新型缓凝减水剂m

新型缓凝减水剂m

管道混凝土结构具有承载能力高、重量轻、弹性好、耐劳防滑性能好等优点。因此，它在现代高层建筑和大直径拱桥中得到了广泛应用。钢管混凝土的施工多采用泵送顶升法,对混凝土的性能有特殊要求。在钢管混凝土的制备过程中,确定混凝土的微膨胀率和如何设计其配合比是关键。硫铝酸盐水泥(SAC)具有早期强度高的特点,且通过调节水泥中石膏的掺量,还能赋予水泥微膨胀、膨胀或自应力等性能,但硫铝酸盐水泥水化硬化较快、凝结时间短,在一定程度上限制了其工程应用。实验研制了一种用于硫铝酸盐水泥的新型高效缓凝减水剂,不仅缓凝及减水效果良好,而且水泥3d强度和28d强度均得到显著提高;利用这种新型高效缓凝保塑减水剂和快硬硫铝酸盐水泥,经混凝土配合比设计,制备出了工作性能良好的C50硫铝酸盐水泥混凝土,完全满足钢管混凝土的泵送施工要求。1实验1.1材料主要性能水泥:42.5快硬硫铝酸盐水泥(以下简称RSAC42.5),湖北孝感凤凰水泥股份有限公司生产,主要性能如表1所示;硼酸及葡萄糖酸钠:分析纯试剂;聚羧酸系高效减水剂WLH-031:武汉联合化工公司生产,减水率28%;FDN-9000高效减水剂:武汉武钢浩源公司生产,减水率25%;砂:巴河中砂,细度模数2.6～2.8;碎石:粒径5～25mm连续级配,压碎指标9.6%。1.2混凝土抗压强度的测定水泥凝结时间按GB1346—89方法测定;水泥强度按GB/T17671—1999方法进行;水泥净浆流动度及损失参照GB8077—2000进行:在水泥净浆搅拌机中,加入一定量的外加剂M、500g水泥、165g水搅拌3min,将搅拌好的净浆注入已置于水平玻璃板上的截锥圆模内,垂直提取截锥圆模,测定水泥净浆在玻璃板上自由流淌的最大直径。随后,将净浆全部刮入一干净烧杯内,用湿布覆盖杯口放于养护室内养护。每隔1h用水泥净浆搅拌机搅拌3min,然后测定流动度。混凝土的抗压强度和弹性模量按GB/T50081—2002进行;坍落度按GBJ80—85进行;自由膨胀率参照GBJ82—85进行。试件尺寸100mm×100mm×515mm,试件两端预埋铜测头,成型后24h脱模,先用潮湿的棉布包裹3层,然后再用塑料薄膜包裹密封好,只露出铜测头,试件置于相对湿度(95±5)%、温度(20±3)℃的养护室中养护至测试龄期,用千分表在各测试龄期测试试件的自由膨胀值,精度为0.001mm。2结果与讨论2.1利用外加剂进行缓凝剂硫铝酸盐水泥水化速度快、凝结时间短,是由钙矾石在该水泥体系中析晶特点决定的。要延长硫铝酸盐水泥的凝结时间,只能通过引入外加剂的方法,在水泥水化初期包裹熟料颗粒,延迟钙矾石的生成。通过大量实验表明,将硼酸与葡萄糖酸钠进行合理组合可得到硫铝酸盐水泥新型缓凝剂。将其与聚羧酸减水剂按一定比例复合,制得适用于硫铝酸盐水泥的高效缓凝减水剂M,实验研究了该外加剂M对硫铝酸盐水泥的凝结时间、净浆流动度、水泥强度的影响。1冷凝时间测定了外加剂M掺量(质量分数)0.8%～1.3%时水泥的凝结时间,结果如图1所示。可见,该外加剂对硫铝酸盐水泥具有显著的缓凝作用。2流动度的控制实验中固定水灰比为0.33,测定了外加剂M不同掺量(0.8%～1.3%)对硫铝酸盐水泥净浆流动度及经时损失的影响,结果如图2所示。由图2可见,M掺量增大时,水泥净浆初始流动度增加,而其经时损失减小。这是因为该外加剂中复合了聚羧酸系高效减水剂和缓凝成分,由于空间斥力的作用,对水泥颗粒的分散作用很强,使得一定时间内,水泥浆体的絮凝结构不断解体,所包裹的水分不断被释放,水泥浆体的粘度系数与屈服剪切应力不断减小,因而在掺量不大时即可获得较大的流动度。同时由于缓凝成分的加入,水泥的水化又受到了有效地抑制,因此净浆流动度的经时损失得到有效控制,甚至出现流动度增大的情况(掺量为1.2%时)。实验中还发现,外加剂M掺量为0.8%、0.9%时,水泥净浆流动度损失较快,而掺量为1.3%时,水泥净浆在拌水1h后有较严重的泌水,且伴有分层现象。可见,该外加剂用于净浆的适宜掺量为1.0%～1.2%。3未掺剂对硫铝酸盐水泥强度的影响实验测定了高效缓凝减水剂M掺量为0、1.0%、1.1%、1.2%时的水泥胶砂强度,结果见表2。由表2结果可知,掺入M后,硫铝酸盐水泥1d强度下降,且掺量愈大强度下降量愈大,但其3d和28d强度均比未掺剂时要高。这是由于M对水泥水化凝结有很强的抑制作用,因此其1d强度下降,但也正是由于其缓凝作用,使得水泥水化速度减慢,水化产物钙矾石的生长发育良好,分布更为均匀,水泥石毛细孔径变小,水泥石内部结构更为密实,因而3d和28d强度均有增加。2.2外加剂的用量选定水灰比(w/c)、砂率Sp作为参考因素,采用绝对体积法进行配合比设计,利用自行研制的高效缓凝减水剂M配制混凝土,各组混凝土配合比及新拌混凝土的坍落度如表3所示。由表3可知,采用该文自行研制的高效缓凝减水剂M作外加剂,相同水灰比时,混凝土的坍落度随砂率增大而增加;相同砂率时,混凝土的坍落度随着水灰比的增大也增大。实验中还发现,在水灰比为0.30时,尽管混凝土的坍落度较大,但混凝土的流动性并不理想,扩展度均在42～51cm之间。硫铝酸盐水泥混凝土的早期强度发展很快,其3d强度达到28d强度的85%以上,28d弹性模量达42.1GPa。为考察外加剂M的作用效果,采用表3中A6的混凝土配比,采用FDN-9000制备硫铝酸盐水泥混凝土并进行了混凝土的性能测试,其结果如表4所示。由表4可知,采用FDN-9000作外加剂时,混凝土的工作性能较差且坍落度损失很快,其硬化混凝土的强度和弹性模量也比使用外加剂M的混凝土要略低,这是因为外加剂M对硫铝酸盐水泥不仅有减水作用而且能有效延缓硫铝酸盐水泥水化,因而混凝土内部水化产物生长发育更为完善,微观结构更为致密的缘故。以上结果表明,外加剂M对硫铝酸盐水泥混凝土具有良好的缓凝和减水效果。2.3钢管混凝土泵送系统性能根据以上实验,选定如表5所示的混凝土配合比,重新拌制混凝土并测试了其抗压强度、弹性模量及自由膨胀率等,实验结果见表5及图3。由结果可知,该混凝土具有良好工作性能:初始坍落度24cm,扩展度大于60cm,3h后坍落度仍达18cm以上,且混凝土和易性好,不离析、不泌水,满足钢管混凝土泵送施工工艺的要求;同时,其硬化后强度发展很快:3d抗压强度达设计标号的109%,28d弹性模量为42.1GPa,完全能满足钢管混凝土的泵送施工和刚度要求。而且该混凝土还具有较高的自由膨胀率,其膨胀率在7d前增长较快,此后膨胀缓慢增加,14d后仍有少量膨胀,21d后膨胀基本稳定,这样有利于提高钢管混凝土结构的承载力等性能。3混凝土强度试验a.利用硼酸、葡萄糖酸钠和聚羧酸减水剂按一定比例复合,制备出用于硫铝酸盐水泥的新型高效缓凝减水保塑剂M。其掺量为1.0%～1.2%时,水泥初凝时间约9h,终凝时间约12h,且水泥3d和28d强度均得到明显提高。b.采用RSAC42.5和自行研制的外加剂M制备出早强微膨胀泵送钢管混凝土,其质量配比为水泥∶水∶砂∶碎石=1∶0.33∶1.23∶1.70,外加剂M掺量1.8%时,混凝土