聚羧酸减水剂配制预制构件混凝土早龄期性能的研究

　　预制构件使用的高性能混凝土具有以下特点：①高设计强度和早强性，适合快速脱模。②在小水胶比（一般不大于0.35）和较小坍落度条件下，混凝土应有良好的触变性，在强烈振捣下分层离析小和泌水小。③构件几何尺寸偏差小，外观质量要求高。④体积稳定性好，耐久性要求高。要求混凝土收缩小，具有低碱集料反应性，对混凝土抗渗性要求也很高，有的还有耐腐蚀要求。某些重点工程在耐久性指标上明确提出了100年耐久性的设计要求。

　　根据化学组成，国外用于预制构件的高效减水剂品种主要有：硫酸钠含量小于5%的高浓萘系产品、早期强度发展快的磺化三聚氰胺系产品，近年来某些特制的高早强型聚羧酸高效减水剂在预制构件中也被广泛接受。

　　目前，国内预制构件使用的高效减水剂在品种和质量上和国外均存在巨大差距。使用的主要品种仍然是萘系，不仅几乎全是硫酸钠含量5%～25%的低浓产品，很多情况下为了提高早期强度又同时复合使用了大量的含钾、钠离子的无机盐，对混凝土耐久性造成了极大隐患。少数单位使用三聚氰胺系和氨基磺酸盐高效减水剂。聚羧酸高效减水剂（PCE）的应用刚刚起步。

　　我们结合盾构管片实际生产，选取萘系高效减水剂（NS-1）、三聚氰胺高效减水剂（SM-1）和一种预制构件专用型聚羧酸高效减水剂（PCA-1）和一种通用型聚羧酸系高效减水剂（PCA-2）进行对比试验，研究内容包括塑性混凝土性能、不同温度条件下早龄期力学性能发展规律、早龄期收缩性能以及实际构件外观性能等等。

　　试验结果表明，对于较小坍落度的盾构管片混凝土，采用3种不同高效减水剂的混凝土工作性和构件外观有较大差别：

　　（1）采用聚羧酸高效减水剂的混凝土流动性最好，坍落度损失小，混凝土不泌水，管片外观色泽均匀一致，表面气泡小。但两种类型产品也有较大区别，主要差别是通用型产品混凝土有轻微抓底现象，振动时气泡也不易溢出。

　　（2）三聚氰胺高效减水剂混凝土出机流动性也较好，但坍落度损失略快，混凝土不抓底也不泌水，振动时气泡少且较容易溢出，成型管片外观色泽均匀一致，有光亮感，管片外观气泡数量很少，但气泡体积稍大。

　　（3）萘系高效减水剂混凝土流动性较差，坍落度损失较快，混凝土抓底明显，容易泌水，振动时大气泡多，成型管片外观色泽发暗，缺乏光亮感。

　　高性能预制构件对模板质量要求很高，很多情况下需要进口模板，提高混凝土早期强度加快模板周转往往是预制构件企业的基本要求，为了满足工程进度需要，大多数情况下需要蒸汽养护，有时还需要冬季施工，因此研究不同外加剂混凝土在不同温度条件下的力学性能发展规律，尤其是早龄期发展规律具有重要现实意义。我们结合盾构管片生产实际研究了C50混凝土在8℃～10℃、20℃和50℃条件下的发展规律，为不同季节施工选择合理的外加剂品种提供了依据。

　　试验结果表明：（1）3种减水剂3天前强度发展有较大差别：聚羧酸减水剂>三聚氰胺系减水剂>萘系减水剂。（2）预制构件专用聚羧酸减水剂（PC-1）早期强度发展最快，28天强度也最高，尤其适合冬季低温条件下预制构件施工。（3）聚羧酸减水剂养护温度越低越有利于28天强度发展。

　　和预拌混凝土一样，目前我国预制构件混凝土质量的好坏主要以强度指标来衡量，对混凝土体积稳定性、耐久性没有引起足够重视，也缺乏科学有效的测试方法。研究混凝土早期收缩特性对于减少早期构件开裂提高结构耐久性具有重要意义。

　　针对传统测试方法无法检测混凝土3天以内的早龄期收缩变形的缺点，中国建筑材料科学研究总院研制了非接触式混凝土收缩率测定仪，能精确反映出混凝土早龄期的收缩变化情况。

　　我们利用非接触式混凝土早期收缩率测定仪研究了掺加萘系（NS-1）和聚羧酸（PCA-1）高效减水剂的地铁管片混凝土在48小时之内收缩性能。

　　试验结果表明：（1）对于设计强度较高的早强预制构件混凝土而言，外加剂品种对混凝土早期收缩变形的影响规律和预拌混凝土基本相同。在控制混凝土早龄期收缩方面，聚羧酸高效减水剂要优于萘系高效减水剂。（2）无论使用萘系还是使用聚羧酸高效减水剂，混凝土在浇筑后24小时以内的收缩变形最剧烈，以后的变形趋于平缓。24小时聚羧酸高效减水剂收缩率为萘系高效减水剂收缩率的70%，48小时聚羧酸高效减水剂收缩率为萘系高效减水剂收缩率的65%.（3）掺加聚丙稀纤维可以大大降低混凝土早期收缩，对于同样掺加聚羧酸高效减水剂的混凝土而言，掺加0.6kg聚丙稀纤维混凝土24小时收缩率降低约48%.点评用不同品种高效减水剂配制的预制构件混凝土工作性、混凝土早期强度发展规律、混凝土早龄期收缩性能以及构件外观质量有较大差别。

　　（1）混凝土工作性能：以聚羧酸高效减水剂配制的混凝土流动性最好，坍落度损失小，混凝土不泌水，但两种类型聚羧酸高效减水剂产品有较大区别，主要差别是通用型产品混凝土有轻微抓底现象，振动时气泡也不易溢出；三聚氰胺高效减水剂混凝土出机流动性也较好，但坍落度损失略快，混凝土不抓底也不泌水，振动时气泡少且较容易溢出；萘系高效减水剂混凝土流动性较差，坍落度损失较快，混凝土抓底明显，容易泌水，振动时大气泡多。

　　（2）3种减水剂3天前强度发展规律有较大差别：总体规律是聚羧酸高效减水剂>三聚氰胺系减水剂>萘系减水剂。其中，预制构件专用聚羧酸高效减水剂（PC-1）早期强度发展最快，28天强度也最高，尤其适合冬季低温条件下预制构件施工。聚羧酸减水剂养护温度越低越有利于28天强度发展。

　　（3）构件外观：以三聚氰胺高效减水剂生产的混凝土构件外观最佳，构件整体色泽均匀一致，外观有光亮感，表面除个别体积稍大气泡外，气泡数量很少。聚羧酸高效减水剂混凝土构件外观也较好，色泽均匀一致，表面气泡小。萘系高效减水剂混凝土外观色泽发暗，缺乏光亮感。

　　（4）对于设计强度较高的早强预制构件混凝土，外加剂品种对早期收缩变形的影响规律和预拌混凝土基本相同。在控制混凝土早龄期收缩方面，聚羧酸高效减水剂要优于三聚氰胺系和萘系高效减水剂，对于提高构件体积稳定性非常有利。