针对预制构件混凝土的聚羧酸醚类外加剂的研究与应用（下）

3.2 　免蒸养预制构件混凝土

     如文中第一部分中所提到的，受生产条件和生产成本的限制，有相当一部分预制构件是在自然养护条件下生产的，着重强调几天内的混凝土强度发展。例如摩天大楼、大桥甚至一些地下工程建设项目中预制构件，都是在建筑工地浇筑、成型、装配的。采用蒸汽养护有一定的难度，而且增加生产成本。除了早强以外，对混凝土的泵送性往往也有一定的要求。我们知道，传统早强剂是通过加快水泥的初期水化过程来提高混凝土的早期强度。但其对混凝土强度的影响随着龄期的增长逐渐减弱，并会降低混凝土的后期强度。对混凝土的坍落度保持性能也会产生负面影响。当然，高早强也可以一定程度上通过改进混凝土配合比的方法来实现，比如降低水灰比等，但该方法的效果也是有限的。而且，在某些特殊情况下，配合比甚至混凝土的原材料是由承包商或者业主决定的，不允许做大的改动。在此情况下，通过外加剂改善混凝土强度发展成为主要的甚至唯一的解决方案。同样，结合新的聚羧酸醚和混凝土强度增强剂优良性能，以及适当的复配技术，我们针对此类预制构件开发了一系列新的外加剂产品。该系列外加剂也可应用于有一定早强要求的现浇大流动度混凝土。

 

3.2.1 　材料与配比

     为了尽量简化测试系统，在混凝土配合比中选用小野田P.Ⅱ 52.5R 水泥作为唯一的胶凝材料。细骨料和粗骨料分别为2.6 – 2.8FM 的河砂和5mm～10mm ，5mm～25mm 的碎石。外加剂有萘系和聚羧酸醚两种。前者作为对比试验的参照外加剂，简称BNS ，后者是一个针对蒸养混凝土开发的聚羧酸醚类外加剂，简称PCE - 2 。配比主要参数包括： (20 ±2)cm 起始坍落度，0.40 水灰比和43 %的砂率。

 

3.2.2 　测试指标与方法

     在此项研究中，根据相关标准，坍落度/ 流动度、坍落度保持、凝结时间和强度作为主要测试指标。此外，对混凝土气含量(体积法) ，硬化混凝土气泡比表面积和间隔系数(ASTM C457) 也进行了初步的测量和探讨[15 ] 。新拌混凝土的准备以及凝结时间的测试均在26 ℃～27 ℃的室温下进行。

 

3.2.3 　结果与讨论

     要获得(20 ±2) cm 起始坍落度的混凝土，所需PCE - 2 和BNS 的溶液掺量分别为水泥重量的0.45 %和1.1 %。从图7 可以看出：二者坍落度保持性能的区别在30 分钟以后变得明显。一个小时后，PCE - 2 混凝土的坍落度仍然保持在165mm ，而BNS混凝土的坍落度只剩85mm。流动度的差别就更加显著。需要指出的是，两个混凝土的凝结时间基本相同。

图7 　BNS 和PCE - 2 混凝土坍落度/ 流动度及坍落度保持性能的比较

 

     在35 ℃和75 %RH 的养护条件下， PCE - 2 混凝土的10h 强度比BNS 混凝土高出2613 %。1d 至28d混凝土强度是在标养条件下测试的。PCE - 2 混凝土的强度发展优势依旧明显，平均比BNS 混凝土高出10 %以上。(图8) 这不但有利于加快生产周期，而且可以降低水泥用量或提高混凝土强度等级，降低成本。该类外加剂也可应用于有早强和一定坍落度保持要求的现浇混凝土中。

 

     除了良好的早期强度和坍落度保持性能以外，我们对PCE - 2 和BNS 混凝土的气泡质量也进行了初步的比较和探讨。根据ASTM C457 - 98 标准，经过切割、打磨和抛光，我们对混凝土试块的内切面进行了气孔质量分析。BNS 和PCE - 2 混凝土硬化后的气含量分别为1.8 % ，3.1 %。如图9 所示，与BNS 混凝土相比，PCE - 2 混凝土的气孔尺寸要小得多，且形状规则圆润，分布也较均匀。此外，相同的硬化混凝土气泡间隔系数，较大的比表面积，也从微观的角度反应了PCE - 2 混凝土良好的气孔质量。这至少部分归功于外加剂对水泥水化过程的影响和控制的结果，也是PCE - 2 混凝土优良强度性能的原因之一。

　

图8 　PCE - 2 和BNS 混凝土的强度发展比较

　

图9 　PCE - 2 和BNS 混凝土内切面气孔质量的比较

 

4 　应用实例

     GL ENIUM ÒACE68 是在PCE - 1 的基础上，为北京一大桥的预制件项目特别开发的外加剂(图10) 。此项目使用4215 波特兰水泥，2.3FM 河砂及5mm～20mm 的石灰石。混凝土配合比设计为14cm～16cm坍落度，水灰比0.32～0.36 ，砂率为36 %～38 %。水泥含量457kg/ m3～472kg/ m3 。外加剂掺量为水泥重量的0.6 %～0.8 %。混凝土配比的轻微差异是考虑到原料的质量波动而制定的。养护周期从1h 静停后开始，先是2h 轻度蒸养，后高温蒸养2h～4h ，然后冷却2h～3h 至相当于80 %～100 %设计强度。该混凝土28d 强度可达设计强度的125 %～145 %。构件表面光滑，颜色均匀。

 

     PCE - 2 类外加剂之一的RHEOPLUS Ò101 也成功应用于一浙江海港建设工程的预制梁生产中(图11) 。该预制构件用的是C50 混凝土，含500kg/ m³ 胶凝材料(42.5 级波特兰水泥，硅粉和矿粉) ，725kg/ m³河砂，1080kg/ m3 的5mm～30mm 碎石以及4kg/ m³外加剂。混凝土配比设计为(100 ±20) mm 坍落度及0.28 水灰比。夏天在自然条件下养护，3d～4d 后强度达到40MPa ，即设计强度的80 %。由于减水率高，早强效果明显，综合生产成本低于使用萘系外加剂。

　

图10 　GL ENIUM ÒACE68 在北京一大桥预制构件生产中的应用

　

图11 　RHEOPLUSÒ101 在一浙江海港建设项目的预制梁生产中的应用

 

5 　结论

     试验结果表明， PCE - 1 和PCE - 2 在新拌混凝土和硬化混凝土的性能上优于萘系高效减水剂。通过缩短或者优化生产流程可以降低预制件的生产成本。但PCE - 1 在中国市场中的应用有待进一步验证和推广。由于预制构件的生产工艺和预制构件的品种多样复杂，为了取得理想的性价比，针对不同的客户需求和原材料特点对外加剂配方进行调整和改良是必要的。

 

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[ 15 ]Zhijunh Zhang ，Farhad Ansari ，and Nicholas Vitillo ，Automated Determination of Entrained Air - Void Parameters in Hardened Concrete ， ACI Material Journal ，January - February 2005 ，Title no. 102 - M06.

 

[作者简介] 　

杨健英，1970 年生，女，慕尼黑工业大学/ 新加坡国立大学工业化学专业硕士毕业，德固赛化学建材亚太区项目经理；

Sven M. F. Asmus ，1970 年生，男，德国国籍，博士， 有机化学专业，德固赛化学建材亚太区开发经理。

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