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        減膠劑在混凝土中的應(yīng)用研究

        2020-12-01 02:39:34吉國(guó)利
        商品混凝土 2020年11期
        關(guān)鍵詞:膠劑性能指標(biāo)外加劑

        吉國(guó)利

        (運(yùn)城市海鑫海天混凝土有限公司,山西 運(yùn)城 044000)

        隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,混凝土結(jié)構(gòu)有了長(zhǎng)足的發(fā)展,到目前為止,幾乎沒有出現(xiàn)什么新型材料能代替混凝土的應(yīng)用。為了滿足混凝土高工作性的需要,商品混凝土中膠凝材料用量普遍較高,一般在每噸 350kg/m3以上,混凝土中高膠凝材料用量使得混凝土更容易開裂,尤其在水膠比較低的情況下,這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。為了改善混凝土的工作性能,國(guó)內(nèi)外加劑行業(yè)近年來迅速發(fā)展,市場(chǎng)上出現(xiàn)的各種外加劑已經(jīng)逐步成為混凝土必不可少的優(yōu)選材料,雖然這些外加劑可以改善混凝土拌合物的某種性能,但沒有對(duì)應(yīng)以改善或保持混凝土綜合性能不變的情況下同時(shí)具有節(jié)能減排功效的外加劑。現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種新型混凝土外加劑——混凝土減膠劑,這是一種在減少 8%~10% 的水泥用量的情況下,仍能使混凝土保持甚至超過了原有基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度,且混凝土拌合物工作性能得以提升的外加劑,其已經(jīng)在行業(yè)內(nèi),特別是南方地區(qū)廣泛應(yīng)用,但在運(yùn)城地區(qū)還在初步試驗(yàn)階段。

        混凝土減膠劑是指在水膠比基本不變,混凝土的坍落度和 28d 抗壓強(qiáng)度不降低的情況下,能夠有效減少膠凝材料用量的化學(xué)外加劑。是一種功能性外加劑,為無色、淺褐色半透明液體。極小的摻量能夠提升混凝土的和易性,在提升和易性的基礎(chǔ)上可以優(yōu)化混凝土配合比,起到節(jié)約成本、節(jié)能降耗的作用。建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 2469—2018《混凝土減膠劑》已于 2018年9月 1日正式實(shí)施。

        減膠劑有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

        (1)改善和易性:使用減膠劑,新拌合的混凝土容易出漿,包裹性更好,提升混凝土的和易性和可泵性,增大混凝土的黏聚性。

        (2)良好的保水性:減水劑都有飽和摻量問題,摻量不足時(shí)效果體現(xiàn)的不充分,如果過摻的話,不但不能改善混凝土質(zhì)量,還會(huì)造成泌水甚至離析等混凝土質(zhì)量問題,給實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用帶來了潛在的風(fēng)險(xiǎn)。減膠劑有利于降低過摻的風(fēng)險(xiǎn),摻入混凝土中將會(huì)提升減水劑的分散作用,能增加分子間的界面性能,減少游離水,從而能夠達(dá)到保水效果。

        (3)減少水泥用量:有關(guān)資料顯示,在自然環(huán)境下,成熟混凝土中有將近 10%~20% 的水泥沒有完全水化,只是起到填充作用。使用減膠劑,能最大限度地激發(fā)每一單位水泥分子的作用,在減少水泥的前提下,既能有效保證基準(zhǔn)強(qiáng)度,又可提升混凝土拌合物的泵送性能,減少泌水,真正實(shí)現(xiàn)配合比的進(jìn)一步優(yōu)化。

        鑒于混凝土減膠劑在商品混凝土、管樁等混凝土領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,本文主要從混凝土的工作性能、強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性等方面來論述評(píng)價(jià)混凝土減膠劑對(duì)混凝土綜合性能的影響。

        1 原材料與試驗(yàn)方法

        1.1 原材料

        (1)水泥

        采用冀東海天水泥聞喜有限責(zé)任公司 P·O42.5 級(jí)水泥,依據(jù) GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn),其檢驗(yàn)的物理技術(shù)性能指標(biāo)結(jié)果如表 1。

        表1 冀東 P·O42.5 水泥物理性能指標(biāo)

        (2)粉煤灰

        選用河津電廠生產(chǎn)的 Ⅱ 級(jí) F 類粉煤灰,依據(jù) GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標(biāo)準(zhǔn),其檢驗(yàn)的物理技術(shù)性能指標(biāo)結(jié)果如表 2。

        表2 粉煤灰物理性能指標(biāo) %

        (3)S95 級(jí)礦渣粉

        選用威頓水泥粉磨站生產(chǎn)的 S95 級(jí)礦渣粉,依據(jù)GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》標(biāo)準(zhǔn),其檢驗(yàn)的物理技術(shù)性能指標(biāo)結(jié)果如表 3。

        表3 礦渣粉物理性能指標(biāo)

        (4)砂子

        采用河津砂(50%)摻加河津選礦碎屑(50%)的比例組成的混合砂,依據(jù) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn),其檢驗(yàn)的物理技術(shù)性能指標(biāo)見表 4。

        表4 砂子(混合砂)技術(shù)性能指標(biāo)

        (5)粗骨料

        選用運(yùn)城三路里生產(chǎn)的 5~25mm 連續(xù)級(jí)配碎石,依據(jù) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn),其檢驗(yàn)的物理技術(shù)性能指標(biāo)見表 5。

        表5 碎石技術(shù)性能指標(biāo)

        (6)外加劑

        選用山西金凱奇有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑,含固量為 9.2%,減水率為 22%,含氣量為 3.2%。

        (7)混凝土減膠劑

        廣州市三駿建材科技有限公司提供的混凝土減膠劑,為半透明液體,密度為 1.005,pH 值 9.5,減水率為 3%,減膠率為 5%~10%,推薦摻量為 0.6%。

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

        在不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)中摻加膠凝材料 0.6% 的混凝土減膠劑,按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土工作性能試驗(yàn);按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn);分析混凝土的工作性能、強(qiáng)度,并通過計(jì)算單方混凝土材料成本,分析該混凝土減膠劑帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

        1.2.2 試驗(yàn)過程

        根據(jù)廣州市三駿建材科技有限公司提供的混凝土減膠劑產(chǎn)品,試驗(yàn)室以公司常用的混凝土強(qiáng)度等級(jí) C30、C40、C50 為基準(zhǔn)配合比進(jìn)行了多次對(duì)比試驗(yàn)。根據(jù)混凝土減膠劑的使用方法,在 C30、C40、C50 三個(gè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)配合比中分別減少水泥用量 8%(先按最少的 8% 用量比例試驗(yàn))。

        1.2.3 混凝土檢驗(yàn)項(xiàng)目

        試驗(yàn)中對(duì)混凝土的檢驗(yàn)項(xiàng)目分別是坍落度、擴(kuò)展度、工作性能和抗壓強(qiáng)度。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        混凝土基準(zhǔn)配合比與摻加減膠劑配合比見表 6。

        表6 單方混凝土配合比 kg/m3

        2.1 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土拌合物工作性能及強(qiáng)度分析

        本次試驗(yàn)的三個(gè)強(qiáng)度等級(jí) C30、C40、C50 分別做了六次,坍落度、擴(kuò)展度、抗壓強(qiáng)度取六次的平均值?;炷涟韬衔锘鶞?zhǔn)樣和加入混凝土減膠劑之后的工作性能及強(qiáng)度見表 7 所示。

        由表 7 可以看出,加入混凝土減膠劑之后,新拌混凝土的坍落度、擴(kuò)展度和和易性比基準(zhǔn)樣都有明顯提高;且從現(xiàn)場(chǎng)情況還看出拌合物的黏聚性增強(qiáng),表現(xiàn)為漿體增多、無泌水、不抓底、包裹性較好。說明混凝土減膠劑能在一定程度上改善新拌混凝土的工作性能。

        表7 混凝土工作性能及強(qiáng)度對(duì)比

        泵送方面:在泵送過程中,基準(zhǔn)配合比的混凝土坍落度偏小時(shí),泵送困難,經(jīng)常出現(xiàn)堵管現(xiàn)象,而坍落度偏大,容易發(fā)生離析堵管,調(diào)整配合比摻加減膠劑的混凝土,由于工作性能良好,有利于泵送。我們使用減膠劑 6個(gè)月以來,尤其在高層泵送中能體現(xiàn)出效果,直接泵送到 32 層,中間無堵管現(xiàn)象發(fā)生。

        強(qiáng)度方面:普通強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比水泥置換率為 8% 時(shí),基準(zhǔn)樣與加入混凝土減膠劑后的試配相比較,在養(yǎng)護(hù)齡期 7d、28d 的抗壓強(qiáng)度大體上相差不大,60d 齡期的抗壓強(qiáng)度都是對(duì)比樣高于基準(zhǔn)樣。說明加入混凝土減膠劑后可以使混凝土保持原有的基準(zhǔn)強(qiáng)度。

        2.2 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比成本分析對(duì)比

        對(duì)試驗(yàn)中三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土(C30、C40、C50)基準(zhǔn)樣和加入混凝土減膠劑之后配合比試樣進(jìn)行成本分析,混凝土材料單價(jià)見表 8。

        表8 混凝土原材料單價(jià) 元/噸

        按照表 8 所示單價(jià)計(jì)算出的基準(zhǔn)樣與摻入混凝土減膠劑后對(duì)比樣的成本如表 9 所示。

        從表 9 可以看出,加入混凝土減膠劑后,在保持與基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度不變的情況下,減少水泥用量 8%,每方能節(jié)約產(chǎn)成本 2~4元。以運(yùn)城市現(xiàn)有的混凝土需方市場(chǎng),一般的兩條生產(chǎn)線的混凝土攪拌站計(jì)算,年產(chǎn)量約 30 萬立方混凝土,每年可以節(jié)約材料成本約 60~120 萬元。可以看出,混凝土減膠劑的摻入具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

        表9 各組混凝土經(jīng)濟(jì)成本分析表

        3 工程應(yīng)用

        混凝土減膠劑在 C55 現(xiàn)澆箱梁中的應(yīng)用:2019年我公司承攬了河?xùn)|西街延長(zhǎng)線跨鐵路橋現(xiàn)澆箱梁工程,設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)是 C55,方量總計(jì) 10000 立方,均使用了混凝土減膠劑。C55 混凝土由于本身強(qiáng)度較高,所以水泥用量較多,水泥用量高會(huì)帶來很多對(duì)工程施工和結(jié)構(gòu)的不利影響,如坍落度損失大、水化熱大、收縮裂縫等危害。所以我們?cè)O(shè)計(jì) C55 混凝土配合比時(shí)應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的情況下盡可能少用水泥。經(jīng)大量試驗(yàn)研究,摻用了混凝土減膠劑后,C55 混凝土比基準(zhǔn)C55 少用了 8% 的水泥,在提高了混凝土質(zhì)量的同時(shí),取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

        混凝土減膠劑在機(jī)制砂中的應(yīng)用:近年來,運(yùn)城市場(chǎng)的天然砂資源已、緊缺,為了控制成本,各混凝土公司已采用機(jī)制砂來代替天然砂。但機(jī)制砂顆粒粗糙,級(jí)配不良,顆粒分布往往表現(xiàn)為“兩頭多、中間少”,大于 5.00mm 和小于 0.08mm 顆粒(石粉)均超過 10%,2.50mm 的累計(jì)篩余量≥30%。顆粒級(jí)配的不良導(dǎo)致了新拌混凝土黏聚性、保水性差,易離析、泌水,并降低了和易性和流動(dòng)性,使混凝土強(qiáng)度、耐久性降低,而且早期收縮增大?;炷翜p膠劑的摻入,大大改善了機(jī)制砂配制新拌混凝土的黏聚性、保水性,解決了易離析、泌水等和易性不良的問題。另外,在降低水泥用量的同時(shí),不必要增大砂率,并能增加粗集料的用量。

        從 2019年元月至今 9個(gè)月來,我公司從 C25~C55強(qiáng)度等級(jí)的混凝土都摻加了混凝土減膠劑,生產(chǎn)的混凝土拌合物施工性能和強(qiáng)度都達(dá)到了滿意的效果,得到了施工單位的認(rèn)可。其中不乏一些重點(diǎn)工程,如某路橋公司承建的跨鐵路工程高強(qiáng)度等級(jí)的 C55 的現(xiàn)澆箱梁7000 立方混凝土、某鋼廠的改造工程 45000 立方混凝土和某高層的基礎(chǔ) 3300 立方混凝土基礎(chǔ)等。在工程主體驗(yàn)收中都能通過合格評(píng)定。

        4 結(jié)論

        (1)經(jīng)過對(duì)三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土的對(duì)比試驗(yàn),綜合混凝土減膠劑對(duì)混凝土拌合物的工作性能都有所改善,能增強(qiáng)混凝土拌合物的黏聚性、保水性,特別是能提高混凝土泵送性能,工人易于施工。

        (2)在摻量為膠凝材料的 0.6% 時(shí),使用混凝土減膠劑后,7 天、28 天的強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度基本一致,60 天的強(qiáng)度都超越了基準(zhǔn)混凝土。

        (3)使用混凝土減膠劑可以使單方混凝土中水泥用量節(jié)約 8% 左右,能夠降低生產(chǎn)成本,為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益;同時(shí),混凝土減膠劑綠色環(huán)保,符合節(jié)能減排的發(fā)展方向,具有一定的社會(huì)效益。

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