略說砼外加劑添加的研究方法和結(jié)果
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1壓蒸養(yǎng)護(hù)高強(qiáng)砼的存在問題
高砼管樁采用蒸壓釜的壓蒸養(yǎng)護(hù)工序，每m3砼需用標(biāo)準(zhǔn)煤40kg，釋約100kgCO2，以年產(chǎn)300萬m的一個中型管樁廠為例，其中蒸壓釜的壓蒸養(yǎng)護(hù)就需要耗煤1.6萬t，釋放的CO2高達(dá)4萬多t，這是一個巨大的污染源。壓蒸養(yǎng)護(hù)對砼性能的不利影響壓蒸養(yǎng)護(hù)砼的孔隙率比普通養(yǎng)護(hù)砼的孔隙率大，而且大孔含量也多?？紫堵试龃蟮脑虺隧胖杏坞x水和吸入空氣的體積受熱增大外，還有一個重要的原因就是，水泥中C3A和C4AF水化生成的水化硫鋁酸鈣（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）晶體在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)而體積縮小，不僅增加了孔隙率，也失去了膠凝。壓蒸養(yǎng)護(hù)生成的新生物分散度低，比表面積小，結(jié)晶水化物變粗，致使連生體中的連生接點(diǎn)數(shù)量減少，其膠結(jié)性能下降。蒸壓釜排氣及其內(nèi)部壓力降至大氣壓時，壓力降幅要求較高，如果操作不當(dāng)，往往會使砼內(nèi)部“沸騰”起來。由于激熱的氣化產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，易發(fā)生一些微裂縫甚至肉眼可見裂縫而導(dǎo)致砼強(qiáng)度下降。由于上述原因，普通砼（摻磨細(xì)硅砂粉除外）經(jīng)壓蒸養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度比常規(guī)條件養(yǎng)護(hù)（標(biāo)養(yǎng)）的強(qiáng)度要低。因此，最大限度地提高水泥的水化程度和合理的養(yǎng)護(hù)制度是確保砼管樁等高強(qiáng)砼構(gòu)件質(zhì)量的關(guān)鍵之一。蒸壓釜是一種用于完成砼的物理、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)容器。蒸壓釜的制造、安裝和使用等都有一套嚴(yán)格的要求。如果使用不當(dāng)或稍有疏忽，易發(fā)生事故。
2高強(qiáng)免壓蒸砼復(fù)合礦物外加劑的研制
2.1復(fù)合礦物外加劑的研制
粉煤灰（FA）：用Ⅰ級干排灰和Ⅱ級干排灰作對比試驗，Ⅱ級粉煤灰的強(qiáng)度明顯低于Ⅰ級粉煤灰，即使增加硅粉用量，強(qiáng)度仍偏低，因此復(fù)合礦物外加劑宜用Ⅰ級粉煤灰。礦粉（GGBS）：根據(jù)《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》的標(biāo)準(zhǔn)檢驗，目前市場上都以生產(chǎn)S95級為主。硅粉（SF）：有微硅粉和硅微粉兩類，統(tǒng)稱為硅粉，事實上二者是有差別的。微硅粉是鐵合金在冶煉硅鐵和金屬硅時回收的副產(chǎn)品，價高且數(shù)量少。硅微粉是由天然石英或熔融石英（經(jīng)高溫熔融、冷卻后的非晶態(tài)SiO2）經(jīng)粉磨而成的微粉，呈灰色或深灰色，目前市場上多以硅微粉為主，SiO2含量較高，價格低，經(jīng)過選用市場上幾種硅粉（硅微粉）與微硅粉作對比試驗驗證后，最終選取T-2硅微粉。激發(fā)劑：是一種天然礦物，材料來源廣。上述4種原料中，主要以礦粉和粉煤灰為主，而硅粉和激發(fā)劑的用量較少。經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化組合，確定了復(fù)合礦物外加劑的配合比例，經(jīng)過精確計量并經(jīng)機(jī)械混合均勻，生產(chǎn)了一種復(fù)合礦物外加劑（粉劑）。高效減水劑：高強(qiáng)砼既離不開礦物外加劑，也離不開高效減水劑，經(jīng)過選用多種減水劑作對比試驗，聚羧酸高效減水劑較好，但是一般的聚羧酸減水劑不大適應(yīng)砼的蒸養(yǎng)要求，只能在砼終凝后再蒸養(yǎng)。雖然也有能滿足蒸養(yǎng)條件的聚羧酸類減水劑，但其效果不甚理想，經(jīng)過改進(jìn)，研發(fā)了一種較為適合與復(fù)合礦物外加劑搭配使用的專用聚羧酸類減水劑。
2.2試驗方法
每次拌料10~15L，砼坍落度一般控制在3~5cm，用10cm×10cm×10cm塑料試模成型。試件的養(yǎng)護(hù)制度砼試件成型后先于室內(nèi)常溫放置，靜停4~6h帶模仿照蒸氣養(yǎng)護(hù)條件（試件放入鐵皮盒內(nèi)，盒底部放少量水，試件上部蓋上濕布，再用塑料布將養(yǎng)護(hù)盒復(fù)蓋后放入養(yǎng)護(hù)箱加熱養(yǎng)護(hù)）。養(yǎng)護(hù)制度：室溫45℃，升溫及恒溫共30min；45℃65℃，升溫及恒溫30min；65℃85℃，升溫及恒溫30min，恒溫85±2℃，6h，降溫1h。2.2.3砼試件強(qiáng)度測定試件從養(yǎng)護(hù)箱中取出后，放置自然冷卻至常溫，然后測定其抗壓強(qiáng)度。
3應(yīng)用性試驗
在試生產(chǎn)之前，先試配砼，水泥為小野田P·Ⅱ52.5，砂、石料取自東浦管樁廠的生產(chǎn)用料。試件放入管樁廠的蒸氣養(yǎng)護(hù)池內(nèi)隨同管樁一起蒸氣養(yǎng)護(hù)，升溫（升至85℃）1.5h，恒溫（85℃）4h左右，根據(jù)摸擬試驗結(jié)果，蒸養(yǎng)6h強(qiáng)度較好，但在生產(chǎn)線上會影響到正常生產(chǎn)，因此采用了二次蒸養(yǎng)的養(yǎng)護(hù)方可以看出，復(fù)合礦物外加劑與南京友西公司研發(fā)的專用聚羧酸高效減水劑匹配，得到較好的效果，砼試件的強(qiáng)度超過了C80的規(guī)定要求。選用G#配合此在生產(chǎn)線上試生產(chǎn)管樁。用攪拌棒配料，先后制作了Φ400×95×10m管樁2支，其布料工藝性能良好，達(dá)到了預(yù)期目的。
4結(jié)果及討論
4.1小結(jié)
經(jīng)過反復(fù)的優(yōu)化試驗研究，用Ⅰ級粉煤灰、S95礦粉、硅微粉和激發(fā)劑等組成配制成復(fù)合礦物外加劑，與南京友西公司研制的專用聚羧酸類減水劑配合，用于制造高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力砼管樁，只要經(jīng)蒸氣養(yǎng)護(hù)（85℃）6h，砼強(qiáng)度可達(dá)到C80以上，這樣可免去目前管樁生產(chǎn)中的壓蒸工序，不僅降低了能耗，縮短了生產(chǎn)周期，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量。復(fù)合礦物外加劑的成本不高且低于P·Ⅱ52.5水泥，可免去壓蒸工序，其綜合成本低，具有明顯的社會經(jīng)濟(jì)效益。
4.2免壓蒸工藝的優(yōu)越性
采用復(fù)合礦物外加劑，適合高強(qiáng)砼構(gòu)件的免壓蒸技術(shù)，不僅節(jié)約了能源，降低了CO2的排放量，改善了砼的結(jié)構(gòu)與性能，還有效消除了蒸壓釜所存在的安全隱患。降低了建廠投資及其日常維護(hù)費(fèi)用蒸壓養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)裝置由蒸壓釜、鍋爐、擺渡車、軌道車、小車驅(qū)動裝置、消音器及管路測試儀表控制裝置等組成，占設(shè)備投資的比例較高，日常維護(hù)的費(fèi)用也不低。磨細(xì)硅砂粉因嚴(yán)重的污染問題，已很難繼續(xù)使用，因此蒸壓釜的作用將越來越小?？s短了生產(chǎn)周期砼管樁等高強(qiáng)砼構(gòu)件，過去采用的蒸壓釜壓蒸工序，包括裝車進(jìn)釜、升溫、恒溫、降溫和出釜卸車等工序，整個操作過程一般需要11h或以上。采用免壓蒸之后，整個生產(chǎn)周期可以大大縮短。改善了生產(chǎn)環(huán)境砼管樁的成型采用了離心工藝，約有100kg/m3廢漿流出，廢液中固相物約為60%，主要組成為水泥、礦物摻合料、減水劑等，這種廢液是砼管樁廠的一大污染源。對這種廢液的處理，目前常用的方法為：用廢液配制砼、廢液外運(yùn)作為制磚原料，待廢液硬化后以固體廢料清理。廢液中雖然含有較多的水泥組分，但是這種離心出來的水泥已經(jīng)發(fā)生了水化反應(yīng)，廢液的停放時間越長，其活性越低，因此廢液中的水泥已不能當(dāng)作膠結(jié)料使用。這也是用廢液配制砼強(qiáng)度不穩(wěn)定的原因所在。采用復(fù)合礦物外加劑和與之相匹配的高效減水劑之后，砼的水膠比較低，離心分離出來的廢液大幅度減少，大大改善了生產(chǎn)環(huán)境。復(fù)合礦物外加劑除可用于免壓蒸高強(qiáng)砼的生產(chǎn)外，還可用于需要蒸氣養(yǎng)護(hù)的砼構(gòu)件的生產(chǎn)，如地鐵管片、裝配式房屋構(gòu)件等，因此具有較廣闊的應(yīng)用前景。
作者：盛思仲 金衛(wèi)華 陳坤明 胡金雙 王曉芳 單位：南京友西科技有限責(zé)任公司