摻聚羧酸類減水劑低強度泵送混凝土研究應用

摘　要: 目前,國內(nèi)的低強度泵送混凝土存在膠凝材料用量偏低、易堵泵、骨料分離的現(xiàn)狀,本次低強度泵送混凝土試驗研究采用低水膠比、提高粉煤灰摻量的方式,對聚羧酸類減水劑和萘系緩凝高效減水劑兩種外加劑分別拌和的泵送混凝土進行了比較,摻聚羧酸類減水劑的低強度泵送混凝土較好的解決了易堵泵、骨料分離的問題。

關(guān)鍵詞: 聚羧酸類減水劑;低強度;泵送混凝土;研究應用

中圖分類號: TV431 + 12 　　文獻標識碼: B 　文章編號:1006 - 3951 (2008) 01 - 0062 - 02

1 　前言

　　小灣工程左岸高程1 245 m拌和系統(tǒng)砂倉(共計4 個砂倉) 位于山體洞室內(nèi),地下水比較豐富,為解決砂倉頂及砂倉壁多處滲水問題,決定對地下砂倉采取相應的封堵措施,采取混凝土襯砌封堵方案。地下砂倉的通風洞出口位于山體高程1 310 m處,無交通道路,且洞室內(nèi)場地狹窄,因此,該施工項目具有難度大,條件差、工期長、二次倒運量大等特點。

　　襯砌混凝土無法在現(xiàn)場進行拌制,需由高程1 245 m拌和系統(tǒng)供料,并需采用拖泵進行輸送、溜槽入倉的澆筑工藝。混凝土設(shè)計指標為C20 ,坍落度為16～20 cm ,二級配。根據(jù)以上情況,試驗室提出了優(yōu)選聚羧酸類減水劑和萘系高效減水劑試驗方案,試驗配合比也摻加了引氣劑,以提高砂倉壁的防滲性能。

2 　聚羧酸類減水劑研究現(xiàn)狀

　　傳統(tǒng)的萘系、三聚氰胺系等縮聚型外加劑均存在減水率低、坍落度損失大、增大收縮等問題,隨著高分子化學和材料分子設(shè)計理論不斷取得新的進展,研究工作者把目光轉(zhuǎn)向了羧酸類接枝共聚物即被稱為第三代新型聚合物超塑化劑,羧酸類接枝共聚物具有如下特點: ①低摻量(0. 15 %～0. 4 %粉劑) 、高減水; ②保坍性好,90 min 內(nèi)新拌混凝土坍落度損失較小; ③分子結(jié)構(gòu)上自由度大,外加劑制造技術(shù)上可控制的參數(shù)多,高性能化的潛力大; ④在合成中不使用強刺激性物質(zhì)甲醛,對環(huán)境不造成任何污染; ⑤可以大幅度提高工業(yè)廢渣的利用率。由于這些優(yōu)點,因而被廣泛應用,并已成為了世界性的研究熱點。日本是研究和應用聚羧酸類外加劑最多也是最成功的國家,目前日本聚羧酸類減水劑已占所有高性能AE 減水劑產(chǎn)品總數(shù)的80 %以上,近年來北美和歐洲的外加劑廠商重心向聚羧酸類減水劑轉(zhuǎn)移,如Grace 公司的Adva 系列、MBT公司的SP 系列、Mapei 公司的X404 以及Sika 公司的Viscocrete 系列等,其產(chǎn)品在短時間內(nèi)占了50 %以上。聚羧酸和萘系減水劑總體比較見表1。

3 　試驗設(shè)計

3. 1 　主要原材料

　　水泥:滇西42. 5 級中熱水泥;

　　粉煤灰:宣威I 級粉煤灰;

　　骨料:左砂系統(tǒng)人工砂石骨料;

　　外加劑:江蘇博特JM - PCA 聚羧酸類減水劑,浙江龍游ZB - 1A 緩凝高效減水劑,北京利力FS 引氣劑。

　　選用原材料各項檢測結(jié)果均滿足小灣水電站《拱壩混凝土施工技術(shù)要求》及相關(guān)規(guī)范要求。

3. 2 　試驗方案

　　本次試驗分為摻聚羧酸類減水劑泵送混凝土、萘系緩凝高效減水劑泵送混凝土兩個方案,兩個方案配合比設(shè)計參數(shù)一致,摻和料均為I 級粉煤灰,外加劑摻量根據(jù)拌和物性能試驗確定,坍落度為16～20 cm ,含氣量控制在4. 5 %～5. 5 %。室內(nèi)試驗采用100L 自落式攪拌機拌和,每次拌和量按攪拌機容量20 %～80 % ,試驗嚴格按照《水工混凝土試驗規(guī)程》(DLPT5150 - 2001) 的相關(guān)規(guī)程進行。成型試件為150 mm ×150 mm ×150 mm立方體標準試件,在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護,溫度控制在20 ±3 ℃,濕度大于或等于95 %。泵送混凝土配合比設(shè)計參數(shù)見表2。

3. 3 　試驗結(jié)果及分析

　　對1 號、2 號方案分別進行了拌和物性能、坍落度和含氣量損失試驗,力學性能和抗?jié)B性能試驗,試驗過程嚴格按《水工混凝土試驗規(guī)程》(DLPT5150 -2001) 相關(guān)規(guī)程進行控制,拌和物性能試驗結(jié)果見表3。坍落度和含氣量損失試驗結(jié)果見表4 ,力學性能和抗?jié)B性能試驗結(jié)果見表5。

試驗結(jié)果分析:

　　1) 從泵送混凝土拌和物性能試驗結(jié)果看,兩種試驗方案拌和物性能均滿足技術(shù)要求,由于砂倉距離拌和系統(tǒng)泵送車較遠,考慮到混凝土的泵送效果,配合比設(shè)計采用降低水膠比,提高粉煤灰摻量,這樣可以大大改善混凝土和易性,易于振搗,增加混凝土的流動性,減少泌水。由于摻加了兩種不同的減水劑,1 號方案摻加了萘系緩凝高效減水劑,2 號方案摻加了聚羧酸類減水劑,在進行坍落度試驗檢測時,1 號方案有少量泌水產(chǎn)生,2 號方案沒有泌水,并且混凝土粘聚性較好。摻聚羧酸類減水劑泵送混凝土隨著外加劑摻量的增加,用水量呈遞減趨勢,而摻萘系緩凝高效減水劑泵送混凝土隨著外加劑摻量的增加,超過1. 0 %以后,對用水量的變化影響不大。

　　2) 從混凝土拌和物坍落度損失試驗來看,1 號方案損失率較大,45 min 損失率達(41. 5 % ,2 號方案損失率較小,45 min 損失率達到25. 8 %。2 號方案優(yōu)于1 號方案,充分體現(xiàn)了聚羧酸類減水劑保坍性好的效果。

　　3) 從泵送混凝土力學性能和抗?jié)B性能試驗結(jié)果來看,兩個方案28 d 抗壓強度均滿足設(shè)計強度要求,抗?jié)B性能均大于W8 的抗?jié)B等級,較好的抗?jié)B性能可以解決砂倉山體滲水的問題,能夠保證砂倉內(nèi)砂含水地穩(wěn)定性。摻聚羧酸類減水劑泵送混凝土同齡期強度略高于摻萘系緩凝高效減水劑泵送混凝土強度,也說明了聚羧酸類減水劑具有增強的特點。

4 　摻聚羧酸類減水劑泵送混凝土的應用

　　從應用情況看,混凝土的流動性較好,抗離析性能好,澆筑過程未出現(xiàn)堵泵現(xiàn)象,較好的解決了砂倉澆筑遇到的長距離多彎點泵送難題。從質(zhì)量檢查結(jié)果看,混凝土澆筑密實,填充性好,混凝土強度檢測結(jié)果均滿足設(shè)計要求。砂倉完成襯砌后,較好的解決了山體滲水造成砂含水不穩(wěn)定且偏大的問題。混凝土抗壓強度檢測結(jié)果見表6。

5 　結(jié)束語

　　1) 泵送混凝土膠凝材料總量一般要求在300kgPm3 以上,本次配合比設(shè)計采用降低水膠比,提高粉煤灰摻量的方法,膠凝材料總量達375 kgPm3 ,摻加粉煤灰后,利用粉煤灰的球狀細小顆粒,在混凝土中起到滾軸作用,大大改善了混凝土和易性,同時,粉煤灰替代了部分水泥,降低了內(nèi)部溫升,有效的預防了裂縫的產(chǎn)生,保證了泵送混凝土的質(zhì)量。

　　2)JM- PVA 聚羧酸類減水劑的應用,由于其減水率高,保坍性能好,一方面節(jié)約水泥用量,降低了混凝土溫升,另一方面,使混凝土和易性好,抗泌水、抗離析性能好,混凝土泵送阻力小,便于運輸。

　　3) 混凝土摻加引氣劑后,可以有效提高混凝土的抗?jié)B性能,砂倉混凝土設(shè)計指標為C20 ,無抗?jié)B要求,為了提高砂倉混凝土的防滲效果,減少山體水的滲漏,混凝土中摻加了引氣劑后,在混凝土中引進一定數(shù)量微小、均勻分布、互不連通的小氣泡,提高了混凝土的可泵性,砂倉抗?jié)B性能也得到保證。

　　4) 目前,聚羧酸類減水劑主要用于水庫、港口、隧道及水利施工中抗沖磨混凝土等抗裂防滲較高的工程部位,本次砂倉混凝土澆筑,說明聚羧酸類減水劑可以在低標號泵送混凝土中摻加,并且達到了預期的效果。