改性氨基磺酸鹽高效減水劑在PHC 管樁高強(qiáng)混凝土中的應(yīng)用

黎 韜 林 鵬 吳善才

（1 廣東省建筑材料研究院，廣東 廣州 510160；2 廣州市建筑材料工業(yè)研究所有限公司，廣東 廣州 510663）

1 前言

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(簡稱PHC 樁)是在高強(qiáng)高性能混凝土(HPC)和預(yù)應(yīng)力技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的混凝土預(yù)制構(gòu)件。PHC 樁由于其混凝土強(qiáng)度等級超過C80，具有強(qiáng)度高，單樁承載力大，耐打性好，設(shè)計(jì)選用靈活方便，成樁質(zhì)量可靠，對樁端持力層起伏變化較大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，施工速度快，檢測時(shí)間短，監(jiān)理方便，現(xiàn)場管理簡單，綜合經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)好等優(yōu)點(diǎn)〔1〕，因此得到了建筑界人士的青睞，在國內(nèi)、外得到了迅速發(fā)展。目前在我國的珠三角、長三角、港澳地區(qū)、國外的日本及東南亞等許多國家得到了廣泛的使用。高效減水劑作為生產(chǎn)高強(qiáng)高性能混凝土必不可少的材料之一，在管樁生產(chǎn)中也得到了大量的應(yīng)用。傳統(tǒng)的萘系高效減水劑存在混凝土坍落度損失較快，水泥適應(yīng)性較差等問題。而氨基磺酸鹽高效減水劑不但具有減水率較高，不引氣，對凝結(jié)時(shí)間影響小，與水泥適應(yīng)性較好的特點(diǎn)，還可有效地控制混凝土坍落度損失。但是氨基磺酸鹽高效減水劑摻量較高時(shí)易引起混凝土較大的泌水，因而需對這種高效減水劑進(jìn)行改性。這樣既可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)高效減水劑的不足，也提高了管樁生產(chǎn)的工作效率。

2 合成試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原材料

對氨基苯磺酸鈉，純度不小于99%，工業(yè)級；苯酚，純度89%，工業(yè)級；甲醛，純度≥37%，工業(yè)級；堿性調(diào)節(jié)劑(氫氧化鈉等)；催化反應(yīng)助劑。

2.2 合成試驗(yàn)儀器

電熱恒溫水浴，定時(shí)電動(dòng)攪拌器，四角燒瓶，梨形漏斗，球型漏斗。

2.3 合成工藝

稱取一定量的對氨基苯磺酸鈉，置于裝有溫度計(jì)、攪拌器、滴液漏斗、回流冷凝管的四口燒瓶中。加入苯酚和水，升溫使其全部溶解，加熱溶液的溫度到80～90℃，保持此溫度約1h 后，加入改性調(diào)節(jié)劑，加完改性調(diào)節(jié)劑后，調(diào)節(jié)pH值至8.5～9.5之間，然后再緩慢的滴加甲醛溶液，溫度保持在85～95℃之間，加完甲醛后加入少量催化反應(yīng)助劑，恒定溫度88～96℃保持4～5h，保溫結(jié)束后加入適量的氫氧化鈉溶液（與苯酚、甲醛余液反應(yīng)，消除苯酚對環(huán)境的污染），調(diào)節(jié)pH 值至9～10，然后降低溫度，保持溫度在40～50℃反應(yīng)2～3h，冷卻，即得改性氨基磺酸系減水劑。

3 水泥凈漿及混凝土試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)原材料

水 泥：粵 秀P· Ⅱ42.5R；華 潤P·Ⅱ42.5R；粵花P.Ⅱ42.5R；華潤P.O42.5R；英馬P.O42.5R；臺泥P.O42.5R；石井P.O42.5R；海螺P.O42.5R；

摻合料：磨細(xì)石英砂（比表面積≥420m2/Kg），SiO2含量92.0%；

細(xì)集料：河砂，細(xì)度模數(shù)M=2.7；

粗集料：5～20mm 碎石；

外加劑：FDN 萘系高效減水劑，改性氨基磺酸系減水劑。

3.2 試驗(yàn)方法

按國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑均質(zhì)性試驗(yàn)方法》GB/T 8077-2000〔2〕檢測產(chǎn)品的勻質(zhì)性指標(biāo)，流動(dòng)度檢測按照：水泥500g，水灰比W/C=0.29(外加劑為液體產(chǎn)品，固體含量30.0%，摻量為1.5%進(jìn)行試驗(yàn)。

按國家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50080-2002〔3〕進(jìn)行攪拌混凝土，測試混凝土的初始坍落度，觀測混凝土粘聚性能，評價(jià)混凝土和易性的好壞，然后將混凝土拌合物裝 入100mm×100mm×100mm的 抗 壓 強(qiáng) 度 試模中，振動(dòng)密實(shí)成型，成型的試件先靜置2h 后，放入養(yǎng)護(hù)池進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在1h 內(nèi)升溫至85℃，恒溫4h，然后在0.5h 左右把溫度降至常溫，拆除試模。將部分試件進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，試壓的強(qiáng)度為蒸養(yǎng)強(qiáng)度值；剩余的試件放入高壓釜中，2h 升溫至178℃，蒸氣壓力升至0.95MPa～1.0 MPa 恒溫5h，3h 左右降至常溫常壓，將試件冷卻，進(jìn)行強(qiáng)度試壓試驗(yàn)，所測得強(qiáng)度之為壓蒸強(qiáng)度值〔1〕。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

采用合成的改性氨基磺酸系減水劑分別進(jìn)行了水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)和混凝土坍落度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，改性氨基磺酸系減水劑與大部分的水泥適應(yīng)性良好，不論是水泥凈漿流動(dòng)度或水泥混凝土試驗(yàn)，改性后的氨基磺酸系減水劑保持凈漿流動(dòng)度和混凝土坍落度的性能良好，對于混凝土的凝結(jié)時(shí)間沒有大的影響，具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1、表2 和表3。

表1 水泥凈漿流動(dòng)度

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果知道，和摻加萘系的混凝土相比較，摻加改性氨基磺酸鹽高效減水劑的混凝土具有更小的坍落度經(jīng)時(shí)損失，抗壓強(qiáng)度與萘系高效減水劑無大的差別，因而改性氨基磺酸鹽高效減水劑可以適用于管樁混凝土的生產(chǎn)。

對高強(qiáng)管樁應(yīng)用改性氨基磺酸鹽高效減水劑,我們針對三種管樁生產(chǎn)廠家常用水泥進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過多次的高強(qiáng)混凝土試驗(yàn)，管樁混凝土的蒸養(yǎng)強(qiáng)度和壓蒸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在混凝土中使用改性氨基磺酸鹽高效減水劑后，混凝土從攪拌到進(jìn)行管樁生產(chǎn)時(shí)的坍落度變化不大，蒸養(yǎng)強(qiáng)度、壓蒸強(qiáng)度與萘系高效減水劑配制的混凝土強(qiáng)度相差很小，混凝土無泌水現(xiàn)象，和易性良好，符合管樁混凝土的要求，達(dá)到管樁混凝土應(yīng)用的試驗(yàn)預(yù)期效果。

4 改性氨基磺酸鹽高效減水劑在PHC高強(qiáng)管樁混凝土中的應(yīng)用

表2 改性氨基磺酸鹽高效減水劑的性能測試

表3 混凝土拌合物性能及混凝土抗壓強(qiáng)度

表4 高強(qiáng)混凝土蒸養(yǎng)強(qiáng)度和壓蒸強(qiáng)度

根據(jù)研制產(chǎn)品的上述各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)值看，這種產(chǎn)品的性能已經(jīng)能夠滿足管樁混凝土的要求，因而我們使用這種新型的高效減水劑進(jìn)行了管樁的生產(chǎn)應(yīng)用。表5 為某管樁有限公司使用改性氨基磺酸鹽高效減水劑進(jìn)行生產(chǎn)管樁混凝土的強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，水泥為華潤P·Ⅱ42.5R 型號。

在管樁外觀質(zhì)量及力學(xué)性能上，根據(jù)生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用改性氨基磺酸鹽高效減水劑后，管樁的外觀質(zhì)量不合格率略有下降。而根據(jù)跟蹤的混凝土強(qiáng)度試件的抗壓強(qiáng)度情況，數(shù)據(jù)如表5所示，混凝土抗壓強(qiáng)度亦能滿足管樁混凝土強(qiáng)度的要求。

表5 管樁混凝土的強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

根據(jù)對生產(chǎn)的跟蹤，管樁混凝土使用改性氨基磺酸鹽高效減水劑以后，流動(dòng)性較好，布料時(shí)人工插搗的現(xiàn)象和頻次少了。此外，坍損情況有顯著的改善，以往因?yàn)槟承┕ば虻膯栴}耽誤布料幾分鐘，布料就變得很困難，使用改性氨基磺酸鹽高效減水劑時(shí)，我們曾有意停留10～15 分鐘，布料仍然很輕松。

表6 管樁離心后廢漿情況統(tǒng)計(jì)

在離心工藝上，通過對廢漿量及漿中含水率情況分析，相比平時(shí)使用萘系生產(chǎn)的管樁的廢漿量基本沒有差別。在管樁的外觀質(zhì)量方面，觀察管樁的外表面、管樁內(nèi)壁狀況（如有內(nèi)壁是否存在掛漿塌壁，表壁面露石或蜂窩等現(xiàn)象），基本上沒有大的變化〔4〕。

在管樁吊裝、運(yùn)輸及工地施工應(yīng)用上，根據(jù)現(xiàn)場的施工情況跟蹤以及工地的現(xiàn)場施工打樁的反饋情況，也會(huì)存在少量的破損斷樁情況，與使用萘系高效減水劑生產(chǎn)的管樁施工狀況相比，情況基本沒有大的差別。

5 結(jié)論

1）摻加改性氨基磺酸鹽高效減水劑配制的高強(qiáng)度混凝土，能滿足生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力管樁的強(qiáng)度要求。

2）由于改性氨基磺酸鹽高效減水劑具有高的減水率及較好的水泥適應(yīng)性，且具有控制坍落度損失的功能，在進(jìn)行管樁的生產(chǎn)布料時(shí)，混凝土能始終保持較好的工作性，使得生產(chǎn)的效率有很大的提高。

3）改性氨基磺酸鹽高效減水劑在管樁混凝土中高摻量應(yīng)用時(shí)無泌水現(xiàn)象產(chǎn)生，對混凝土凝結(jié)時(shí)間無大的影響。

[1]阮起楠著.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁 .北京：中國建材工業(yè)出版社，2000年

[2]《混凝土外加劑均質(zhì)性試驗(yàn)方法》GB/T8077-2000，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2000年

[3]《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080-2002，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2000年

[4]《紀(jì)念中國混凝土外加劑協(xié)會(huì)成立20 周年—混凝土外加劑新技術(shù)發(fā)展研討會(huì)論文集》 2006年