虽然存在波动,但其和易性粘度均良好,压力泌水率不高,出盘坍落度及其保留值均能满足预拌混凝土搅拌运输和泵送施工的要求;胶凝材料用量近似于实际生产C30 ( P. O.32.5) 和C35 ( P. O.42.5) 混凝土所用配合比用量,混凝土强度均比相应实际生产强度等级混凝土的强度高。由此我们认为聚羧酸外加剂与本公司可能使用的这五个品种的水泥适应性良好。
通过使用配合比1 、3 和4 ,对比配制并检测了掺聚羧酸防冻剂的粉煤灰和矿渣粉混凝土和掺矿渣粉的聚羧酸系和萘系外加剂混凝土的性能。比较试验数据我们可以看出,在聚羧酸系防冻剂用量相同的情况下,粉煤灰混凝土的和易性、保水性和流动性良好,而矿渣粉混凝土的和易性相对较差、出盘坍落度相对较小且略泌水,但1 小时坍落度损失仅小20mm ,仍然比所配制萘系防冻剂混凝土的坍落度1 小时损失要小得多,能够满足施工的要求,且矿渣粉混凝土强度比粉煤灰混凝土强度略高;在同掺矿渣粉的情况下,两种混凝土的和易性均一般且均略泌水,但聚羧酸系外加剂混凝土的出盘坍落度及其1 小时的保留值均比萘系防冻剂混凝土大,强度相对略高。这说明聚羧酸系防冻剂与粉煤灰有良好的适应性,相比较而言用聚羧酸和矿渣粉配制的混凝土的施工和力学性能略差,但比萘系防冻剂的适应性要好。
通过使用配合比1 和2 ,对比配制并检测了萘系防冻剂和聚羧酸系外加剂拉法基P. O.32.5 和P. O.42.5 混凝土的性能。比较试验数据我们可以看出,虽然萘系防冻剂用量相对增加了水泥质量的0.2 %、出盘坍落度也基本相同的情况下,聚羧酸系外加剂混凝土的坍落度1 小时损失仅小于等于30mm ,仍然比萘系防冻剂混凝土的坍落度1 小时损失( > 75mm) 要小得多,且聚羧酸系外加剂混凝土强度比萘系防冻剂混凝土强度略高。
5 聚羧酸系外加剂的应用及成本分析
在大量的试配和试拌试验并确保混凝土强度满足要求的基础上,今年冬期施工本公司全面使用聚羧酸系防冻剂代替了萘系防冻剂。两个月多以来采用综合蓄热法生产供应了约5万m3C10～C40 混凝土,聚羧酸系防冻剂混凝土拌合物的保水性、和易性和触变性良好,出盘混凝土拌合物坍落度控制在180～240mm ,1 小时坍落度损失小于40mm ,标养条件下混凝土初凝时间约6～8 小时,且其泵送施工性能和早期强度,与冬施前的早强型泵送剂相比,能更好地满足施工方的施工要求;与更换外加剂前生产供应的混凝土相比,拆模后的墙体上气泡的数量和尺寸明显降低,外观质量也有了明显的改观,满足了争创结构长城杯的施工单位对混凝土结构外观的严格要求。在此期间,本公司还生产供应了一部分结构墙柱为C45～C60 混凝土。由于墙柱结构均为主要的承重结构,结构中配置的钢筋很密,过去使用萘系外加剂生产供应的高强混凝土粘度太大,流动性和触变性不能很好地满足施工的需要,不易振捣密实,混凝土的均质性会相应受到影响。相对来说近期使用聚羧酸系外加剂生产供应的高强混凝土粘度大幅下降,流动性和触变性大为改善,便于搅拌泵送和振捣施工。
据供货单位说明,由于冬施以来原料萘的售价居高不下,本公司用于代替萘系防冻剂的聚羧酸系防冻剂与所代替萘系防冻剂成本和售价趁于一致。为确保工程质量,各等级聚羧酸系防冻剂混凝土配合比所用原材料的用量与上年同期生产使用的萘系防冻剂混凝土相比,由于聚羧酸防冻剂减水率大,相同掺量时,用水量适当降低了,但各胶凝材料的用量基本持平,相应地降低了水胶比,使得所生产的各等级混凝土成本与上年持平,但混凝土的强度有一定幅度的提高了。
6 结论
通过大量的试配和试拌试验,本公司今年冬期施工中全面使用聚羧酸系防冻剂外加剂,两个多月来采用综合蓄热法成功地生产供应了约5 万m3C10～C60 混凝土。在此总结我公司的试验和使用状况,供预拌混凝土公司应用聚羧酸外加剂时参考。
a. 两种外加剂的钢筋锈蚀和抗压强度比性能相当,但聚羧酸防冻剂的减水率大,故坍落度增加值大,且1 小时坍落度保留值也大,但压力泌水率大,保水性相对较低。
b. 使用适合于萘系减水剂的混凝土配合比配制的聚羧酸混凝土,其抗压强度、出盘坍落度及其经时损失均与萘系混凝土相当,但混凝土粘度小,压力泌水率大,保水性差,不适于施工且混凝土均质性差。针对聚羧酸外加剂混凝土性能的这种状况,可适当降低混凝土用水量和水胶比,提高混凝土拌合物的粘度和保水性,提高混凝土拌合物的均质性和泵送施工性能,达到预拌混凝土生产施工的要求。
c. 聚羧酸外加剂与本公司可能使用的这五个品种的水泥适应性良好,与粉煤灰有良好的适应性,相比较而言与矿渣粉配制的混凝土的施工和力学性能略差,但仍比萘系防冻剂的适应性要好。
d. 由于冬施以来原料萘的售价居高不下,本公司用于代替萘系防冻剂的聚羧酸系防冻剂与所代替萘系防冻剂成本趁于一致。本公司用聚羧酸系防冻剂代替萘系防冻剂所生产的各等级混凝土成本与上年持平,但混凝土的强度有一定幅度的提高了。
