缓凝可控型高效减水剂研制及对碾压混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 3年 第 3 期 (总 第 2 8 1 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 3 ( T o t a 1 No ． 2 8 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL T ECHNOL0GY 缓凝可控型高效减水剂研制及对碾压混凝土 性能的影响 温金保 ’ ，吕进 ，唐修生 ’ ，高欣欣 ’ ，祝烨然 ’ ，黄国泓 ’ ( 1 ． 南京水利科学研究院 瑞迪高新技术有限公司，江苏 南京 2 1 0 0 2 4 ；2 ． 南京市秦淮河河道堤防管理处 ，江苏 南京 2 1 0 0 1 2 ) 摘要： 选取了 4 种原材料组分进行功能性复合设计 ， 制备出缓凝可控型高效减水剂 ， 该减水剂实现了既有减水功能的三元复 合， 又有缓凝功能的三元复合 ， 缓凝效果 由功能组分 H NP的动态变化来控制 。 试验研究了该减水剂在不同掺量下配制的碾压混 凝土性能， 结果表明随减水剂掺量提高， 碾压混凝土 V C值减小， 凝结时间延长， 经时损失减小 ， 早期强度先升高后降低 ， 后期强 度一直提高 ， 同时由该减水剂配制的碾压混凝土表现出优异的耐久性能。 同时建立起“ 环境温度、 减水剂掺量与凝结时间” 和“ 环 境温度 、 H N P的量与凝结时间” 两种关系曲线 ， 为大坝碾压混凝土缓凝高效减水剂的开发及应用提供了参考数据及依据。 关键词： 缓凝可控 ；碾压混凝土；经时损失 ；动态调整 中图分类号： T U 5 2 8 ．0 4 2 - 3 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 1 4 4 — 0 4 P r e p a r a t i on o f t h e c o n t r ol l a b l e r e t a r di n g s u p e r pl a s t i c i z e r a n d i n f l u e n c e o f t h e r o l l e d - c o m p a c t e d c on c r e t e p e r f o r ma n c e WE NJ i n — b a o ， L OY i n ， T ANGXi u — s h e n g ， GAOXi n — x 抽 ， Z HUYe — r 肋 ‘ ， HU ANGGu o — h o n g ( 1 ． R u i d i A d v a n c e d T e c h n o l o g y L t d ． ， C o mp a n y ， N a n j i n g H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i tu t e ， N a n j i n g 2 1 0 0 2 4 ， C h i n a 2 ． Q i n h u a i R i v e r i n Na n j i n gC i t yo f R i v e r D i k e Ma n a g e m e n t S e r v i c e ， N anj i n g 2 1 0 0 1 2 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： F ou r r a w ma t e r i a l s we r e s e l e c t e d a nd d e s i g n e d b y f un c t i o na l c o mp o u n d i n g ． Th e c o nt r o l l a bl e r e t a r d i n g s up e r pl a s t i c i z e r wa s p r e p a r e d． An d t h e t e ma r y c o mp o un di n g wa s r e a l i z e d bo t h the wa t e r r e d uc t i o n and the r e t a r d i ng ． Th e r e t a r d i ng wa s c o nt r o l l e d by t h e d y n a m— i c c h a n g e s o f t h e HNP．And t h e r o l l e d — c o mp a c t e d c o nc r e t e pe r f o r ma n c e wa s s tud i e d b y a d d i n g t he r e t a r d i n g s u pe r p l a s t i c i z e r ． Th e r e s ul t s s h o we d t ha t t h e VC v a l u e r e d uc e d a n d t h e s e t t i n g— t i me p r o l o n g s a n d t h e l o s s d e c r e a s e s a n d the e arl y s t r e ng t h fir s t i n c r e a s e d the n d e c r e a s e d and the l a t e s t r e n gth i n c r e a s e d a l wa y s wh e n the d o s a g e o f t h e r e t a r d i n g s u p e r p l a s t i c i z e r wa s i n c r e a s e d ． T h e r o l l e d c o mp a c t e d c o n c r e t e wi th t h e r e t ardi n g s up e r pl a s t i c i z e r h a d t he e x c e l l e n t d ura bi l i t y ． At the s a me t i me ， t wo c ur ve s a mo n g t h e t e mpe r a t u r e， d o s a g e of t h e r e t a r d i n g S U— p e r pl a s t i c i z e r ， s e t t i n g — t i me a n d a mo ng t he t e mp e r a t u r e， a mo un t o f HNP， s e tti n g — t i me a r e e s t a b l i s h e d ． An d t he y p r o v i de the r e f e r e nc e d a t a a nd b a s i s f o r s t ud y a n d a p p l i c a t i o n o ft he r e t a r d i n g s u p e r p l a s t i c i z e r i n the r ol l e d — c o mp a c t e d c o nc r e t e Ke y wo r d s ： c o n t r o l l a b l e r e t a r d i n g ； r o l l e d — c o mp a c t e d c o n c r e t e ； g r a d u a l l o s s ； d y n am i c a d j u s t me n t 0 引言 水力发 电是一种清洁能源 ， 可以取代化石燃料和核能 ， 成为今后社会可持续发展的主要能源之一 ， 开发水电是人 类共同的目标 。 水 电的开发利用离不开大坝建设 ， 大坝在防 洪 、 灌溉 、 供水和航运 等方面起 到了不可替代的作用 。 大坝 建设 的发展不仅促进 了国家经济 的发展 ， 同时有利于社会 可持续发展。 大坝建设离不开混凝土材料 ， 混凝土材料 的质 量直接影响大坝的安全与耐久性 。 大坝碾压混凝土具有大体积混凝土的特点， 因此必须 很好 的控制混凝 土水化 温升以降低混凝土 出现裂缝 的几 率 。 目前国内对混凝土水化温升研究有不少[ - 2 ]报道 ， 研究结 果表明由混凝土材料本身来控制温升的措施主要有两个 ， 一 是降低水泥用量 ， 提高掺合材用量 ， 二是通过添加缓凝材 料来延缓水泥水化温升从而降低温峰。 缓凝高效减水剂的 收稿 日期：2 0 1 2 - 0 9 — 0 2 1 44 减水性能在降低胶凝材料 的同时又保证了混凝土的工作性 以及强度 ， 缓凝性能则可以推迟混凝土凝结时间， 使碾压混 凝土层 面保持“ 新鲜” 状态 ， 以防产生冷缝 。 而这些要求正是 大坝碾压混凝土层 间结合所需要的 ， 尤其在高温环境下施 工时更需要保证大坝碾压混凝土 的初凝 时间 ， 对于解决高 温环境下大坝混凝土施工 的应用研究有不少报道 。 大坝碾压混凝土 的施工经常贯穿于一年四季 ， 因此对 缓凝高效减水剂的缓凝要求也就不尽相同。 同时为便于运 输和降低成本 ， 应用于大坝碾压混凝土中的缓凝高效减水 剂主要采用粉剂的形式 ， 缓凝高效减水剂到达工地后 由施 工单位将其按照一定比例溶解于水后掺入混凝土中。 对于 粉剂产 品 ， 在设计缓凝时 ， 为了延长凝 结时间则需要增大 缓凝组分的量 ， 导致配合比中减水组分的量相应降低 ， 使得 产品减水效果降低 ， 为了达到原有的减水效果 ， 则需要提 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高减水剂掺量 ， 即增加混凝土成本 。 因此有必要针对大坝碾 压混凝土 的技术特点 ， 研制 出一种缓凝 可动态调整 、 减水 效果基本不受影响的缓凝高效减水剂 ， 并进一步研究其对 大坝碾压混凝土性能的影响 。 1 原材料 和试验方法 1 ． 1 原材料 ( 1 ) 胶凝材料 ： 畅达 P O4 2 ． 5 级水泥 ， 典 性能分别见表 1 ， 安顺 I I 级粉煤灰 ， 品质分别见 表 2 。 由表中结果 可见 ， 水泥 具有较好的强度富余， 同时水化热达到中热水泥的要求。 粉 煤灰的需水量 比和细度均达到了 I 级指标 ， 表现 出了较好的 品质性能。 ( 2 ) 外加剂 ： 高效减水剂 F D N， 南京瑞迪 高新技术有限 公司 ； 普 通减水剂 M、 普通减水 剂 T 、 多 羟基 羧酸盐 H N P 和引气剂 H K． A， 南京浩克斯科技有限公 司。 1 ． 2试 验 方 法 试验参照标准 ： D L ／ T 5 1 5 0 --2 0 0 1 《 水工混凝土试验 规程》 ； D L ／ T 5 1 0 0 -- 1 9 9 9 ( 水工混凝 土外 加剂技术规程》 ； G B 8 0 7 6 --2 0 0 8 ( 混凝土外加剂》 ； G B ／ T 8 0 7 7 --2 0 0 0 ( 混凝 土外加剂匀质性试验方法》 。 表 1 水泥物理力学眭能检测结果 2试验结果与讨论 2 ． 1 缓凝 可控 型 高效减水剂制备 2 ． 1 ． 1 M 与 T及 F D N与 H N P复配合 比方案 首先对 M 与 T进行复配 ， 即以 T按一定的比例取代 M 进行复配 ， 此处 T的取代 比例为 O 、 2 5 ％、 5 0 ％、 7 5 ％和 1 0 0 ％， 掺量 均为 0 ． 4 ％， 净浆流动度试验结 果见图 1 ； 其次对 F D N 与 H N P进行复配 ， 同样以 H N P按一定 的比例取代 F D N进 行 复配 ， 此 处 H N P的取代 比例为 0 、 5 ％、 1 0 ％、 1 5 ％、 2 0 ％和 2 5 ％， 掺量均为 0 ．7 ％， 净浆流动度试 验结果见图 2 。 T的取代 百分含 量 ／ ％ 图 1 T的取代比例对净浆流动度的影响 由图 1 可见 ， 当 T的取代 比例从 0 递增到 1 0 0 ％时， 初 始净浆流动度从 1 8 5 m m 降低到 1 7 5 m m， 且经时损失有所 改善 ， 结果表明 M 的减水效果稍好于 T ， 但相差不大 ， 可见 ， 两者 以任意 比例复配对减水效果影 响不 大。 由图 2可见 ， 当 H NP 取代比例为 5 ％时 ， 初始净浆流动度增加较多 ， 取代 比例为 5 ％～ 2 0 ％时 ， 初始净浆流 动度相差不大 ， 取代 比例 继续递增到 2 5 ％时 ， 初始净浆流 动度 降低幅度加大 ， 且经 时损失随 H NP取代 比例递增而有较大改善 ， 结果表明 H N P 与 F D N复配时具有较好 的辅助 塑化效应 ， 且取代 比例在 5 ％ 2 0 ％范围内时， 初始净浆流动度变化不明显 ， 可见 ， H N P 取代 比例在 5 ％～ 2 0 ％范围内与 F D N任意 比例复配对减水 吕 吕 、 需 媛 0 5 l U l 5 20 25 H NP 的取代百 分含量 ， ％ 图 2 H N P的取代比例对净浆流动度的影响 效果影响不大 。 2 ． 1 ． 2 F D N与 M 的复配合 比方案 F D N与 M 复配时， 此处 M 的取代比例为 0 、 1 0 ％、 2 0 ％、 3 0 ％、 3 5 ％、 4 0 ％和 4 5 ％， 掺量均 为 0 ． 7 ％， 净浆流动度试验结 果见 图 3 。 由图 3 可见 ， 当 M 取代 比例递增时， 初始净浆流 动度先 增大后降低 ， 取代 比例为 3 5 ％时出现 拐点 ， 且经 时 损失规律与初始流动度规律基本一致 ， 结果表明， M 取代 比 例为 3 5 ％时减水效果最好 。 0 l U Z U j U 4U U M的取 代百 分含量 ， ％ 图 3 M的取代比例对净浆流动度的影响 2 ． 1 ． 3 缓凝可控型高效减水剂复配合 比方案的确定 基于上述试验结果 ， 缓凝可控型高效减水剂 由两个复 配体系共同组成 ： 一个体系是 M+ T ， 总百分含量为缓凝可控 型减水剂的 3 5 ％， 两种组分可以根据现场大坝碾压混凝土技 1 45 m∞ 舳 ∞如如∞加 瑚 m 啪 m啪 目Ⅱ v 稃堞 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 术要求以任意比例的形式复合， 复合之后产品不影响减水效 果 ， 却对缓凝效果有较大影响； 另一个体系是 F D N + H N P ， 总 百分 含量为缓凝可控 型高效减水剂 的 6 5 ％， H N P的百分 含量 为 F D N + H N P总量 的 5 ％～ 2 0 ％， 可以根据需要在该范 围进行任意比例复合 ， 复合之后 的产品同样不影响减水效 果 ， 但对缓凝效果有非常大的影响。 可见 ， 此处的 T和H N P 此处选定配合 比比例为 F D N： H N P ： M： T = 5 9 ： 6 ： 2 0 ： 1 5 为基础 配合比进行后面的试验。 2 ． 2 基础 配合 比的混凝土性能检 测结果 试验对基础配合 比按 G B 8 0 7 6 - - 2 0 0 8 P1 0 3结 论 通过上述试验结果与分析可以得 出以下结论 ： ( 1 ) 该缓凝可控 型高效减水剂在低掺量时具备优异 的 性能 ， 主要表现为高减水 、 高缓凝及低泌水 。 ( 2 ) 随着缓凝可控 型高效减水 剂掺量 的提高 ， 碾 压混 凝土 V C值 降低 ， 含气量变化不 大 ， 表 明碾压混凝 土减 水 效果随减水剂掺量的提高而增大 ， 同时减水剂本身对碾压 混凝 土的含气量基本没什么贡献。 ( 3 ) 通过 V C值经时损失可以看 出， 随着缓凝高效减水 剂掺量的提高， 其大坝混凝土的工作度保持性能逐渐增强。 下转第 1 5 1 页 1 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 ． 3 超 声 一回弹综合 法测强曲线 回归结果可知 ： 多项式 函数 、 线性 函数 、 幂 函数 、 指数 函数 四种 回归公式 ， 相关系数分别 为 0 ． 9 6 、 0 ． 9 5 、 0 ． 9 3 、 0 ． 9 3 ， 平均相对误差 ( 分别 为 4 ． 3 0 ％、 4 ． 4 0 ％、 5 ． 5 0 ％、 5 ． 6 ％， 相对 标准差 ( e ) 分别 为 5 ． 7 O ％、 6 ． 1 0 ％、 7 ． 3 2 ％、 7 ． 5 4 ％， 超声一 回弹 规程 的平均相对误差 为 2 2 ． 9 ％， 相对标准差为 2 4 ． 4 4 ％。 表 5 超声波、 回弹值与强度的二元回归结果 公式 1 2 3 4 回归公 式 产 一 3 1 1 ． 2 3 4 + 1 2 8 ． 1 9 v -1 3 ．0 6 3 v Z + 1 ． 5 4 8 R- 0 ． 0 1 5 6 R ： = - 5 5 ．9 4 7 + 1 5 ． 5 4 8 v + 0 ．6 3 3 R 产 0 ． 1 0 7 v 产 1 ． 8 4 4 《 超声一 回弹综合法法检测混凝土强度技术规程》 中规 定 ： 地区测强曲线平均相相对标准差 ( e ) 不应大于 1 4 ％。 专 用测强 曲线相对标准差 ( e ) 不应大于 1 2 ％。 从表 5 可 以看 出， 超声一 回弹规程统一测强曲线对腐蚀后 的隧道衬砌混凝 土进行强度换算换算 时 ， 平均 相对误 差 、 相对标准差分别 为 2 2 ． 9 ％、 2 4 ． 4 4 ％， 远超过规范的精度规定值 ， 说明规范统一 测强 曲线对腐蚀后隧道衬砌混凝土强度检测已经不适用。 从数据得出超声 。 回弹综合法 回归与单参量法 回归相 比， 综合法 回归效果 明显提高 ， 原 因是 回弹值 、 超声波波速 等单参量对混凝土强度描述时 ， 某些影响 因素会偏高或偏 低。 因此 ， 综合法回归公式可以使超声法 、 回弹法等单参量 回归公式相关性 、 平均相对误差 、 标准差得到一定 的补偿 。 理论分析上 ， 综合法 回归测试精度 比单一参量 回归测试精 度高 ， 本试验结果与此相符 。 隧道衬砌混凝土受硫酸盐腐蚀 后的综合 回归曲线看 出， 多项式 函数与线性函数 型回归公 式较好 ， 若考虑精度 ， 建议选用多项式 回归测强 曲线 。 若考 虑计算实际应用简便 ， 建议选用线性回归测强曲线 。 4结 论 通过 隧道衬砌混凝土 干湿交替 加速腐 蚀后抗压 强度 与无损检测试验 ， 得 出以下结论 ： ( 1 ) 隧道衬砌混凝 土在氯化镁溶液 中的干湿交替腐蚀 上接第 1 4 7页 ( 4 ) 在同一环境温度情形下 ， 随着缓凝 可控型高效减 水剂掺量的提高 ， 大坝混凝土凝结时间呈现延长趋势 ， 且环 境温度对大坝混凝土凝结 时间影响较大 ， 在 同掺量的情形 下 ， 随着温度 的升高 ， 碾压混凝土凝结时间大大缩短 ； 同时 在环境温度一定 时 ， 随功能组分 H N P百分含量的提高 ， 碾 压混凝土凝结时间延长 ， H N P百分含量一定时 ， 碾压混凝土 凝结时间随环境温度升高而大大缩短 。 ( 5 ) 掺缓凝可控 型高效减水剂 的大坝混凝 土具有非 常 好的强度 富余性能及 良好 的变形性能 。 ( 6 ) 缓凝 可控型高效减水剂 与引气剂的联掺使得碾压 混凝土具有优异的抗冻性能及抗渗透性能。 参考文献： [ 1 ]詹树林 ， 钱晓倩 ， 王章夫 ， 等． 复合膨胀掺合料对水化热 和混凝 试验 中， 强度下降趋势显著 ， 混凝土受损严重 。 ( 2 ) 隧道衬砌 混凝 土受氯化镁腐蚀后 的破损 参量 ( 抗 压强 度 ) 与无 损参量( 回弹值 、 超声波波速 ) 有 良好 的回归 关 系 ， 现有无 损检测 规程中测强曲线的误差精度 ， 无法满 足隧道衬砌混凝土受硫酸盐腐蚀后 的强度检测 。 ( 3 ) 考虑精度要求的沈 阳地铁隧道衬砌混凝土受氯化 镁腐蚀后的超声法测强 曲线为 ： 户一 4 3 6 ．2 + 1 9 8 ． 8 3 v 一 1 9 ． 7 0 9 v ， 回弹法测强曲线为 ：f = 5 o ． 9 6 6 — 2 ． 6 7 5 R 一 0 ． 6 0 2 R 。 ， 超声一 回弹 综合法测强曲线为 ： 户一 3 1 1 ． 2 3 4 + 1 2 8 ． 1 ％一 1 3 ． 0 6 3 1 ． 5 4 8 R 一 0 ． 01 5 6 R 。 ( 4 ) 可 以通过沈 阳地铁隧道腐蚀后隧道衬砌混凝土钻 心取样的抗压强度和回归公式的强度对 比分析 ， 对 以上三 种公式进一步修正 ， 最后确定一个符合实际隧道工程强度 检测的公式 ， 从而把它选为沈阳地区地铁隧道衬砌混凝土 腐蚀后 的回弹测强 曲线。 参考文献： [ 1 ]唐克旺 ， 吴玉成 ， 侯杰． 中国地下水质现状和污染分析【 J J ． 水资源 保护 ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 3 ) ： 1 - 8 ． [ 2 ]2 唐克旺 ， 侯杰， 唐蕴． 中国平原地区地下水化学特征『 J 1． 水资源保 护 ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 2 ) ： 1 - 5 ． [ 3 ]尹正风． 宁夏地区混凝土腐蚀机理与治理研究[ D ] ．沈阳 ： 东北大 学 ， 2 0 0 6 ． [ 4 ]C RA MMOND N． T h e o c c u r r e n c e o f t h a u ma s i t e i n mo d e m c o n s t r u e - t i o n a r e v i e w [ J ] ．C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e ， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 4 ) ： 3 9 3 ． [ 5 】5 王坤． 青岛地铁高性能衬砌混凝土试验研究[ D ] ． 青岛： 青岛理工 大学 ， 2 0 1 0 ． 【 6 ]邓涛． 基于超声回弹综合法的公路隧道混凝土衬砌的强度检 测I J 1． 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 1 2 ) ： 8 0 — 8 4 ． [ 7 ]梁惕 平． 超声波检测混凝土构件内部缺 陷数据处理研究[ D ] ． 南 昌 ： 江西理工大学 ， 2 0 0 9 ． [ 8 】吴惠敏． 新编混凝土无损检测技术【 M ] ．] E 京 ： 中国环境出版社， 2 0 0 1 ． 【 9 】张立春． 东 北大学综合科技楼现浇混凝土无损检测研究[ D ] ． 沈 阳： 东北大学 ， 2 0 0 6 ． 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 赵金祥 ( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 高级工程师， 从事土木工程。 沈阳市沈河区敬宾街 3 - 1 中铁九局有限公 司科技部 ( 1 1 0 0 1 3 ) 0 2 4— 62 0 4 3 1 95 土温升的影响f J 1 ．材料科学与工程 ， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 2 2 — 2 5 ． [ 2 ]何廷树 ， 申富强 ， 王福川 ， 等 ． 复合使用高效减水剂与对水泥水 化历程的影响f J 】 ．硅酸盐学报， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 7 9 6 — 8 0 0 ． 【 3 1吴湘建 ， 谢世佑． 高效缓凝减水剂在思林水 电站碾压混凝土高 温季节施工中的应用f J 1 ．贵州水力发电 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 3 3 — 3 6 ． 【 4 ] 毛良喜 ， 慕儒 ， 黄允宝 ， 等． 高温超缓凝碾压混凝土『 J 】 ．江苏建筑 ， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 5 3 — 5 4 ． [ 5 】ME H T A P K ． 混凝土结构性能和材料【 M] ． 祝永年 ， 等译． 上海 ： 同 济大学 出版社 ， 1 9 8 3 ： 4 4 ． 作者简介 联系地址： 联系电话 ： 温金保 ( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 高级工程师 ， 主要从事高性能混 凝土及混凝土外加剂的研究与开发。 南京市虎踞关 3 4 号 ( 2 1 0 0 2 4 ) 1 3 7 7 05 42 9 2 6 1 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m