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聚羧酸在清水混凝土制备中的应用

信息来源:hunningtu.biz  时间:2009-08-03  浏览次数:171

  摘要:清水混凝土是指采用现浇工艺一次成型,且在拆除浇筑模板后不再作外部抹灰等工序,以混凝土自然色作饰面的混凝土施工工艺。清水混凝土的常见病中,泌水引起的水线,以及蜂窝麻丽、气孔、黑印尤为突出。聚羧酸盐减水剂具有低掺量、高减水、低收缩、流动性好等特点,使用聚羧酸盐碱水剂及其复配技术可以有效地防止清水混凝土的常见病,取得工程中比较满意的效果。
  关键词:清水混凝土;常见病;聚羧酸减水剂
  清水混凝土的配制和施工是一项综合技术,特别是采用商品混凝土泵送,在远距离运输后,制备大体积优质清水混凝土,可供参考的资料较少。如何利用外加剂的复配技术,促使通过优质外加剂的使用,改善混凝土拌合物的分层泌水,消除混凝土的表面气孔、水线、起砂,利用聚羧酸减水剂的低收缩性防止混凝土表面裂缝的产生,更是少有借鉴。本文主要针对聚羧酸盐高效减水剂在杭甬高速公路宁波通途连接线海曙段大型立交互通口项目中制备大体积清水混凝土中的应用作一总结论述。
  1 工程概况
  杭甬高速公路宁波通途连接线海曙段工程北起环城北路北侧,南至中山西路北侧,西起规划路、东至海韵河,立交总面积234746m2,大小桥梁12座,采用三层交通立变。桥梁最高点高程25m,全部采用商品混凝土制备清水混凝土,直线提供运输距离12km,工程项目质量目标管理要求达到鲁班奖,施工要求特别高,整个工程的关键部位是308根交叉桥墩。工程所需混凝土总方量20万m3。
  2 清水混凝土的特点及其工程难点
  所谓清水混凝土,是指采用现浇工艺一次成型,且在拆除挠筑摸板后,不再作外部抹灰等工序,以混凝土自然色作饰面的混凝土。
  清水混凝土在材料选择、模板选用、混凝土配合比、成品养护、施工管理都有一套独特的实施方案和技术措施,其主要特点要求色泽均匀一致,表面观感平整光滑。
  工程技术难点:
  (1)必须保证混凝土色泽基本一致。
  (2)混凝土表面必须防止气孔、麻面、蜂窝、水线、裂缝的产生。
  (3)混凝土入模坍落度保持在14+-2cm,流动性要好。
  (4)混凝土的凝结时间必须适应现场施工的要求。
  宁波地区素来缺乏优质地材,针对工程的技术难点和材料的不同,必须优先选用聚羧酸盐减水剂,以其特有的高减水、低掺量、低收缩、流动性好的优点,运用外加剂复配技术,防止和杜绝病害的产生。
  3 聚羧酸盐减水剂的应用性能分析
  聚羧酸盐减水剂应用于清水混凝土中,因工程特点不可能使用合成的原液,要根据需要复配缓凝剂、引气剂等组分使用。要从聚羧酸减水剂原液性能、缓凝剂品种、消泡剂及引气剂效果、粘稠效果解决清水混凝土中常见病的防治,得到新拌混凝土良好的和易性和工作性,保持浆体的适合粘度,在满足硬化混凝土的各方面性能指标的前提下,着重解决混凝土泌水和表面的气孔、水线、麻面和蜂窝。
  ①聚羧酸盐减水剂原液要和使用的水泥品种相适应。
  聚羧酸盐减水剂是一类梳形共聚物,主链上具有羧酸基阴离子基团,侧链具有非离子型聚醚组成,由于主侧链中长度、阴离子基团的数量、密度的不同,所产生的静电斥力和空间位阻效应也发生变化。聚羧酸盐因工艺各异和选择的不同,原材料种类很多。目前以甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚脂化物接枝共聚生产的聚羧酸减水剂性能最为全面,对水泥的适应性好。通过简单的复配技术可以满足大多数水泥品种和不同强度等级混凝土。
  ②缓凝剂的多元复配和合理使用是在聚羧酸盐减水剂制备清水混凝土中的重要手段。
  聚羧酸盐减水剂应用于商品清水混凝土中需要复配技术,其中缓凝剂是不可缺少的成份,用以调整混凝土的流动性和控制坍落度损失。缓凝剂与聚羧酸盐减水剂在复配中的相匹配范围较窄,常用的柠檬酸羟基及衍生物、磷羟酸酯基本不相匹配,葡萄糖酸纳有良好的匹配性,但对混凝土的泌水影响较大,容易引起混凝土的泌水离析,因此在选择缓凝剂组分方面最好在采用相匹配的产品同时,进行多元复配技术。既考虑混凝土坍落度的控制,又照顾到混凝土的包裹性和粘稠度。
  ③适量的引气含量是改善清水混凝土性能的重要因素。
  聚羧酸减水剂本身属引气型减水剂。在合成过程中由于分子结构上的差异产生的引气量不一致。在复配中,必须采用先消泡后加引气剂,以调节含气量的大小,解决好引气量和混凝土黏稠度的关系。引气剂的种类目前国内使用的常规品种有松香热聚物,松香皂化物和三萜皂甙类、烷基脂肪类引气剂。前者与聚羧酸减水剂相容性差无法采用,后者有较好的相容性和稳定性。制备清水混凝土的聚羧酸减水剂含气量通常控制在2%左右,因此必须正确地计算引气剂的掺量。
  4 工程应用
  (1)材料的选用
  清水混凝土的制备从原材料选择入手,正确掌握选用材料的各项性能,才能作出适用的配合比。以下是宁波新星公司提供的各种材料性能。
  ①水泥
  清水混凝土采用的水泥必须使用单一厂家、同等级的普通硅酸盐水泥,尽可能采用同一批次水泥,清水混凝土采用的水泥重点关注水泥的细度、C3A含量和碱含量中的可溶性碱含量,因为这三个指标直接影响清水混凝土的泌水率和坍落度控制(表1)。
  该水泥细度偏细,碱含量偏高,对坍落度损失影响较大,但对泌水控制有一定作用,所以生产单位要求厂方在质量上做到稳定生产。
  ②掺合料
  清水混凝土相比较普通混凝土而言,胶凝材料用量增多,水泥中的水化速度增快,必须适量地掺加矿粉和粉煤灰,这对于大体积混凝土中降低水化热、防止表面裂缝也有好处(表2、表3)。
  ③砂石
  清水混凝土用的砂石质量同样有着严格要求,含泥量要小,针片状颗控含量要少,宁波新星公司采用的福建产中砂和本地产石子基本符合制备要求(表4、表5)。
  ④外加剂
  聚羧酸外如剂采用浙江老虎山建材有限公司的复配型产品,TOR809Ⅲ型缓凝高效减水剂,其性能指标见表6。
  (2)清水混凝土配合比的优化
  制备清水混凝土在优化配合比中应在满足强度的前提条件下,着重把握好混凝土的泌水引气、坍落度、流动度的各项性能。
  ①为了减小清水混凝土拌合物的泌水率,并保证混凝土密实度、强度和耐久性,在拌合物流动性满足要求的前提下,混凝土用水尽可能要小(表7-表11)。
  综观上述的各项性能对比,工程采取的下列C40清水混凝土使用的配合比(表12)满足了施工工程的质量要求,得到施工单位的认可。
  5 结论
  (1)聚羧酸盐高效减水剂具有高减水、低收缩的特性,是制备清水混凝土的首选材料。
  (2)聚羧酸盐高效减水剂采用多元复配技术,选择相适应的缓凝剂,引气量控制在3%以内,能有效控制清水混凝土的泌水,气孔麻面等常见病发生。
  (3)清水混凝土的砂率应控制在41%-44%范围内,入模坍落度应控制在14±2cm的范围。
  (4)制备清水混凝土实行三掺(水泥、矿粉、粉煤灰),更能保证清水混凝土的黏稠度,减少用水量和外加剂掺量,降低水化速度,减少混凝土裂缝。
  参考文献
  [1]赵曾龙,郭延辉,姚崧.清水混凝土及相关问题探讨.郭延辉,郭京育.聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用.北京:中国铁道出版社.2001  摘要:清水混凝土是指采用现浇工艺一次成型,且在拆除浇筑模板后不再作外部抹灰等工序,以混凝土自然色作饰面的混凝土施工工艺。清水混凝土的常见病中,泌水引起的水线,以及蜂窝麻丽、气孔、黑印尤为突出。聚羧酸盐减水剂具有低掺量、高减水、低收缩、流动性好等特点,使用聚羧酸盐碱水剂及其复配技术可以有效地防止清水混凝土的常见病,取得工程中比较满意的效果。
  关键词:清水混凝土;常见病;聚羧酸减水剂
  清水混凝土的配制和施工是一项综合技术,特别是采用商品混凝土泵送,在远距离运输后,制备大体积优质清水混凝土,可供参考的资料较少。如何利用外加剂的复配技术,促使通过优质外加剂的使用,改善混凝土拌合物的分层泌水,消除混凝土的表面气孔、水线、起砂,利用聚羧酸减水剂的低收缩性防止混凝土表面裂缝的产生,更是少有借鉴。本文主要针对聚羧酸盐高效减水剂在杭甬高速公路宁波通途连接线海曙段大型立交互通口项目中制备大体积清水混凝土中的应用作一总结论述。
  1 工程概况
  杭甬高速公路宁波通途连接线海曙段工程北起环城北路北侧,南至中山西路北侧,西起规划路、东至海韵河,立交总面积234746m2,大小桥梁12座,采用三层交通立变。桥梁最高点高程25m,全部采用商品混凝土制备清水混凝土,直线提供运输距离12km,工程项目质量目标管理要求达到鲁班奖,施工要求特别高,整个工程的关键部位是308根交叉桥墩。工程所需混凝土总方量20万m3。
  2 清水混凝土的特点及其工程难点
  所谓清水混凝土,是指采用现浇工艺一次成型,且在拆除挠筑摸板后,不再作外部抹灰等工序,以混凝土自然色作饰面的混凝土。
  清水混凝土在材料选择、模板选用、混凝土配合比、成品养护、施工管理都有一套独特的实施方案和技术措施,其主要特点要求色泽均匀一致,表面观感平整光滑。
  工程技术难点:
  (1)必须保证混凝土色泽基本一致。
  (2)混凝土表面必须防止气孔、麻面、蜂窝、水线、裂缝的产生。
  (3)混凝土入模坍落度保持在14+-2cm,流动性要好。
  (4)混凝土的凝结时间必须适应现场施工的要求。
  宁波地区素来缺乏优质地材,针对工程的技术难点和材料的不同,必须优先选用聚羧酸盐减水剂,以其特有的高减水、低掺量、低收缩、流动性好的优点,运用外加剂复配技术,防止和杜绝病害的产生。
  3 聚羧酸盐减水剂的应用性能分析
  聚羧酸盐减水剂应用于清水混凝土中,因工程特点不可能使用合成的原液,要根据需要复配缓凝剂、引气剂等组分使用。要从聚羧酸减水剂原液性能、缓凝剂品种、消泡剂及引气剂效果、粘稠效果解决清水混凝土中常见病的防治,得到新拌混凝土良好的和易性和工作性,保持浆体的适合粘度,在满足硬化混凝土的各方面性能指标的前提下,着重解决混凝土泌水和表面的气孔、水线、麻面和蜂窝。
  ①聚羧酸盐减水剂原液要和使用的水泥品种相适应。
  聚羧酸盐减水剂是一类梳形共聚物,主链上具有羧酸基阴离子基团,侧链具有非离子型聚醚组成,由于主侧链中长度、阴离子基团的数量、密度的不同,所产生的静电斥力和空间位阻效应也发生变化。聚羧酸盐因工艺各异和选择的不同,原材料种类很多。目前以甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚脂化物接枝共聚生产的聚羧酸减水剂性能最为全面,对水泥的适应性好。通过简单的复配技术可以满足大多数水泥品种和不同强度等级混凝土。
  ②缓凝剂的多元复配和合理使用是在聚羧酸盐减水剂制备清水混凝土中的重要手段。
  聚羧酸盐减水剂应用于商品清水混凝土中需要复配技术,其中缓凝剂是不可缺少的成份,用以调整混凝土的流动性和控制坍落度损失。缓凝剂与聚羧酸盐减水剂在复配中的相匹配范围较窄,常用的柠檬酸羟基及衍生物、磷羟酸酯基本不相匹配,葡萄糖酸纳有良好的匹配性,但对混凝土的泌水影响较大,容易引起混凝土的泌水离析,因此在选择缓凝剂组分方面最好在采用相匹配的产品同时,进行多元复配技术。既考虑混凝土坍落度的控制,又照顾到混凝土的包裹性和粘稠度。
  ③适量的引气含量是改善清水混凝土性能的重要因素。
  聚羧酸减水剂本身属引气型减水剂。在合成过程中由于分子结构上的差异产生的引气量不一致。在复配中,必须采用先消泡后加引气剂,以调节含气量的大小,解决好引气量和混凝土黏稠度的关系。引气剂的种类目前国内使用的常规品种有松香热聚物,松香皂化物和三萜皂甙类、烷基脂肪类引气剂。前者与聚羧酸减水剂相容性差无法采用,后者有较好的相容性和稳定性。制备清水混凝土的聚羧酸减水剂含气量通常控制在2%左右,因此必须正确地计算引气剂的掺量。
  4 工程应用
  (1)材料的选用
  清水混凝土的制备从原材料选择入手,正确掌握选用材料的各项性能,才能作出适用的配合比。以下是宁波新星公司提供的各种材料性能。
  ①水泥
  清水混凝土采用的水泥必须使用单一厂家、同等级的普通硅酸盐水泥,尽可能采用同一批次水泥,清水混凝土采用的水泥重点关注水泥的细度、C3A含量和碱含量中的可溶性碱含量,因为这三个指标直接影响清水混凝土的泌水率和坍落度控制(表1)。
  该水泥细度偏细,碱含量偏高,对坍落度损失影响较大,但对泌水控制有一定作用,所以生产单位要求厂方在质量上做到稳定生产。
  ②掺合料
  清水混凝土相比较普通混凝土而言,胶凝材料用量增多,水泥中的水化速度增快,必须适量地掺加矿粉和粉煤灰,这对于大体积混凝土中降低水化热、防止表面裂缝也有好处(表2、表3)。
  ③砂石
  清水混凝土用的砂石质量同样有着严格要求,含泥量要小,针片状颗控含量要少,宁波新星公司采用的福建产中砂和本地产石子基本符合制备要求(表4、表5)。
  ④外加剂
  聚羧酸外如剂采用浙江老虎山建材有限公司的复配型产品,TOR809Ⅲ型缓凝高效减水剂,其性能指标见表6。
  (2)清水混凝土配合比的优化
  制备清水混凝土在优化配合比中应在满足强度的前提条件下,着重把握好混凝土的泌水引气、坍落度、流动度的各项性能。
  ①为了减小清水混凝土拌合物的泌水率,并保证混凝土密实度、强度和耐久性,在拌合物流动性满足要求的前提下,混凝土用水尽可能要小(表7-表11)。
  综观上述的各项性能对比,工程采取的下列C40清水混凝土使用的配合比(表12)满足了施工工程的质量要求,得到施工单位的认可。
  5 结论
  (1)聚羧酸盐高效减水剂具有高减水、低收缩的特性,是制备清水混凝土的首选材料。
  (2)聚羧酸盐高效减水剂采用多元复配技术,选择相适应的缓凝剂,引气量控制在3%以内,能有效控制清水混凝土的泌水,气孔麻面等常见病发生。
  (3)清水混凝土的砂率应控制在41%-44%范围内,入模坍落度应控制在14±2cm的范围。
  (4)制备清水混凝土实行三掺(水泥、矿粉、粉煤灰),更能保证清水混凝土的黏稠度,减少用水量和外加剂掺量,降低水化速度,减少混凝土裂缝。
  参考文献
  [1]赵曾龙,郭延辉,姚崧.清水混凝土及相关问题探讨.郭延辉,郭京育.聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用.北京:中国铁道出版社.2001

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