預(yù)制構(gòu)件混凝土納米早強劑的制備及免蒸性能

＊魏中原

（唐山市筑業(yè)新材料有限公司 河北 063000）

引言

雖然預(yù)制混凝土產(chǎn)品存在設(shè)備投入大，能耗大，操作工藝復(fù)雜及模板周期運轉(zhuǎn)率低等缺陷，但裝配式墻板、鐵路軌枕、大跨度箱梁、輸水管、城市地下管廊和管樁等預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)量依然逐年增加。目前為實現(xiàn)預(yù)制混凝土產(chǎn)品的高早強，必須經(jīng)過蒸養(yǎng)和壓蒸過程，預(yù)制混凝土構(gòu)件中能耗成本一直占比較大[1-2]。

水泥常用無機、有機或復(fù)合型早強激發(fā)劑對1d以內(nèi)的強度激發(fā)程度較弱[3]。J Plank團隊[4-5]發(fā)現(xiàn)PCE改性C-S-H納米復(fù)合材料可有效提高1d以內(nèi)早期強度，且PCE側(cè)鏈長度越長其納米粒度越小，當(dāng)納米粒度在30～100nm時，早強效果最好。國內(nèi)學(xué)者對于水化硅酸鈣凝膠的研究主要集中在對水泥體系水化過程的影響[6-7]。對于混凝土的早強，聚羧酸減水劑結(jié)構(gòu)的功能化調(diào)整是最直接的[8-10]。預(yù)制混凝土體系中低溫早強方面的研究較少，據(jù)報道溴化鈣具有較好的低溫早強性能[11]，但其與凝膠協(xié)同作用反應(yīng)未見報告。

基于此，本文擬由探討醚類PCE制備的高穩(wěn)定性C-S-H/PCE凝膠及無機鹽對不同標號混凝土1d內(nèi)強度和蒸養(yǎng)強度等方面的影響，并探討其對蒸養(yǎng)時間的影響，為構(gòu)件生產(chǎn)能耗方面的研究奠定基礎(chǔ)。

1.實驗材料與方法

(1)實驗材料

異戊烯基聚氧乙烯醚（OX-807，M=5000），工業(yè)級，遼寧奧克；丙烯酸，工業(yè)級，衛(wèi)星石化；維生素C，食品級，石藥集團；五水硅酸鈉、工業(yè)級、海灣化學(xué)；四水硝酸鈣，工業(yè)級，濰坊昌盛；氫氧化鈉，工業(yè)級，西隴化工；溴化鈣，工業(yè)級，西隴化工；蘇博特C-S-H-PCE（S-gel，15%）采用水泥為冀東P.O42.5水泥。

表1 水泥化學(xué)組成（質(zhì)量分數(shù)/%）

(2)模板PC-M的制備

向四口燒瓶中加入400g異戊烯基聚氧乙烯醚（OX-807，0.08mol）、鏈轉(zhuǎn)移劑和去離子水。攪拌溶解后，投入引發(fā)劑，并用蠕動泵分別將34.56g丙烯酸（AA，0.48mol）與15g丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DAC，0.06mol）的水溶液和維生素C水溶液分別在2h和2.5h內(nèi)滴入瓶中。滴加結(jié)束后，攪拌反應(yīng)1h。得PC-M。（質(zhì)量分數(shù)50%，nAA:nDAC:nOX-807=6:0.75:1；Mn=24500，Mw=49600，PDI=2.03）

(3)C-S-H-PCE凝膠的制備[4-5]

在25℃下，向裝有機械攪拌器的四口瓶中加入PC-M和水，用液堿調(diào)至pH=12，將五水硅酸鈉水溶液（質(zhì)量分數(shù)20%）和四水硝酸鈣水溶液（質(zhì)量分數(shù)35%）滴入其中，滴加時間20min，滴完后攪拌2h。

(4)性能測試

穩(wěn)定性測定：將制備好的C-S-H-PCE凝膠置于100ml具塞量筒中，與20℃±2℃下水平放置，觀察28d時底部沉淀體積（V沉淀）和上清液體積（V上清）。

混凝土抗壓強度測定：分別測試標養(yǎng)時，混凝土16h、20h和24h的抗壓強度；60℃蒸養(yǎng)時先靜養(yǎng)3h，然后分別蒸養(yǎng)4.5h和9h，2h冷卻至室溫后測抗壓強度。其中C30混凝土配合比為m（水泥）:m（粉煤灰）:m（礦粉）:m（精品砂）:m（0.5-1石子）:m（0-2石子）:m（水）=200:50:50:950:1020:156；C50混凝土配合比為m（水泥）:m（礦粉）:m（精品砂）:m（0-2石子）:m（水）=300:80:800:1100:151。

2.實驗結(jié)果與討論

(1)鈣硅比和PC-M用量對納米早強劑穩(wěn)定性的影響

分別制備鈣硅比為1.0、1.5和2.0，PC-M用量為總質(zhì)量的5%、8%和11%的納米早強劑，并探討其穩(wěn)定性。其制備比例和結(jié)果由表2和圖1所示。

表2 鈣硅比與PC-M用量

由圖1可知，鈣硅比和模板用量對納米早強劑的穩(wěn)定性有重要影響。隨PC-M用量的提高，其沉淀量和上清液量逐漸減少，穩(wěn)定性逐漸變好。隨鈣硅比的增加，其沉淀量和上清液量呈先降低后增加的趨勢。由此可知PC-M的用量幾乎決定納米早強劑的穩(wěn)定性。當(dāng)PC-M用量為11%，鈣硅比為1.5時，穩(wěn)定性最好。大量的分散劑的用量有利于提高納米硅酸鈣凝膠的穩(wěn)定性。

圖1 鈣硅比和PC-M對納米早強劑穩(wěn)定性的影響

(2)納米早強劑對不同標號混凝土強度的影響

水化硅酸鈣凝膠對不同標號、不同齡期強度的影響由圖2所示。由圖2可知：納米早強劑對不同標號混凝土都具有非常明顯的超早強性能；隨納米早強劑摻量的提高，混凝土超早期強度逐漸增加，當(dāng)摻量超過3%時，早強增幅變緩，且早強齡期越短（≤20h），增強效率越高，隨齡期的增加，增強效果逐漸減弱；混凝土標號越高，納米早強劑的早強效果越突出。當(dāng)摻量為5%時，16h的C30混凝土抗壓強度達12.5MPa，比空白增加60%，16h的C50混凝土抗壓強度達14.5MPa，比空白增加80%。齡期增加后，增幅變緩。

圖2 納米早強劑對不同標號混凝土早期強度的影響

(3)溴化鈣對混凝土早期強度的影響

鹵化物具備非常好的低溫早強性能，常見氯化鈣由于氯離子作用早強性能明顯，但氯離子腐蝕鋼筋，因此以C30混凝土為基準，探討溴化鈣用量（0%、0.1%、0.25%和0.4%）對混凝土早期強度的影響，其結(jié)果由圖3所示。由圖3可知，齡期24h內(nèi)，隨溴化鈣用量的增加，混凝土強度呈逐漸增加趨勢，當(dāng)摻量為0.25%時，混凝土早期強度最明顯，20h抗壓強度達8MPa，比空白抗壓強度增加35%，24h抗壓強度增達13MPa，比空白抗壓強度增加30%。但3d后，混凝土強度呈略有降低趨勢。

圖3 溴化鈣用量對混凝土早期強度的影響

(4)早強劑與蒸養(yǎng)時間對混凝土強度的影響

以C50混凝土為基礎(chǔ)，探討不同蒸養(yǎng)時間與不同無機早強劑及納米早強劑用量對混凝土早期強度的影響，其結(jié)果由表3所示。由表3可知：蒸養(yǎng)時間越長早期強度越高，且蒸養(yǎng)強度增長主要集中在4.5h之后。通過摻加納米早強劑和溴化鈣進行不同齡期標養(yǎng)，實驗發(fā)現(xiàn)，該兩種物質(zhì)的加入能有效提高混凝土早期強度。當(dāng)納米早強強度摻量為5%，溴化鈣摻量為0.25%時，標養(yǎng)16h抗壓強度達16.5MPa，已超過蒸養(yǎng)4.5h抗壓強度50%，標養(yǎng)20h抗壓強度已接近蒸養(yǎng)9h的抗壓強度?；诖丝砂l(fā)現(xiàn)該物質(zhì)可有效縮短蒸養(yǎng)時間。完全可以實現(xiàn)免蒸養(yǎng)。

表3 不同早強劑與蒸養(yǎng)時間對強度的影響

3.結(jié)論

采用不同鈣硅比和不同PC-M用量制備不同類型納米早強劑，當(dāng)PC-M用量為11%，鈣硅比為1.5時，穩(wěn)定性最好。

納米早強劑對不同標號混凝土都具有非常明顯的早強性能；隨其摻量的提高，混凝土早期強度逐漸增加，當(dāng)摻量超過3%時，早強增速變緩，且齡期越短，增強效率越高，隨齡期的增加，增強效果減弱；混凝土標號越高，納米早強劑的增強效果越突出；當(dāng)摻量為5%時，16h的C30混凝土抗壓強度達12.5MPa，比空白增加60%，16h的C50混凝土抗壓強度達14.5MPa，比空白增加80%。當(dāng)溴化鈣摻量為0.25%時，混凝土早期強度最明顯，20h抗壓強度增加35%，24h抗壓強度增加30%。

當(dāng)納米早強強度摻量為5%，溴化鈣摻量為0.25%時，標養(yǎng)16h抗壓強度達16.5MPa，已超過蒸養(yǎng)4.5h抗壓強度50%，標養(yǎng)20h抗壓強度已接近蒸養(yǎng)9h的抗壓強度?；诖丝砂l(fā)現(xiàn)該物質(zhì)可有效縮短蒸養(yǎng)時間，完全可以實現(xiàn)免蒸養(yǎng)。