工程檔案：復(fù)合超早強(qiáng)型外加劑在HPC管樁混凝土中的應(yīng)用技術(shù)

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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第2期

復(fù)合超早強(qiáng)型外加劑在HPC管樁混凝土中的應(yīng)用技術(shù)

王海濤，張峰，徐錦富，王劍，洪強(qiáng)，劉陽(yáng)，李春峰，李翠芬

［摘 要］本文主要考察了一種采用絡(luò)合穩(wěn)定手段制備而成的無(wú)機(jī)—有機(jī)雜化插層型納米級(jí)懸浮均勻的活性晶種與聚羧酸高性能減水劑和適量保水組分、促凝組分復(fù)合而成的超早強(qiáng)聚羧酸外加劑，考察其凈漿流動(dòng)度對(duì)不同廠家水泥的適應(yīng)性、混凝土新拌性能和力學(xué)性能及耐久性能的影響。結(jié)果表明，該超早強(qiáng)型聚羧酸外加劑相比普通聚羧酸外加劑，其初終凝時(shí)間提前 90min 以上，能有效促進(jìn)水泥基材料早期強(qiáng)度，使用其制備的混凝土拌合物含氣量與普通聚羧酸外加劑和傳統(tǒng)早強(qiáng)型聚羧酸外加劑相比含氣量沒(méi)有變化，且灰態(tài)相對(duì)柔和，易于成型，不影響混凝土后期力學(xué)性能和耐久性能。與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)物復(fù)合的傳統(tǒng)早強(qiáng)型聚羧酸外加劑相比，優(yōu)勢(shì)明顯。

［關(guān)鍵詞］超早強(qiáng)；節(jié)能增效；PHC 管樁；耐久性

0 引言

節(jié)能減排是建材工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，混凝土預(yù)制構(gòu)件，如高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁、地鐵管片混凝土等，在生產(chǎn)過(guò)程中，為了加快模具周轉(zhuǎn)速度，一般采用高溫（60～90℃）蒸汽或蒸壓養(yǎng)護(hù)工藝，導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)能耗高，且影響到混凝土預(yù)制構(gòu)件的長(zhǎng)期耐久性能。傳統(tǒng)早強(qiáng)劑能夠加速水泥早期水化，然而傳統(tǒng)的早強(qiáng)劑多為氯化物、硫酸鹽和硝酸鹽等無(wú)機(jī)鹽類(lèi)或者是三乙醇胺、甲酸鈣等有機(jī)物類(lèi)，其摻量高、成本高，對(duì)于混凝土24h內(nèi)早期作用非常有限，并且容易導(dǎo)致混凝土的抗?jié)B性和耐腐蝕性能降低。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為一種廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)工程領(lǐng)域的構(gòu)件，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上擁有巨大潛力。全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨蟛粩鄩汛螅鶕?jù)國(guó)際能源署的數(shù)據(jù)，到2025年，全球光伏發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)到150GW，其中中國(guó)、印度、美國(guó)等國(guó)家將是主要市場(chǎng)，這將進(jìn)一步推動(dòng)光伏發(fā)電管樁行業(yè)的發(fā)展。由于預(yù)制樁混凝土生產(chǎn)工藝的要求（混凝土離心前具有一定的保坍性）及使用需要（要求自身具有較高的混凝土強(qiáng)度），聚羧酸高性能減水劑對(duì)水泥有更好的分散作用，能大大提高拌合物流動(dòng)性和大幅度降低用水量，符合節(jié)能低碳的發(fā)展要求。不過(guò)，在推廣使用中發(fā)現(xiàn)，聚羧酸對(duì)環(huán)境溫度與混凝土原材料要求較高，使用不當(dāng)會(huì)加速坍落度損失，摻量過(guò)大容易泌水造成新拌混凝土板結(jié)，灰態(tài)發(fā)粘發(fā)沉等現(xiàn)象，不利于工人操作，影響成型，耽誤下一道工序。為此，公司技術(shù)部根據(jù)京津冀周邊管樁廠不同原材料和設(shè)計(jì)要求，利用L(3)正交表安排試驗(yàn)，主要考察混凝土的1d、3d、7d、28d的抗壓強(qiáng)度比，經(jīng)由極差分析和方差分析，尋找不同促凝組分、早強(qiáng)組分之間的關(guān)系，開(kāi)發(fā)出一種由少量促凝成分和納米活性晶種早強(qiáng)成分的新型復(fù)合超早強(qiáng)聚羧酸外加劑。在預(yù)制構(gòu)件施工中，超早強(qiáng)型聚羧酸外加劑能夠使對(duì)水泥早期水化過(guò)程中提供晶體生長(zhǎng)位點(diǎn)，有效縮短水泥水化誘導(dǎo)期，從而有效提高混凝土早期強(qiáng)度。不同于傳統(tǒng)的早強(qiáng)聚羧酸外加劑，該超早強(qiáng)型聚羧酸外加劑在改善新拌混凝土工作性能的同時(shí)，不會(huì)影響水泥混凝土后期力學(xué)性、耐久性等指標(biāo)。該產(chǎn)品在縮短蒸養(yǎng)時(shí)間，可提高模具的使用效率，為預(yù)制構(gòu)件廠節(jié)省能耗。

1 試驗(yàn)

1.1 混凝土原材料

（1）水泥：唐山冀東三友PO42.5R水泥，3天抗壓強(qiáng)度35MPa，28天抗折、抗壓強(qiáng)度分別為8.3MPa和51.0MPa。唐山燕東三友PO42.5R水泥，3天抗壓強(qiáng)度36MPa，28天抗折、抗壓強(qiáng)度分別為8.1MPa和50.0MPa。

（2）摻合料：唐山建鑫，28天活性指數(shù)97%。

（3）膨脹劑：天津豹鳴，水中7d限制膨脹率0.037%。

（4）防腐阻銹劑：天津豹鳴，抗蝕系數(shù)1.0。

（5）砂：使用河北遵化Ⅱ區(qū)中砂（機(jī)制砂），含泥量0.8%，細(xì)度模數(shù)2.7。

（6）石子：河北遵化尾礦石，粒徑為5～20mm連續(xù)級(jí)配，壓碎指標(biāo)值6.1%，含泥量0.3%，針片狀含量5.2%。

（7）外加劑：天津市飛龍砼外加劑有限公司樣品① JFL-2聚羧酸高性能減水劑（標(biāo)準(zhǔn)型）；樣品② JFL-2E型傳統(tǒng)早強(qiáng)聚羧酸外加劑（有機(jī)胺＋無(wú)機(jī)鹽復(fù)合型）；樣品③ JFL-2E型復(fù)合超早強(qiáng)聚羧酸外加劑（無(wú)機(jī)鹽促凝組份＋納米活性晶核復(fù)合型）。

1.2 試驗(yàn)方法

水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)方法參照GB/T 8076—2008《混凝土外加劑》中規(guī)定的方法進(jìn)行，水灰比為0.29，外加劑摻量按液體2.0%摻入（樣品均為折固含量10%）。

新拌混凝土性能測(cè)試按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能測(cè)試方法》中規(guī)定的方法進(jìn)行，混凝土力學(xué)性能、抗硫酸鹽性能及氯離子滲透性能分別按GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能測(cè)試方法》和GB/T 50082—2016《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能測(cè)試方法》中規(guī)定的方法進(jìn)行。外加劑的摻量均以試驗(yàn)的膠凝材料總質(zhì)量為準(zhǔn)，按液體2.0%計(jì)算。

1.3 試驗(yàn)強(qiáng)度

（1）超早強(qiáng)型聚羧酸外加劑與普通聚羧酸外加劑和傳統(tǒng)早強(qiáng)聚羧酸外加劑對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表可以看出，普通聚羧酸外加劑針對(duì)這兩種水泥凈漿流動(dòng)度60min后，損失較小，傳統(tǒng)早強(qiáng)型和超早強(qiáng)型外加劑30min后損失相差不大，60min超早強(qiáng)型減水劑損失明顯高于傳統(tǒng)早強(qiáng)型減水劑和普通聚羧酸外加劑（標(biāo)準(zhǔn)型）。這種現(xiàn)象是由于復(fù)合超早強(qiáng)型聚羧酸外加劑加速了水泥早期水化，從而促進(jìn)了水泥絮凝結(jié)構(gòu)的形成，加大了凈漿流動(dòng)度的損失。

（2）超早強(qiáng)型聚羧酸外加劑對(duì)混凝土新拌性能的影響，根據(jù)站里的材料通過(guò)優(yōu)化砂石級(jí)配，確定最佳水膠比和砂率后設(shè)計(jì)試驗(yàn)用混凝土配合比，見(jiàn)表2。水膠比0.26，分別采用冀東和燕東兩種水泥，采用相同配合比和用水量，考察了超早強(qiáng)聚羧酸外加劑與早強(qiáng)聚羧酸外加劑和普通聚羧酸外加劑（標(biāo)準(zhǔn)型）對(duì)混凝土出機(jī)和30min坍落度的影響，以及凝結(jié)時(shí)間。見(jiàn)表3。

在兩種不同水泥中，與普通聚羧酸外加劑和傳統(tǒng)早強(qiáng)型聚羧酸外加劑相比，超早強(qiáng)型聚羧酸的摻入對(duì)混凝土含氣量基本無(wú)影響。從混凝土30min損失觀察，傳統(tǒng)早強(qiáng)型聚羧酸外加劑損失明顯高于普通聚羧酸外加劑和超早強(qiáng)聚羧酸外加劑；從凝結(jié)時(shí)間來(lái)看，傳統(tǒng)早強(qiáng)型和復(fù)合超早強(qiáng)型聚羧酸外加劑初凝時(shí)間明顯縮短，不同水泥中縮短幅度略有差距，但超早強(qiáng)型聚羧酸外加劑初終凝時(shí)間差比普通聚羧酸外加劑明顯提前90110min，復(fù)合超早強(qiáng)聚羧酸外加劑初凝和終凝時(shí)間差比傳統(tǒng)早強(qiáng)聚羧酸外加劑提前1015min

（3）復(fù)合超早強(qiáng)聚羧酸外加劑與普通聚羧酸外加劑和傳統(tǒng)早強(qiáng)聚羧酸外加劑對(duì)混凝土早期和后期力學(xué)性能的影響見(jiàn)表4。

通過(guò)在兩種水泥中，復(fù)合超早強(qiáng)型聚羧酸外加劑相比較普通聚羧酸外加劑和傳統(tǒng)的聚羧酸早強(qiáng)外加劑，在6h蒸養(yǎng)強(qiáng)度上和1d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度方面優(yōu)勢(shì)明顯，高出8～14MPa，7d強(qiáng)度方面也高出8MPa，后期強(qiáng)度28d和56d強(qiáng)度相差不大，沒(méi)有出現(xiàn)強(qiáng)度早期強(qiáng)度過(guò)快發(fā)展造成后期強(qiáng)度受損現(xiàn)象，且發(fā)展規(guī)律明顯。早期和后期強(qiáng)度增長(zhǎng)如圖1、圖2。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

天津鼎金新材料有限公司年產(chǎn)20萬(wàn)噸聚苯乙烯項(xiàng)目，工程地址位于天津經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)南港工業(yè)區(qū)，HKFZ 500-300AB，樁長(zhǎng)20～25米，合同簽訂30000延米。預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁由天津潘莊建材有限公司提供，因該項(xiàng)目地處大港海邊，根據(jù)其地質(zhì)勘察結(jié)果，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有腐蝕性，腐蝕介質(zhì)為SO^2-，在長(zhǎng)期浸水條件下，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有中等腐蝕性，腐蝕介質(zhì)為Cl。樁身預(yù)應(yīng)力鋼筋保護(hù)層厚45mm，支架基礎(chǔ)型號(hào)為PHC400(95)B，單根長(zhǎng)約14m，抗硫酸鹽型號(hào)為PHC400(95)C，單根長(zhǎng)約15m，16m，17m，型號(hào)為PHC500(100)AB，單根長(zhǎng)約18.0m：抗硫酸鹽一體機(jī)基礎(chǔ)PHC樁型號(hào)為 PHC 400 AB 單根長(zhǎng)約15m。

混凝土設(shè)計(jì)要求：抗硫酸鹽混凝土強(qiáng)度等級(jí)C80，混凝土抗?jié)B等級(jí)P12，樁身混凝土28d齡期氯離子遷移系數(shù)7，抗凍等級(jí)150，等級(jí)KS1500.85，56d氯離子遷移系數(shù)DRCM1.5×10^-12/s。

實(shí)際施工過(guò)程中混凝土性能：為了更好地檢驗(yàn)超早強(qiáng)聚羧酸外加劑在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中工作性能，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土進(jìn)行取樣檢測(cè)?；炷脸鰴C(jī)至30min狀態(tài)柔和，和易性優(yōu)良，粘度適中，布料一次成型。離心后，內(nèi)壁光滑，余漿很少。復(fù)合超早強(qiáng)聚羧酸外加劑的使用，混凝土早期強(qiáng)度提高，脫模時(shí)間提前，縮短了蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)間由原來(lái)的6個(gè)小時(shí)降到5個(gè)小時(shí)，見(jiàn)圖3、圖4。

混凝土耐久性能各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足該項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

結(jié)語(yǔ)

（1）與普通聚羧酸外加劑和傳統(tǒng)早強(qiáng)聚羧酸外加劑相比，復(fù)合超早強(qiáng)聚羧酸外加劑通過(guò)找好促凝、早強(qiáng)組分在水泥水化中的平衡點(diǎn)，能加速水泥早期水化，從而促進(jìn)水泥絮凝結(jié)構(gòu)的形成，能夠?yàn)樗嘣缙谒^(guò)程中提供晶體生長(zhǎng)位點(diǎn)，有效縮短水泥水化誘導(dǎo)期，從而有效提高混凝土早期強(qiáng)度。

（2）復(fù)合超早強(qiáng)聚羧酸外加劑，對(duì)新拌混凝土含氣量和30min后的坍落度損失基本無(wú)影響，且混凝土柔軟度，用手揉搓成型可塑度均優(yōu)于普通聚羧酸外加劑和傳統(tǒng)早強(qiáng)聚羧酸外加劑。

（3）通過(guò)對(duì)混凝土氯離子滲透性能、抗?jié)B性能、抗硫酸鹽及抗凍性能的檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，該復(fù)合超早強(qiáng)聚羧酸外加劑對(duì)混凝土長(zhǎng)期耐久性能未見(jiàn)負(fù)面影響。

（4）蒸養(yǎng)強(qiáng)度及早期強(qiáng)度的提高，脫模時(shí)間提前了近60min，節(jié)省了燃?xì)獠⒓涌炝四＞叩闹苻D(zhuǎn)，為預(yù)制工廠節(jié)省了能耗。

參考文獻(xiàn)

[1] 張永勝．地鐵管片蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝及其改進(jìn)[J]．混凝土與水泥制品，2006(5): 35-37．

[2] 杜志芹，祝燁然，陳國(guó)新，等．早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑的性能研究[C]．聚第六屆全國(guó)聚羧酸系高性能減水劑及其應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)暨“混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)”2017 年會(huì)[A]，2017: 116-117．

[3] 張光華，陳淼，相瑞，等．早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的合成及性能研究[J]．陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014,32(8): 61-65．

[4] 彭波，蒸養(yǎng)制度對(duì)高強(qiáng)混凝土性能的影響[D]．武漢：武漢理工大學(xué)，2007．

[5] 馬保國(guó)，許永和，董榮珍．三乙醇胺對(duì)水泥初始結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響[J]．建筑材料學(xué)報(bào)，2006(1): 6-9．

[6] 明維，周展釗，周鵬，等．PHC 管樁的免蒸養(yǎng)免蒸壓工藝研究[J]．混凝土與水泥制品，2016(9): 35-35．

供稿人：王海濤，張峰

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說(shuō)明書(shū)》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

【會(huì)議培訓(xùn)】

2025全國(guó)混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會(huì)

第十屆全國(guó)建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會(huì)暨中國(guó)砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)年會(huì)

2025第二十一屆全國(guó)商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國(guó)商品混凝土年會(huì)

預(yù)拌（商品）混凝土應(yīng)用技術(shù)和工藝技能線上培訓(xùn)

混凝土（砂漿）試驗(yàn)檢測(cè)方法實(shí)操教學(xué)線上培訓(xùn)

【咨詢服務(wù)】

科技成果評(píng)價(jià)

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產(chǎn)品檢測(cè)

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建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書(shū)

《常見(jiàn)預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書(shū)

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室建設(shè)指南》圖書(shū)

混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡(jiǎn)稱“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國(guó)內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動(dòng)態(tài)，為全國(guó)混凝土行業(yè)開(kāi)展技術(shù)服務(wù)工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)展技術(shù)咨詢、舉辦技術(shù)會(huì)議、承擔(dān)行業(yè)培訓(xùn)、從事認(rèn)證評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)研究等，中心是建材情報(bào)所主要業(yè)務(wù)部門(mén)之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會(huì)分支機(jī)構(gòu)包括中國(guó)散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)混凝土專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、中國(guó)散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)預(yù)制建筑產(chǎn)業(yè)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、中國(guó)砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺(tái)有預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務(wù)平臺(tái)、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務(wù)平臺(tái)、中國(guó)商品混凝土行業(yè)企業(yè)專(zhuān)家委員會(huì)（擁有200余名行業(yè)一線專(zhuān)家）、北京砼享未來(lái)工程技術(shù)研究院（會(huì)員制技術(shù)和管理服務(wù)）。

中心每年參與多個(gè)混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，包括雄安新區(qū)混凝土項(xiàng)目咨詢、河北省多個(gè)高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個(gè)混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開(kāi)展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認(rèn)證和科技成果評(píng)價(jià)工作。

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