应用聚羧酸系高性能减水剂生产管桩关键工艺控制.pdf

2 0 1 2 年 第 5 期 总 第2 7 1期J Nu mb e r 5 in 2 0 1 2 T o t a l No 2 7 1 混 凝 土 Co n cr e t e 实用技术 PRACTI CAL TE CHNOLOGY d o i 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 3 9 应用聚羧酸系高性能减水剂生产管桩关键工艺控制 黄红建 1 赖兆琼 谢俊锋 陈锦光 1 江门市强建新型建材研发中心 广东 江门 5 2 9 0 0 0 2 江门市新三联管桩有限公司 广东 江门 5 2 9 0 8 0 3 江 门强力建材科技有限公司 广东 江门 5 2 9 0 7 5 摘要 聚羧酸 系高性能减水剂与管桩生产 中传统使用 的萘系高效减水剂相 比具有更 优异的性 能 但应用时必须对管桩原生产工艺作 调整 对聚羧酸高性能减水剂在管桩生产中应用的关键工艺控制及应用中出现问题的解决方法作了详细的阐述 关键词 聚羧酸高性能减水剂 管桩生产 关键工艺 中图分类号 T U5 2 8 0 4 2 2 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 1 2 3 0 3 Cont r ol o f k e y pr o c e s s a bou t t h e pr oduct ion o f PHC pil e which a ppl y high pe r f o r ma nce pol y car bo x yl et e con cr e t e a dm i x t ur e s HU n GHo n g j i a n 1 2 L AI Z h a o q i o n g 2 XI EY u n f e n g C HE NJ i n g u a n g 1 J i a n g me n Qi a n g j i a n Ne wT y p e C o n s t r u ct io n Ma t e r i a l s Re s e a r ch a n d De v e l o p me n t C e n t e r J i a n g me n 5 2 9 0 0 0 C h in a 2 J i a n g me n Xi n s a n l i anP i l e C o r p o r a t i o n J i a n g me n5 2 9 0 8 0 C h i n a 3 J i a n g me n Qi a n g l iC o n s t r u ct i o n Ma t e ria l S ci e n ce a n d T e ch n o l o g y C o r p o r a t i o n J i a n g me n5 2 9 0 7 5 C h i n a Ab s t r a c t C o mp a r e d wi t h n a p h t h a l e n e h i e ff e ct i v e co n cr e t e a d mi x t u r e u s e d i n the p r o d u ct i o n P HC p i l e t h e h i 曲p e rf o r ma n ce p o l y ca r b o x y l a t e co n cr e t e a d mi x t u r e s h a s mo r e e x ce l l e n t p e rf o r mance B u t t h e o rig i n a l p r o ce s s o f p r o d u ct i o n mu s t b e a a j u s t e d R e l a t e s the co n t r o l o f k e y p r o ce s s a n d the wa y t o s o l v e a p p l ica t io n p r o b l e ms a b o u t t h e p r od u ct io n o f PHC p il e wh ich a p p l y h ig h pe rfo r mance p o l y ca r b o x y l a t e co n cr e t e a d m ix t u r e s Ke y w or ds p o l y ca r bo x yl a t e co n cr e t e a dm ix t u r e s pr o d u ct io n o fP HC pil e ke ypr o ce s s 0 引言 一 直以来我国的预应力高强混凝土管桩 P HC 生产基 本都是使用萘系减水剂 萘系减水剂为管桩的技术发展作 出 了巨大贡献 但是萘系减水剂在近年的混凝土技术发展中也 暴露出一些 自身难以克服的问题 其配制的混凝土坍落度损 失显著 减水率的进一步提高受到限制 配制 的混凝土不适 合于复杂地质条件特别是对混凝土有耐久性和耐腐蚀性要 求的工程使用 其主要原料萘在合成过程会给环境造成污染 等 为此国外从 2 0世纪 8 0年代以来积极研究和开发非萘系 高效减水剂 其中最为突出的是聚羧酸系减水剂 这类新型 减水剂是一种绿色环保型减水剂 具有低掺量 高减水率 高 流动性 适应性好 坍落度损失小 配制的混凝土具有良好耐 久性和抗腐蚀性能以及生产过程环保等优点 其性能和使用 效果明显超过萘系减水剂 故被称为第三代减水剂 在国外 尤其在 日本等国家得到广泛应用 开创了减水剂和混凝土技 术新时代 聚羧酸系减水剂逐渐取代萘系减水剂将成为混凝 土外加剂技术发展和进步的趋势 随着管桩新标准对管桩的 耐久性提出了更高要求 用聚羧酸系高性能减水剂生产耐久 性等级更高的 P HC管桩是行业的一种发展方 向 我公 司从 2 0 0 8年起开始对聚羧酸高性能减水剂如何在管桩生产中应 用进行研究 2 0 0 9年开始全面应用聚羧酸减水剂生产 P H C管 桩 管桩的质量得到很大的提升 企业取得明显的经济效益 收稿 日期 2 0 1 1 1 1 1 6 由于聚羧酸高性能减水剂与萘系减水剂应用于混凝土中 的工作性能有较大差异 生产管桩时 生产工艺必须要相应调 整 才能充分发挥其性能 更利于管桩工业化生产 1 混凝土配合 比调整 1 1 混凝土中减水剂的掺量确定 聚羧酸系高性能减水剂在混凝土中的掺量可以通过水泥 净浆流动度的试验方法来确定 在管桩生产中 应用萘系减水剂 的掺量一般为 0 6 0 0 6 5 固体掺量 所取得的水泥净浆流 动度大于2 3 0 mn l 应用聚羧酸系减水剂掺量的标准同样为水泥 净浆流动度大于 2 3 0 i n m 表 1 2分别为萘系减水剂和聚羧酸 系减水剂在不同掺量时的水泥净浆流动度 表 1 萘系QL 一 5高效减水剂不同掺量时的水泥净浆流动度 从表 1 2的试验数据可确定 当聚羧酸减水剂在混凝土的 l 2 3 表 2 聚羧酸 Q L P C 5 高性能减水剂在不同掺量时的净浆流动度 配合比设计中的掺量 0 1 8 时 则可达到掺 0 6 5 萘系减水剂 的流动度性能 从混凝土的工作性能和生产成本来考虑 其最 佳掺量为 0 1 8 0 2 1 2 混凝土中胶凝材料的用量 管桩生产中 为保证管桩生产混凝土有较好的工作性能及 满足混凝土的强度要求 应用萘系减水剂的混凝土胶凝材料总 量一般为 4 7 0 4 8 0 k 但在同样的胶凝材料用量下应用聚羧 酸减水剂进行生产时 则出现混凝土发黏 流动性能较差 管桩 生产布料很难操作 管桩离心后管桩内壁不坚实以及管桩余浆 呈糊状且很难倒出等问题 其原因在于聚羧酸系减水剂具有独 特的梭型分子结构 通过绒毛状侧链形成的强烈空间位阻作用 使水泥得到良好持久的分散效果 这正是聚羧酸系减水剂相对 于萘系减水剂而言具有掺量低 减水率高的优点 所以为了让 掺聚羧酸减水剂的混凝土与掺萘系减水剂的混凝土具有一样 的工作性能 混凝土配合比也要作适当的调整 调整的思路有 在混凝土的胶凝材料相同情况下 通过调整减水剂掺量 取 得混凝土性能相近的水灰比 调整胶凝材料用量 通过大量 的混凝土试验和生产应用 在原掺萘系减水剂的混凝土配合 比基础上 减少胶凝材料用量 6 8 来进行配合比调整 在 混凝土搅拌时适当延长搅拌时间2 0 4 0 S 来取得较好的效果 混凝土的流动性 和易性好 不发黏 易于管桩的喂料操作 管桩离心效果好 余浆的成分与掺萘系的相差不大 混凝土 强度也有保障 2 管桩 离心工艺 掺聚羧酸系减水剂生产的管桩离心工艺与萘系的基本一 致 只是在离心工艺的中 低速时间稍有调整 通常管桩离心在 第二阶段时混凝土开始贴附在管模内壁 因混凝土仍处于流态 在离心力和管模的振动作用下 混凝土里气泡能充分地挤出 而掺聚羧酸减水剂的混凝土含气量比掺用萘系减水剂的高 如 果在这阶段的离心时间不充分 升速过快则气泡在挤出过程会 汇集成大气泡 大气泡与混凝土骨料运动方向相反 气泡会阻 碍一部分骨料向外附壁运动 造成会有少部分的石子在离心过 程中无法嵌入混凝土而留在管桩余浆里 所以适当延长管桩 中 低速的离心时间 则使大部分大气泡在此阶段挤出混凝土 而少部分直径小的气泡则在中高速升速离心段挤出混凝土 令 混凝土更加致密 3 管桩的初级蒸养工艺 3 1 初级蒸养工艺的控制 影 响聚羧酸系减水剂应 用于管桩生产 的另一关键 工艺控 2 4 制点是初级蒸养工艺 应用萘系减水剂生产管桩 较为普遍的初 级蒸养工艺是从蒸养池封盖后开始 蒸养池管桩静停 1 h后进行 5 h连升温恒温的蒸汽养护过程 全过程 6 h 有的生产企业为 了缩短生产周期 甚至取消静停 要在这么短的时间里使混凝 土的强度达到 C 4 0以上等级 蒸养恒温温度控制在 8 5 左右 甚 至达 9 0 不少管桩生产厂家在试验应用聚羧酸生产管桩时 开始是按照上述初级蒸养工艺进行管桩养护 结果却使混凝土 试件表面隆起 试件强度十分低 桩身混凝土结构疏松 呈蜂窝 状 其原因是聚羧酸系减水剂本身具有缓凝作用 导致混凝土的 初凝时间延长 当混凝土还未初凝时就通入蒸汽 混凝土内微 气孔受热膨胀 直接破坏了混凝土结构 令混凝土内部出现蜂 窝 现行的萘系混凝土的初级蒸养工艺是不适合于掺聚羧酸减 水剂的混凝土 要解决上述初级蒸养工艺出现的问题 必须针对应用两种 不同减水剂混凝土的初凝和终凝特性变化差异 来制定不同的 蒸汽养护工艺 通过配制掺人两种不同外加剂的水泥砂浆 测 定砂浆的凝结时间进行初凝时间的对比 来分析两种减水剂对 混凝土凝结时间的影响差异 数据见表 3 表 3 不同水泥不 同减水剂的砂浆凝结 时间 由试验数据可知 萘系砂浆约在 2 3 h开始初凝 4 5 h后 终凝 聚羧酸系砂浆约在 3 5 h开始初凝 5 6 h 后终凝 掺聚 羧酸减水剂的砂浆初凝时间比掺萘系减水剂的延长约 1 5 h 试 验数据显示应用聚羧酸减水剂的混凝土缓凝作用明显 初级蒸 养工艺必须设置足够的静停时间 确保混凝土初凝后才进汽养 护 表4列出对掺聚羧酸减水剂混凝土的静停时间进行工艺调 试 的数据 表 4 不同静停时间的混凝土强度 通过反复多次的试验调整 并在实际生产中验证 最终确 定初级蒸养工艺为 静停 4 h 升温 1 h 恒温 7 5 8 0 2 h 聚 羧酸混凝土管桩的初级蒸养强度基本达到管桩放张脱模的要 求 与萘系混凝土的初级蒸养工艺比较 总时间延长了 1 h 基 本上不影响管桩的生产效率 虽然掺用聚羧酸的初级蒸养工艺 总时间比萘系的延长 1 h 但恒温段时间比萘系的缩短 2 h 恒温 温度降低 1 0 管桩生产节约了蒸汽用量 减少了燃煤消耗 降低了生产成本 3 2 静停阶段的温度控制 管桩蒸养池在封盖后的静停阶段 冬天和夏天的池内温度 相差比较大 冬天约为 3 0 夏天最高则达到 5 0 左右 该温 度对萘系混凝土管桩的初级蒸养工艺影响不会太明显 但是对 聚羧酸系混凝土就会影响较大 特别是夏天蒸养池在封盖后静 停阶段 池内热量会渐渐积聚令温度上升 使初级蒸养静停阶 段不是真正意义上的静停 影响管桩的蒸养效果 因此夏天在蒸 养控制时 尽量控制池内温度不超过 4 0 采取方法是在管桩 的静停阶段打开蒸养池的池盖 让池内热量不积聚 直至进汽 蒸养时才封池盖 4 生产应用中出现的其他问题和解决方法 4 1 混 凝土 的含 气量 由于所有聚羧酸系减水剂的合成在其分子主链都含有羧 酸基吸附基团 支链上有大量的聚醚侧链来提供空间位阻 侧链 的聚醚引气性能非常强 聚羧酸减水剂的含气量比较高 聚羧酸 减水剂与萘系减水剂比较的另一特点就是高引气 胶凝材料用 量越大混凝土含气量越大 在应用聚羧酸生产管桩时 必须用消 泡剂同聚羧酸进行复配后使用 以减少混凝土的含气量 管桩生 产中混凝土的含气量越少 混凝土的强度越高 但这并不等于 消泡剂的掺量越大越好 因为随着其掺量越大 会对混凝土的工 作性能有影响 经过长期的应用研究 掺消泡剂复配以后应用 聚羧酸生产的混凝土的含气量 2 萘系减水剂配制的混凝土 含气量一般为 1 5 能满足于管桩生产 由于现在消泡效果好的消泡剂一般都是油溶性的表面活 性剂 在水中的溶解度很低 随着减水剂放置的时间延长 消泡 剂会与聚羧酸原液分层浮在溶液表面 导致这种聚羧酸一 消泡剂 复配混合物成分不均匀 添加到混凝土中会令混凝土的含气量 产生波动 因此 每次复配减水剂时要控制用量 复配好的聚羧 酸减水剂最好在一个星期内用完 长时间放在储料罐里未用的 减水剂 须重新搅拌均匀后才能使用 为使混凝土的性能更加稳 定 对在用的减水剂进行定期搅拌效果更好 当然 如果一些品牌的聚羧酸产品 如果已在分子设计中 考虑了降低引气的问题 产品应用于混凝土中含气量本身就较 低 就不需考虑复配消泡剂的问题 4 2 混凝 土的 工作性 能 聚羧酸高性能减水剂应用于管桩生产 对混凝土原材料的 质量变化比较敏感 骨料的级配 水泥的变化都会对混凝土的 工作性能造成影响 当水泥 砂石等原材料的质量相对稳定时 混凝土的工作性能比掺萘系减水剂的工作性能要好 但当原材 料的质量变化较大时混凝土工作性能差异会较大 较常见的现 象是喂料后会出现料干 料散或泌水等现象 影响了喂料工序 的生产速度 不同品牌的水泥甚至同一品牌不同批次的水泥 其净浆流动度会出现较大的波动 令混凝土的工作性能也产生 变化 因此在应用聚羧酸减水剂生产管桩时 最好能固定一两个 牌子的水泥 并通过试验试配找出不同水泥时掺用聚羧酸减水 剂的最佳掺量 同时在日常的原材料质量管理中 对每一批次的 水泥都必须检测掺用聚羧酸减水剂的净浆流动度 同样也要对 每一批次的砂子检测质量 及时调整生产中的混凝土配合比 保 证混凝土的工作性能 4 3 管模模盖 白灰现象 聚羧酸减水剂应用管桩生产一段时间后 会发现拆模后的 管模模盖内表面 镀 有一层灰 白色的比较均匀的薄层 薄层形 成初期与管模黏得很紧 随着生产次数增加其厚度会慢慢增 大 当厚度增大到 0 6 1 1T U n时 出现局部层状脱落黏在管桩表 面 产生类似黏皮的现象 影响管桩的外观质量 经检验 该薄 层大部分物质是 C a O H 研究发现 导致管模上层模盖氢氧 化钙的积聚有两方面原因 原因之一是蒸养温度的控制不严 蒸养温度偏高 生产过程中发现 当蒸养温度超过 8 5 时 初 级蒸养后管桩上部会出现不同程度的发白 表面附着白色粉末 脱模后测量到管桩表面温度超过 8 0 原因之二是管桩的初 级蒸养静停时间仍然不足 在生产许可的条件下把初级蒸养静 停时间再延长 从以上两方面来控制可以完全消除这种管模表 面产生白灰现象 4 4 管桩余浆的循环使 用 由于配合比的调整 掺用聚羧酸减水剂的