一種新型混凝土高溫緩凝減水劑的研究

中國電力設(shè)計行業(yè)網(wǎng) · 2010-07-02 00:00 留言

  摘 要 介紹利用廣西工業(yè)副產(chǎn)品廢液資源研制復(fù)合高溫混凝土緩凝減水劑研究試驗證明:在混凝土中摻入復(fù)合劑,在35 ℃~43 ℃強日照高溫條件下,混凝土初凝時間達(dá)6 h~7 h,并有減水增強,減少水化熱的效果,可提高混凝土的抗?jié)B性,對鋼筋銹蝕無不利影響,為龍灘水電站大壩碾壓混凝土夏季(高氣溫)施工提供了一個新品種。

  關(guān)鍵詞 混凝土外加劑 凝結(jié)時間 混凝土

  1 前言

  混凝土外加劑以其摻量少能改善性能并節(jié)約水泥已成為混凝土的第五種材料。目前,國內(nèi)外外加劑品種繁多,主要有萘系和糖蜜類及木鈣類,萘系減水劑為高效減水劑,減水率一般大于12%,其主要原料為工業(yè)萘,其原材料緊缺、價格上漲快及生產(chǎn)過程中對環(huán)境污染嚴(yán)重,造成單價高,難有更大發(fā)展。糖蜜類木鈣類減水劑為普通減水劑,減水率僅為8%~12%,由于其價廉,性能穩(wěn)定,在全國得到廣泛應(yīng)用。該類外加劑在常溫下,可緩凝1 h~2 h,但在高溫35 ℃以上的強日照條件下,效果達(dá)不到要求。

  龍灘水電站大壩混凝土施工期長、強度大,計劃長年施工,但廣西屬亞熱帶地區(qū),高溫期長,要求常態(tài)混凝土和碾壓混凝土在高溫條件下初凝時間大于6 h,以保證混凝土層間結(jié)合良好和混凝土整體性、勻質(zhì)性。本研究選用豐富的廣西工業(yè)副產(chǎn)品廢液資源,通過大量的試驗研究,復(fù)合成高溫緩凝減水劑,可滿足施工需要,并可獲得較好的環(huán)境效益和社會效益。

  2 復(fù)合緩凝減水劑的組成

  復(fù)合高溫緩凝減水劑是以甘蔗糖蜜酒精糟,經(jīng)中和噴粉的WST粉狀減水劑為主劑,復(fù)合其它緩凝劑、加氣劑等組成。它們分別為:

  (1)SH高溫緩凝減水劑,最佳摻量為1.7%,下稱SH劑。

  (2)SR高溫緩凝減水劑,最佳摻量為1.5%,下稱SR劑。

  3 復(fù)合高溫緩凝減水劑的性能

  3.1 泡沫性能

  泡沫性能按《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》GB8077-87要求進(jìn)行,主要指標(biāo)為起泡力和消泡時間。以檢驗外加劑的泡沫特性和泡沫穩(wěn)定性,試驗結(jié)果見表1。

  3.2 表面張力,pH值

  采用1%濃度的外加劑溶液,用界面張力儀測定,結(jié)果見表1。

  3.3 水泥砂漿工作性

  水泥砂漿工作性主要檢測減水劑對水泥等膠凝材料的分散效果,用減水率表示,減水率越大,表示減水劑對水泥等膠凝材料的分散效果越好。此外,還同時做了摻劑后砂漿擴散度的對比試驗,試驗結(jié)果見表1。

  表1 復(fù)合劑勻質(zhì)性試驗結(jié)果

  項 目        單位       外加劑品種      說明

  WSTSHSR水(或0摻量) 起泡力mL15.51618-用手搖84次 消泡時間min506070- 表面張力N/m51.942.846.572- pH值 97~97~96.5- 流動度mm166170172137摻量WST 0.4%

  SH 1.7%

  SR 1.5% 流動度增加mm2933350 減水率%1012.813.00

  從表1可見,復(fù)合劑有較好的起泡力,泡沫穩(wěn)定性可達(dá)1 h左右。復(fù)合劑均能降低液體的表面張力,屬于表面活性劑。復(fù)合劑對水泥的分散效果較好。

  3.4 水泥試驗

  (1)性能試驗。試驗結(jié)果見表2。

  表2 復(fù)合劑水泥性能試驗結(jié)果

  項 目單 位試  驗  次  數(shù) 123 復(fù)合劑  SHSR SHSR SHSR 復(fù)合劑摻量%01.71.501.71.501.71.5 標(biāo)準(zhǔn)稠度%26.625.625.126.025.225.026.225.425.2 安定性 合格合格合格合格合格合格合格合格合格 凝結(jié)時間初凝h:min2:008:058:002:108:258:202:308:308:10 終凝2:5013:4013:403:0014:0013:553:2014:0014:00

  從表2可見,復(fù)合劑對水泥有較好的緩凝效果,初凝緩凝時間達(dá)6 h左右。

  (2)水泥水化熱。采用溶解熱法測定摻與不摻外加劑的水泥水化熱,結(jié)果見表3。

  表3 復(fù)合劑水泥水化熱試驗結(jié)果

  水泥品種及用量

  %復(fù)合緩凝劑SR

  %水 化 熱

  J/g 3d相對變化 10001980 1.5173.9減少24.1

  從表中可見摻SR復(fù)合劑可降低早期水泥水化熱。

  4 SH、SR高效高溫緩凝減水劑緩凝減水機理

  SH、SR高效高溫緩凝減水劑是一種陰離子表面活性劑,可降低液體的表面張力,在摻有適當(dāng)劑量的液相中,水泥顆粒通過表面能吸附了減水劑中的親水表面活化物質(zhì),產(chǎn)生一種親水性膠體吸附層,這種吸附層不僅增加了水泥顆粒表面吸附水膜的厚度,增強了水泥顆粒間的流體動力潤滑。同時,在混凝土拌和過程中,可產(chǎn)生許多分布均勻的微小封閉氣泡,在混凝土拌和物中起到了類似滾珠作用,降低了混凝土內(nèi)摩擦力,從而增加了混凝土拌和物的流動性或保持相同流動性,亦減少拌和用水。這就是SH、SR劑可減少用水量的原因。

  復(fù)合劑含有羥基、芳基等基團結(jié)構(gòu),這些基團在水泥水化時,吸附在水泥顆粒表面,形成薄膜抑制水泥顆粒的水化反應(yīng),熱量釋放減緩,這是SH、SR劑緩凝的主要原因。

  5 復(fù)合緩凝劑對混凝土性能的影響

  5.1 試驗材料

  (1)水泥采用廣西柳州魚峰牌525R號普通硅酸鹽水泥。

  (2)粉煤灰采用田東電廠Ⅲ級灰。

  (3)常態(tài)混凝土采用南寧河沙,碾壓混凝土采用巖灘電站石灰?guī)r機制人工砂。

  (4)常態(tài)混凝土采用南寧5 mm~20 mm卵石,碾壓混凝土采用巖灘電站8 mm~20 mm、20 mm~40 mm、40 mm~80 mm(分三級)石灰?guī)r機制人工碎石。[Page]

  以上材料品質(zhì)合格。

  5.2 常態(tài)混凝土性能試驗

  5.2.1 抗壓強度和凝結(jié)時間

  摻入SH、SR緩凝劑,在保持坍落度基本一致時,可減少用水量12%~16%,降低水灰比0.06~0.09,可提高混凝土強度,與不摻劑混凝土相比,摻SH劑3 d混凝土強度比不摻提高9%~15%,7 d提高10%~29%,28 d提高9%~34%,90 d提高10%~25%。摻SR劑3 d提高10%,7 d提高3%~24%,28 d提高11%~23%,90 d提高11%~23%。摻入SH劑,保持水灰比、坍落度一致時,可節(jié)約水泥12%左右,早期強度與不摻的基本一致,后期還略有提高。

  在常溫下?lián)絊H、SR緩凝劑的混凝土初凝時間在15 h左右,終凝時間在18 h左右,比不摻的延緩初凝時間7 h~8 h,延緩終凝時間9 h~10 h。在氣溫高達(dá)35℃~42℃強日照下,混凝土初凝時間達(dá)5 h 30 min~7 h 45 min,終凝時間達(dá)6 h 40 min~9 h 17 min。試驗結(jié)果見表4。

  表4 摻復(fù)合劑常態(tài)混凝土性能對比試驗結(jié)果

  序號水 灰 比復(fù)合劑及慘量

  銹蝕危害 0.46SH 1.714.67018.026.938.445.515:0018:547:449:06 0.46SR 1.514.65017.525.637.544.915:4819:368:329:48 20.530.53006316.221.630.338.97:008:330021~29

  室外 0.45SH1.714.35218.228.037.445.314:0017:427:009:09 0.46SR1.512.66217.826.937.443.2153019:458:3011:12 30.480.48005719.126.335.641.43:334:180035~42

  太陽下曬 0.42SH1.712.75320.829.740.647.26:007:002:272:42 0.42SR1.512.050----5:326:401:592:22 40.480.48006820.628.933.244.53:504:500036~41

  太陽下曬 0.42SH1.712.06423.032.639.349.06:128:082:223:18 0.42SR1.512.060----6:077:272:172:37 50.530.53006817.224.932.340.5---- 0.45SH1.715.87219.829.136.847.4---- 0.45SR1.514.06519.028.136.046.0----

  5.2.2 混凝土泌水率和收縮、抗?jié)B試驗

  按外加劑試驗方法進(jìn)行混凝土泌水率、收縮和抗?jié)B試驗,試驗結(jié)果表明:摻復(fù)合劑可減少泌水5%~16%,抗?jié)B標(biāo)號大于W12,優(yōu)于不摻的,收縮率比為108%,少于120%的標(biāo)準(zhǔn)要求。

  5.2.3 鋼筋銹蝕

  鋼筋銹蝕試驗采用在極化砂漿中陽極極化電位曲線作分析,試驗表明:摻SH、SR劑硬化砂漿的V2平均電位迅速達(dá)到+689 mV,歷時15 min不下降,即鋼筋(電位)純化膜未破壞,說明復(fù)合劑對鋼筋無銹蝕危害。

  5.3 碾壓混凝土性能試驗

  5.3.1 抗壓強度和凝結(jié)時間

  按《水工碾壓混凝土試驗規(guī)程》SL48-94進(jìn)行。碾壓混凝土配合比采用中南勘測設(shè)計研究院為龍灘水電站推薦的配合比,其中水泥用量75 kg,田東Ⅲ級灰105 kg/m3,采用石灰人工砂和80 mm~40 mm,40 mm~20 mm,20 mm~8 mm石灰?guī)r碎石,級配比例為大∶中∶小=3∶4∶3。

  摻入SR劑碾壓混凝土減水率為10%~12%,抗壓強度7 d、28 d提高13%~20%,90 d提高28%~37%。摻SH劑減水率為12%~13%,7 d抗壓強度與不摻基本一致,28 d提高9%~19%,90 d提高22%~43%。在高溫強日照下?lián)絊R劑碾壓混凝土的初凝時間5 h 23 min和6 h 5 min,比不摻延緩初凝時間3 h左右。試驗結(jié)果見表5。

  表5 摻復(fù)合劑碾壓混凝土性能對比試驗結(jié)果

  序號水 膠 比復(fù)合劑及摻量

  %VC值

  s減水率

  %抗 壓 強 度

  MPa凝結(jié)時間

  h:min環(huán)境溫度

  ℃收縮率比

  %抗?jié)B

  標(biāo)號 計算實際3 d28 d90 d初凝緩凝 10.580.5809011.020.823.22:57037~43

  太陽下曬100>8 0.51SR 1.591112.423.731.76:153:1880.5>8 0.51SH 1.791210.924.833.1  -- 20.580.5806011.517.422.32:32037~43

  太陽下曬-- 0.51SR 1.571113.420.330.15:363:04-- 0.51SH 1.771211.318.927.14:101:38-- 30.580.5806012.119.224.62:22037~43

  太陽下曬-- 0.51SR 1.581114.623.031.65:253:03--

  5.3.2 收縮和抗?jié)B

  碾壓混凝土收縮和抗?jié)B成型均采用壓振法,試驗結(jié)果表明:摻SR劑抗?jié)B標(biāo)號大于W8,優(yōu)于不摻的,收縮率比僅80.5%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求,詳見表5。

  6 結(jié)語

  (1)SH、SR高溫緩凝劑均可用于常態(tài)和碾壓混凝土。在氣溫的強日曬下,常態(tài)混凝土摻SH劑,混凝土初凝時間可達(dá)6 h~7 h;碾壓混凝土摻SR劑初凝時間達(dá)6 h左右,這對于混凝土夏季施工十分有利,可避免出現(xiàn)施工冷縫,保證了碾壓混凝土層面的良好結(jié)合,從而提高混凝土的質(zhì)量,保證了混凝土的整體性和勻質(zhì)性。

  (2)在混凝土中摻用高溫緩凝減水劑可減少水泥用量和延緩水泥水化熱,減少混凝土的絕熱溫升,有利于大體積混凝土的抗裂防滲。

  (3)高溫緩凝劑可提高混凝土的抗?jié)B性能,減少干縮,減少泌水,對鋼筋銹蝕無不利影響。

  (4)高效高溫緩凝劑主要成份為工業(yè)廢液,它的研制成功,將為廣西工業(yè)廢液利用提供有效的途徑,有良好的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益。但目前僅限于室內(nèi)試驗,應(yīng)繼續(xù)中試試驗及現(xiàn)場應(yīng)用試驗工作,以使研究不斷完善。

  作者簡介:何玉珍 女 副所長 高級工程師

  蘇 瓊 女 工程師

  黃海祥 男 工程師

  作者單位:廣西水電科學(xué)研究所 南寧 530021


(中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處)

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