溫金保，劉興榮，杜志芹，唐修生

（1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029；2.南京瑞迪高新技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210024；3.水利部水工新材料工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210024；4.安徽瑞和新材料有限公司安徽省院士工作站，安徽 馬鞍山 243000）

0 引言

混凝土預(yù)制構(gòu)件是混凝土與水泥制品重要的發(fā)展方向之一，國家“十二五”“十三五”規(guī)劃指出要大力發(fā)展混凝土預(yù)制構(gòu)件。由于普通混凝土預(yù)制構(gòu)件存在斷面尺寸大、跨度小、自重大、早期強(qiáng)度低等問題，預(yù)制構(gòu)件混凝土的高強(qiáng)化必將是未來預(yù)制構(gòu)件的發(fā)展趨勢[1]。因此，高強(qiáng)混凝土的研究意義重大，且已成為水泥基復(fù)合材料發(fā)展的重要方向之一[2-3]。高強(qiáng)混凝土通常采用高膠凝材料用量、低單位用水量、低水膠比的方式進(jìn)行配制，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部顆粒之間的接觸更加緊密，且由于單位體積內(nèi)的水減少，從而急劇降低了各個顆粒之間水膜層的厚度，加大了內(nèi)部固體之間的摩擦力，這一切勢必引起混凝土黏度急劇上升[4]。目前，降低高強(qiáng)度混凝土黏度的方式主要在施工過程中加入引氣劑、加大減水劑摻量和優(yōu)化膠凝材料級配來實(shí)現(xiàn)[5]。對于加入引氣劑勢必會降低混凝土容重，對混凝土力學(xué)性能、耐久性能產(chǎn)生不利影響，對于加大減水劑摻量來降低高強(qiáng)混凝土黏度的方式，不僅會增加用料成本，而且還會造成過分緩凝的問題，導(dǎo)致泌水等問題出現(xiàn)，給施工增加了難度[6]。對于優(yōu)化膠凝材料級配來降低高強(qiáng)混凝土黏度，雖然在此方面已經(jīng)有較多的研究，但是存在較大的局限性，新拌混凝土的和易性最主要的是依靠減水劑的作用，優(yōu)化膠凝材料級配的方法不能解決根本問題[7]。因此，為了降低混凝土黏度，提高其流動性，通過加入具有降黏功能的聚羧酸減水劑可以解決這一問題?？梢?，研究開發(fā)具有降黏功能的早強(qiáng)型聚羧酸減水劑并對其改善預(yù)制構(gòu)件高強(qiáng)混凝土的黏性進(jìn)行評價分析具有重要意義。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）復(fù)配外加劑功能組分

高減水早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑母液：固含量為40%，南京瑞迪高新技術(shù)有限公司；早強(qiáng)組分A：主要組分為有機(jī)醇胺，市售工業(yè)品，淡黃色液體，有效成分含量為不小于92%；早強(qiáng)組分B：主要組分為硫氰酸鹽，市售工業(yè)品，白色晶體，易溶于水；消泡組分：主要組分為改性硅聚醚，東邦化學(xué)（上海）有限公司提供；降黏組分：主要組分為水溶性高分子聚合物，無色透明且具有一定黏性的液體，有效成分的含量為1%，自制。

（2）試驗(yàn)材料

水泥：小野田P·Ⅱ52.5 硅酸鹽水泥；礦粉（SL）：南京梅寶S95 級；粉煤灰（FA）：鎮(zhèn)江諫壁Ⅱ級灰；砂（S）：細(xì)度模數(shù)2.5，江西贛江；碎石（G）：安徽5～31.5 mm 連續(xù)級配的石灰?guī)r，其中減水劑混凝土性能測試用碎石可通過篩分獲得5～10 mm和10～20 mm 兩種級配。外加劑產(chǎn)品：對比樣1，國外知名品牌早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑；對比樣2，國內(nèi)某公司生產(chǎn)的早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑。2種對比樣的勻質(zhì)性見表1。

1.2 HLC-PCE 早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑的制備

將高減水早強(qiáng)型聚羧酸系母液、復(fù)合早強(qiáng)功能組分、消泡組分及降黏組分按m（早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑母液）∶m（早強(qiáng)組分A）∶m（早強(qiáng)組分B）∶m（消泡組分）∶m（降黏組分）∶m（水）=40∶3∶9∶0.1∶10∶37.9 進(jìn)行功能性物理復(fù)配，制備出高強(qiáng)混凝土預(yù)制構(gòu)件用早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑HLC-PCE。其勻質(zhì)性測試結(jié)果見表1。

表1 早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑的勻質(zhì)性測試結(jié)果

1.3 性能測試方法

（1）凈漿、砂漿流動度：按照GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試。

（2）凈漿Marsh 試驗(yàn)：將制備好的凈漿漿體倒入Marsh 筒至200 mL 刻度處，用秒表記錄200 mL 漿體排空的時間即為Marsh 時間。

（3）混凝土坍落度和擴(kuò)展度：參照GB/T 50080—2011《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。

（4）凈漿及砂漿流變性：分別采用博勒飛RST-CC 同軸圓柱流變儀和RST-SST 槳式流變儀進(jìn)行測試。凈漿流變試驗(yàn)剪切速率設(shè)置為0～100 s-1，剪切時間為120 s，取60 個點(diǎn)；砂漿流變試驗(yàn)剪切速率設(shè)置為0～45 s-1，剪切時間為120 s，取60個點(diǎn)；塑性黏度由Bingham 流變模型擬合求得。

（5）混凝土T500時間：參照J(rèn)GJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行測試；混凝土倒坍落度排空時間：將坍落度筒倒置，將混凝土一次性裝入坍落度筒并掛平，將坍落度筒平穩(wěn)提起，用秒表記錄坍落度筒內(nèi)混凝土排空的時間即為倒坍落度排空時間。

（6）減水劑的混凝土應(yīng)用性能：依據(jù)GB 8076—2008《混凝土外加劑》進(jìn)行測試；混凝土抗壓強(qiáng)度：參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 水泥基凈漿性能

2.1.1 Marsh 時間

凈漿膠凝材料由水泥、粉煤灰及礦粉組成，礦粉和粉煤灰在膠凝材料中的質(zhì)量百分比均為15%，水膠比為0.32，分別對HLC-PCE（摻量分別為0.30%、0.35%、0.40%、0.45%）、對比樣1（摻量分別為0.21%、0.23%、0.25%、0.28%）及對比樣2（摻量分別為0.32%、0.36%、0.41%、0.47%）進(jìn)行Marsh 時間測試，減水劑摻量由相應(yīng)的流動度控制，結(jié)果見圖1。

圖1 摻不同聚羧酸系減水劑的凈漿Marsh 時間與流動度的關(guān)系

由圖1 可知，摻3種早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑的Marsh 時間均隨凈漿流動度的增大而縮短。當(dāng)凈漿流動度的凈漿Marsh 時間由180 mm 增大到240 mm 時，摻對比樣1、2 及HLC-PCE 分別縮短了52.1%、69.0%及52.4%，且在低流動度時縮短的幅度更為明顯，在高流動度時縮短的幅度則較為平緩；同時，在凈漿流動度相同時，摻HLC-PCE 的凈漿Marsh 時間均為最短，即流速最快，當(dāng)凈漿流動度分別為180、200、220、240 mm 時，摻HLC-PCE 的凈漿Marsh 時間與對比樣2相比，分別可縮短36.7%、48.3%、19.1%、2.8%。

2.1.2 塑性黏度

少數(shù)民族傳統(tǒng)體育旅游是社會文明進(jìn)步的標(biāo)志，受到有關(guān)國家旅游部門的重視，少數(shù)民族體育旅游以其獨(dú)特的風(fēng)采進(jìn)入旅游市場。我國許多少數(shù)民族地區(qū)的各級政府和旅游部門對少數(shù)民族傳統(tǒng)體育旅游資源給予了充分的重視，一方面，注意保護(hù)、開發(fā)和利用少數(shù)民族傳統(tǒng)體育旅游資源，另一方面，投入大量資金，廣泛開展少數(shù)民族體育旅游活動，發(fā)展少數(shù)民族傳統(tǒng)體育旅游業(yè)[1]。但我國民族體育旅游的總體規(guī)模仍然偏小，許多少數(shù)民族地區(qū)在開發(fā)民族體育旅游時，只把它作為民族風(fēng)情旅游的補(bǔ)充或其中的一個組成部分，還沒有把它作為一個獨(dú)立的旅游項(xiàng)目或旅游產(chǎn)業(yè)來抓，以至使民族體育旅游業(yè)的規(guī)模仍然較小，在整個旅游業(yè)中還處于從屬地位[2]。

圖2 為在不同凈漿流動度下?lián)皆鐝?qiáng)型聚羧酸系減水劑的塑性黏度測試結(jié)果，凈漿塑性黏度試驗(yàn)使用與Marsh 時間測試所使用凈漿配比相同。

圖2 摻不同早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑凈漿塑性黏度與流動度的關(guān)系

由圖2 可知，摻3種不同早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑的凈漿塑性黏度均隨凈漿流動度的增大而減小，摻對比樣1、2 和HLC-PCE 最大分別減小了24.7%、28.6%及31.0%。凈漿流動度為180 mm 時，摻對比樣1 的塑性黏度最?。涣鲃佣葹?00 mm 和220 mm 時，塑性黏度最小均為摻HLC-PCE 的；流動度為240 mm 時，摻HLC-PCE 與對比樣2 的相當(dāng)且最??；且摻HLC-PCE 的凈漿塑性黏度相對對比樣最大可減小24.9%?？梢姡w上摻HLC-PCE 的凈漿塑性黏度相對較低，這與凈漿的Marsh 時間測試結(jié)果較為一致。

2.2 砂漿塑性黏度

圖3 為在不同砂漿流動度下?lián)讲煌鐝?qiáng)型聚羧酸系減水劑的塑性黏度測試結(jié)果，其中砂漿塑性黏度試驗(yàn)用膠凝材料組成為：水泥70%、粉煤灰15%、礦粉15%，水膠比為0.32，膠砂比為400∶707，減水劑摻量由相應(yīng)的流動度控制，HLC-PCE摻量分別為0.63%、0.70%、0.73%及0.75%，對比樣1 的摻量分別為0.45%、0.48%、0.52%及0.55%，對比樣2 的摻量分別為0.75%、0.80%、0.84%及0.88%。

由圖3 可知：（1）在減水劑種類不變時，砂漿的塑性黏度隨流動度的增大而減??；（2）對于分別摻3種不同減水劑的砂漿，在砂漿流動度分別為180、200、220、240 mm 時，摻HLC-PCE 的砂漿塑性黏度均最小，與對比樣2 相比減小幅度分別為23.7%、15.2%、16.0%、21.8%?？梢姡鄬Ρ葮?、2，摻HLC-PCE 的砂漿塑性黏度相對較小。

圖3 摻不同早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑砂漿塑性黏度與流動度的關(guān)系

2.3 混凝土試驗(yàn)

2.3.1 HLC-PCE 早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑的混凝土應(yīng)用性能

HLC-PCE 的混凝土應(yīng)用性能依據(jù)GB 8076—2008 進(jìn)行測試，不同HLC-PCE 摻量下的混凝土性能測試結(jié)果見表2。

表2 HLC-PCE 摻量對混凝土性能的影響

由表2 可知：（1）HLC-PCE 在低摻量（0.5%）下依然具有較高的減水率，達(dá)29.0%，且減水率隨摻量的增加而增大；但摻量大于0.8%時，減水率增加有限，可見，摻量為0.8%時已經(jīng)接近HLC-PCE 減水性能的飽和點(diǎn)。（2）混凝土含氣量隨HLC-PCE 摻量的增加在2.7%～3.5%范圍內(nèi)波動。（3）雖然因采用小野田P·Ⅱ52.5 硅酸鹽水泥導(dǎo)致基準(zhǔn)混凝土相應(yīng)齡期抗壓強(qiáng)度明顯偏高，但該減水劑1 d 和3 d 最高抗壓強(qiáng)度比依然分別高達(dá)262%和239%，可見，該減水劑具有顯著的早強(qiáng)及增強(qiáng)效果。

2.3.2 混凝土T500及倒坍落度排空時間

混凝土總膠材用量為400 kg/m3，F(xiàn)A 與SL 在膠凝材料中的質(zhì)量百分比均為15%，水膠比為0.375，砂率為38%，試驗(yàn)混凝土配合比（kg/m3）為：m（水泥）∶m（粉煤灰）∶m（礦粉）∶：m（砂）∶m（石）∶m（水）=280∶60∶60∶707∶1158∶150，HLC-PCE 摻量為1.0%，對比樣1、2 摻量均為0.9%?；炷罷500及倒坍落度排空時間測試結(jié)果見表3。

表3 摻早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑混凝土的T500 及倒坍落度排空時間

由表3 可知，摻3種不同早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑的混凝土初始坍落度與擴(kuò)展度均相近，且1 d 與3 d 抗壓強(qiáng)度均相當(dāng)；但摻HLC-PCE 的混凝土T500時間與對比樣2 相當(dāng)，比對比樣1 要短；倒坍落度排空時間比摻對比樣1 與對比樣2 均要短；相對對比樣1，摻HLC-PCE 的混凝土T500時間縮短了19.8%，倒坍落度排空時間縮短了34.5%。由此可見，摻HLCPCE 的混凝土在坍落度與擴(kuò)展度相當(dāng)?shù)那疤嵯?，具有更好的和易性和?yōu)異的降黏性能。

3 減水劑HLC-PCE 的工程應(yīng)用

3.1 在免蒸壓預(yù)制混凝土大管樁中的應(yīng)用

寧波航通預(yù)制構(gòu)件工程有限公司在大管樁混凝土生產(chǎn)中采用了HLC-PCE 早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑。該大管樁外徑1200 mm，壁厚150 mm，單位長度質(zhì)量約1.286 t/m，單節(jié)長度為7～30 m 不等，采用的混凝土強(qiáng)度等級為C80，膠凝材料為純水泥（寧波三獅P·O52.5 水泥），單方用量為500 kg/m3，水灰比為0.24，砂率為41%，減水劑摻量為水泥質(zhì)量的1.0%。由于混凝土呈“一高兩低”，即高膠凝材料用量、低水膠比、低用水量，因此，該混凝土摻普通型聚羧酸系減水劑時易出現(xiàn)混凝土過黏、早期強(qiáng)度偏低等問題，而采用早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑HLC-PCE很好地解決了上述問題。該混凝土試件采取標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，混凝土性能測試結(jié)果見表4。

表4 摻HLC-PCE的C80 大管樁混凝土性能測試結(jié)果

由表4 可見，相對普通型聚羧酸系減水劑而言，摻HLCPCE 混凝土可明顯改善混凝土的坍落度保持性與降黏效果，坍落度損失率減小了81.1%，倒坍落度排空時間縮短了45.8%，同時早強(qiáng)效果明顯，在28 d 抗壓強(qiáng)度相當(dāng)?shù)那闆r下1 d 抗壓強(qiáng)度提高了18.4%。

3.2 在預(yù)制混凝土管片中的應(yīng)用

圖4 為早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑HLC-PCE 在南京某軌道交通工程有限公司預(yù)制管片混凝土生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。

圖4 摻早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑HLC-PCE 的預(yù)制混凝土管片

該預(yù)制管片混凝土的強(qiáng)度等級為C50，水泥采用小野田P·Ⅱ52.5 水泥，用量為286 kg/m3，粉煤灰為華能電廠Ⅰ級灰，用量為71 kg/m3，礦粉為南京梅寶S95 級，用量為51 kg/m3，水膠比為0.32，砂率為40%。該混凝土膠凝材料用量為428 kg/m3，水膠比相對較低，為0.32，坍落度小（50～70 mm），上述混凝土參數(shù)在摻普通型聚羧酸系減水劑時易出現(xiàn)混凝土黏、下料難、坍落度難以控制的問題，即觸變性不大。該預(yù)制管片混凝土的養(yǎng)護(hù)制度為：混凝土澆筑后在室溫（30～35 ℃）下靜養(yǎng)120 min，然后升溫120 min 至40～45 ℃，降溫時間為60 min，達(dá)到脫模強(qiáng)度后進(jìn)行脫模，并將構(gòu)件置于水中養(yǎng)護(hù)7 d 后，再自然養(yǎng)護(hù)至28 d 出廠?，F(xiàn)場采用摻HLC-PCE 制備的預(yù)制管片混凝土和易性好、下料速度快、初始坍落度為60 mm 且坍落度放置長時間后也不再下坍、初凝時間為120 min，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下試件1、3、28 d 抗壓強(qiáng)度分別為39.8、51.0、65.2 MPa，硬化混凝土表面氣孔少且孔徑小。

4 結(jié)論

（1）與同類產(chǎn)品相比，摻早強(qiáng)型聚羧酸系高性能減水劑HLC-PCE 的水泥凈漿具有較短的Marsh 時間，Marsh 時間最大可縮短48.3%；較小的凈漿、砂漿塑性黏度，凈漿塑性黏度最大可減小24.9%。

（2）與對比樣相比較，摻HLC-PCE 的水泥砂漿在不同流動度下均具有最低的塑性黏度，且塑性黏度與對比樣相比最大可減小31.9%。

（3）摻HLC-PCE 的混凝土具有較小的T500值及較短的混凝土倒坍落度排空時間，其中混凝土倒坍落度排空時間相對對比樣最大可縮短34.5%。

（4）綜上可見，相對于上述樣品而言，HLC-PCE 具有優(yōu)異的降黏性能。