一種管樁混凝土專用聚羧酸減水劑的研究開發(fā)

王照能，彭飛，鄧磊

（云南科之杰新材料有限公司，云南 昆明 650605）

0 前言

近年來，隨著國家基礎設施的大力建設，預應力混凝土管樁的使用越來越普遍，如水泥電桿、地鐵管片、城市地下排洪管道等。預應力高強混凝土管樁（簡稱PHC 管樁）是一種重要的樁基材料，高層建筑、大跨度橋梁和高速公路等現(xiàn)代工程均離不開優(yōu)質的樁基礎。應用樁基礎可以縮短建設周期，同時節(jié)約大量的能源材料，因而在建筑業(yè)得到了廣泛應用[1]。

聚羧酸減水劑主要通過聚醚大單體與帶有不飽和雙鍵含親水基團的丙烯酸及丙烯酸類衍生物反應制得，雖然在坍損控制、減水率可調、提升強度、節(jié)省水泥、改善管樁表面光滑度、提高勞動生產率、降低勞動強度、環(huán)保安全、功能可調、混凝土黏聚性等方面比萘系減水劑有著很好的優(yōu)勢[2]，但由于其本身表面活性劑的引氣功能使得混凝土預制構件表面氣孔較多，呈蜂窩麻面狀。且預制管樁混凝土通常要求早期強度高、混凝土和易性好、混凝土外加劑中緩凝和坍落度保持劑組分少，造成混凝土坍落度損失過快，不易施工。

為了解決管樁混凝土損失過快、外觀蜂窩麻面等問題，國內外主要是從澆筑工藝、脫模劑等方面進行改善，但效果并不明顯。因此，本文通過使用我司不同型號的高和易性減水母液、保坍母液、功能助劑進行復配，然后進行管樁混凝土試驗，研究不同配比聚羧酸減水劑對管樁混凝土施工性能、抗壓強度及表觀的影響，以解決管樁混凝土生產和使用中存在的性能問題。

1 試驗原材料、儀器設備及試驗方法

1.1 試驗原材料與儀器設備

本試驗所用原材料詳細信息如表 1 所示。本試驗所用主要儀器詳細信息如表 2 所示。

根據(jù)需方試驗室技術要求，所供應的減水劑需符合以下條件：

（1）減水劑摻量 2.0%，水泥凈漿初始流動度210～220mm；

（2）減水劑摻量 4.0%，混凝土初始坍落度100mm，混凝土經(jīng)時 0.5h 后坍落度損失≤20mm；

（3）混凝土含氣量≤1.0%；

（4）管樁內外壁無蜂窩、麻面；

表 1 試驗原材料

表 2 主要儀器

（5）早期強度高。

1.2 性能測試方法

（1）水泥凈漿流動度測試：將所配的聚羧酸減水劑按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行對比測試。

（2）混凝土性能測試：參照 GB 8076—2008《混凝土外加劑》進行 C80 管樁混凝土性能試驗。

2 結果與分析

2.1 水泥凈漿測試

調整聚羧酸減水劑中減水母液、保坍母液、緩凝劑、早強劑及消泡劑及引氣劑用量，測試不同配比的減水劑（摻量 2.0%）對水泥凈漿流動度的影響。水泥凈漿配比和流動度測試結果如表 3 所示。

表 3 聚羧酸減水劑與功能小料配比及性能

由表 3 可知：當減水劑摻量為 2.0% 時，減水劑PC-1、PC-2、PC-3、PC-4 的水泥凈漿初始流動度皆小于 210mm；減水劑 PC-5 與 PC-6 的水泥凈漿初始流動度大于 210mm，且 2h 后凈漿流動度損失較小，分別只損失了 10mm 和 12mm。綜上所述，只有減水劑 PC-5與 PC-6 水泥凈漿流動度符合需方的技術要求。

2.2 混凝土性能測試

將表 3 配制的 PC-5 與 PC-6 減水劑溶液進行 C80管樁混凝土試驗（減水劑摻量 4.0%），混凝土配合比見表 4，測試結果如表 5 所示。

表 4 混凝土試驗配合比 kg/m3

表 5 混凝土性能測試結果

由表 5 測試結果可知，摻 PC-5 減水劑的混凝土初始坍落度為 96mm，經(jīng) 0.5h 后損失 24mm；摻 PC-6減水劑的混凝土初始坍落度為 92mm，經(jīng) 0.5h 后損失 10mm。兩種混凝土的含氣量均小于 3.0%，1d 抗壓強度均大于設計要求的 60%，28d 抗壓強度均大于80MPa，混凝土初凝和終凝時間提前約 1h。

2.3 管樁混凝土表觀比較

圖 1 不同減水劑 C80 管樁混凝土管樁外觀對比

為進一步比較 PC-5 與 PC-6 在 C80 管樁混凝土中性能的差異，將 PC-5 與 PC-6 進行混凝土 C80 管樁澆筑對比試驗，其 C80 管樁混凝土成型狀態(tài)見圖 1。從圖 1 可看出，摻減水劑 PC-5 的混凝土管樁外觀較好，有點粗糙，有細小的氣孔；摻減水劑 PC-6 的混凝土管樁較為光滑，且表面無肉眼可見的氣孔。這是由于減水劑配方 PC-5 中緩凝劑用量為 0.5%，含有緩凝成分，會延長混凝土的凝結時間，因此管樁外觀較粗糙，會出現(xiàn)細小的氣孔。PC-6 減水劑配方中無緩凝成分，凝結時間適宜，外觀較為光滑均一。綜上考慮，只有減水劑 PC-6 符合施工技術要求。

2.4 C80 管樁應用

為了有效解決 C80 管樁混凝土外觀蜂窩麻面、表面多孔、成型制件差等問題，我司將 PC-6 聚羧酸減水劑送至需方進行 C80 管樁澆筑成型，其現(xiàn)場施工應用如圖 2 所示。該 C80 管樁脫模成型后，外觀光滑、無蜂窩麻面、內壁光滑、無掛漿、成型狀態(tài)較好，可成功運用于 C80 管樁的澆筑成型，需方反饋施工效果良好。

2.5 管樁混凝土澆筑質量控制建議

在云南地區(qū)由于材料復雜多變，對于管樁混凝土澆筑質量控制的要求較高。建議混凝土澆筑時坍落度控制在 80～100mm 為好，且應控制混凝土坍落度 0.5h 內的坍落度損失。當混凝土坍損過大、過快且混凝土觸變性、保水性、粘聚性等發(fā)生變化時，應及時有效地解決混凝土質量問題。當砂石材料波動變化大、級配差等情況出現(xiàn)時，應及時聯(lián)系外加劑廠家調整相應外加劑配比；澆筑模板脫模劑應當涂抹均勻，以保證混凝土表面無蜂窩、麻面；管樁混凝土成型后，應進行有效及時的保養(yǎng)與維護，切不可將成型好的預制件管樁混凝土存放于溫差大、曝曬、干燥的環(huán)境中。

3 結論

（1）由減水母液 A 與 B 按質量比 8:2、消泡劑用量 0.02% 配制的減水劑 PC-6 對水泥凈漿的流動度改善效果較好，既不會出現(xiàn)損失過快現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)緩釋放大離析的現(xiàn)象。

（2）摻 PC-6 減水劑的混凝土初始與經(jīng)時 0.5h 損失后，包裹性和觸變性均較好，抗壓強度等指標能夠更好地滿足施工要求。

（3）摻 PC-6 減水劑的 C80 管樁混凝土成型脫模后混凝土表面光滑均勻，無蜂窩麻面，適于 C80 管樁混凝土實際施工。