掺聚羧酸类减水剂低强度泵送混凝土研究应用

摘　要: 目前,国内的低强度泵送混凝土存在胶凝材料用量偏低、易堵泵、骨料分离的现状,本次低强度泵送混凝土试验研究采用低水胶比、提高粉煤灰掺量的方式,对聚羧酸类减水剂和萘系缓凝高效减水剂两种外加剂分别拌和的泵送混凝土进行了比较,掺聚羧酸类减水剂的低强度泵送混凝土较好的解决了易堵泵、骨料分离的问题。

关键词: 聚羧酸类减水剂;低强度;泵送混凝土;研究应用

中图分类号: TV431 + 12 　　文献标识码: B 　文章编号:1006 - 3951 (2008) 01 - 0062 - 02

1 　前言

小湾工程左岸高程1 245 m拌和系统砂仓(共计4 个砂仓) 位于山体洞室内,地下水比较丰富,为解决砂仓顶及砂仓壁多处渗水问题,决定对地下砂仓采取相应的封堵措施,采取混凝土衬砌封堵方案。地下砂仓的通风洞出口位于山体高程1 310 m处,无交通道路,且洞室内场地狭窄,因此,该施工项目具有难度大,条件差、工期长、二次倒运量大等特点。

衬砌混凝土无法在现场进行拌制,需由高程1 245 m拌和系统供料,并需采用拖泵进行输送、溜槽入仓的浇筑工艺。混凝土设计指标为C20 ,坍落度为16～20 cm ,二级配。根据以上情况,试验室提出了优选聚羧酸类减水剂和萘系高效减水剂试验方案,试验配合比也掺加了引气剂,以提高砂仓壁的防渗性能。

2 　聚羧酸类减水剂研究现状

传统的萘系、三聚氰胺系等缩聚型外加剂均存在减水率低、坍落度损失大、增大收缩等问题,随着高分子化学和材料分子设计理论不断取得新的进展,研究工作者把目光转向了羧酸类接枝共聚物即被称为第三代新型聚合物超塑化剂,羧酸类接枝共聚物具有如下特点: ①低掺量(0. 15 %～0. 4 %粉剂) 、高减水; ②保坍性好,90 min 内新拌混凝土坍落度损失较小; ③分子结构上自由度大,外加剂制造技术上可控制的参数多,高性能化的潜力大; ④在合成中不使用强刺激性物质甲醛,对环境不造成任何污染; ⑤可以大幅度提高工业废渣的利用率。由于这些优点,因而被广泛应用,并已成为了世界性的研究热点。日本是研究和应用聚羧酸类外加剂最多也是最成功的国家,目前日本聚羧酸类减水剂已占所有高性能AE 减水剂产品总数的80 %以上,近年来北美和欧洲的外加剂厂商重心向聚羧酸类减水剂转移,如Grace 公司的Adva 系列、MBT公司的SP 系列、Mapei 公司的X404 以及Sika 公司的Viscocrete 系列等,其产品在短时间内占了50 %以上。聚羧酸和萘系减水剂总体比较见表1。

3 　试验设计

3. 1 　主要原材料

水泥:滇西42. 5 级中热水泥;

粉煤灰:宣威I 级粉煤灰;

骨料:左砂系统人工砂石骨料;

外加剂:江苏博特JM - PCA 聚羧酸类减水剂,浙江龙游ZB - 1A 缓凝高效减水剂,北京利力FS 引气剂。

选用原材料各项检测结果均满足小湾水电站《拱坝混凝土施工技术要求》及相关规范要求。

3. 2 　试验方案

本次试验分为掺聚羧酸类减水剂泵送混凝土、萘系缓凝高效减水剂泵送混凝土两个方案,两个方案配合比设计参数一致,掺和料均为I 级粉煤灰,外加剂掺量根据拌和物性能试验确定,坍落度为16～20 cm ,含气量控制在4. 5 %～5. 5 %。室内试验采用100L 自落式搅拌机拌和,每次拌和量按搅拌机容量20 %～80 % ,试验严格按照《水工混凝土试验规程》(DLPT5150 - 2001) 的相关规程进行。成型试件为150 mm ×150 mm ×150 mm立方体标准试件,在标准养护室养护,温度控制在20 ±3 ℃,湿度大于或等于95 %。泵送混凝土配合比设计参数见表2。

3. 3 　试验结果及分析

对1 号、2 号方案分别进行了拌和物性能、坍落度和含气量损失试验,力学性能和抗渗性能试验,试验过程严格按《水工混凝土试验规程》(DLPT5150 -2001) 相关规程进行控制,拌和物性能试验结果见表3。坍落度和含气量损失试验结果见表4 ,力学性能和抗渗性能试验结果见表5。

试验结果分析:

1) 从泵送混凝土拌和物性能试验结果看,两种试验方案拌和物性能均满足技术要求,由于砂仓距离拌和系统泵送车较远,考虑到混凝土的泵送效果,配合比设计采用降低水胶比,提高粉煤灰掺量,这样可以大大改善混凝土和易性,易于振捣,增加混凝土的流动性,减少泌水。由于掺加了两种不同的减水剂,1 号方案掺加了萘系缓凝高效减水剂,2 号方案掺加了聚羧酸类减水剂,在进行坍落度试验检测时,1 号方案有少量泌水产生,2 号方案没有泌水,并且混凝土粘聚性较好。掺聚羧酸类减水剂泵送混凝土随着外加剂掺量的增加,用水量呈递减趋势,而掺萘系缓凝高效减水剂泵送混凝土随着外加剂掺量的增加,超过1. 0 %以后,对用水量的变化影响不大。

2) 从混凝土拌和物坍落度损失试验来看,1 号方案损失率较大,45 min 损失率达(41. 5 % ,2 号方案损失率较小,45 min 损失率达到25. 8 %。2 号方案优于1 号方案,充分体现了聚羧酸类减水剂保坍性好的效果。

3) 从泵送混凝土力学性能和抗渗性能试验结果来看,两个方案28 d 抗压强度均满足设计强度要求,抗渗性能均大于W8 的抗渗等级,较好的抗渗性能可以解决砂仓山体渗水的问题,能够保证砂仓内砂含水地稳定性。掺聚羧酸类减水剂泵送混凝土同龄期强度略高于掺萘系缓凝高效减水剂泵送混凝土强度,也说明了聚羧酸类减水剂具有增强的特点。

4 　掺聚羧酸类减水剂泵送混凝土的应用

从应用情况看,混凝土的流动性较好,抗离析性能好,浇筑过程未出现堵泵现象,较好的解决了砂仓浇筑遇到的长距离多弯点泵送难题。从质量检查结果看,混凝土浇筑密实,填充性好,混凝土强度检测结果均满足设计要求。砂仓完成衬砌后,较好的解决了山体渗水造成砂含水不稳定且偏大的问题。混凝土抗压强度检测结果见表6。

5 　结束语

1) 泵送混凝土胶凝材料总量一般要求在300kgPm3 以上,本次配合比设计采用降低水胶比,提高粉煤灰掺量的方法,胶凝材料总量达375 kgPm3 ,掺加粉煤灰后,利用粉煤灰的球状细小颗粒,在混凝土中起到滚轴作用,大大改善了混凝土和易性,同时,粉煤灰替代了部分水泥,降低了内部温升,有效的预防了裂缝的产生,保证了泵送混凝土的质量。

2)JM- PVA 聚羧酸类减水剂的应用,由于其减水率高,保坍性能好,一方面节约水泥用量,降低了混凝土温升,另一方面,使混凝土和易性好,抗泌水、抗离析性能好,混凝土泵送阻力小,便于运输。

3) 混凝土掺加引气剂后,可以有效提高混凝土的抗渗性能,砂仓混凝土设计指标为C20 ,无抗渗要求,为了提高砂仓混凝土的防渗效果,减少山体水的渗漏,混凝土中掺加了引气剂后,在混凝土中引进一定数量微小、均匀分布、互不连通的小气泡,提高了混凝土的可泵性,砂仓抗渗性能也得到保证。

4) 目前,聚羧酸类减水剂主要用于水库、港口、隧道及水利施工中抗冲磨混凝土等抗裂防渗较高的工程部位,本次砂仓混凝土浇筑,说明聚羧酸类减水剂可以在低标号泵送混凝土中掺加,并且达到了预期的效果。