工程档案:早强型聚羧酸减水剂在叠合板制备的应用

  探讨温度和硫氰酸钠对两性型早强型聚羧酸减水剂早强的影响,同时探讨在叠合板制备过程的应用。研究发现:温度对早期强度影响较大,温度越高早期强度越高,当硫氰酸钠掺量为 0.3% 时,强度增加最多。随外加剂掺量增加,坍落度、凝结时间逐渐增加,拉毛时间呈先平缓增加后急速增加趋势。影响 C30 叠合板制备进度的是布筋绑扎和混凝土布料拉毛过程,但当坍落度控制 200mm 以内,拉毛时间 30min 以内时控速步骤是布筋绑扎过程。

  装配式建筑结构体系中楼板是重要受力部件,具有承受荷载、传递荷载的作用,叠合板由预制地板和后浇层叠合而成,结合装配式楼板和现浇楼板的优点,近年来应用广泛 [1] 。混凝土叠合板制备过程主要有:钢模板清理→固定模板涂水性脱模剂→绑扎钢筋与布筋→混凝土浇筑振捣→表面粗糙处理→入窑→拆模吊装 [2] 。表面粗糙处理的目的是为了后期浇筑混凝土有更好的握裹力 [3] 。GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》规定粗糙面面积不宜小于结合面的 80%,预制板的粗糙面凹凸深度不小于 4mm [4] 。常见粗糙处理方法有人工拉毛法、压痕法和冲毛法等 [2] 。

  目前聚羧酸减水剂与不同叠合板生产过程的磨合存在较大差异,因此要寻找叠合板提质增效且兼顾强度和拉毛的控制过程手段是非常必要的。

  硫氰酸钠(NaSCN),工业级,西陇化工;丙烯酸(AA),工业级,兰州石化;OXVR-807(M = 5000);工业级,奥克化学;丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC),分析纯,山东帆航;过硫酸铵,分析纯,西陇化工;维生素 C,食品级,石药集团;巯基乙酸,工业级,鑫昌化工;森拓早强减水剂(ST-Z);聚羧酸系高性能减水剂(PC-H,40%)。

  常温下,向三口瓶中加入一定量的甲基烯丙基聚氧乙烯醚和去离子水。搅拌待其溶解后,加入过硫酸铵,搅拌 5min 后,分别将丙烯酸与丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的水溶液和维生素 C 水溶液在 2.5 h 内滴加至四口瓶中。滴加结束后,搅拌反应 1h。反应结束后,加入质量分数为 30% 的氢氧化钠中和至 pH=7,补水至含固量 40%,得淡黄色透明黏稠状液体。减水率为 26%(折固掺量 0.2%),编号 PC-Z,其化学结构由图 1 所示。

  拉毛时间测定:试模振动 60s 后,浆体上浮,静置养护,用混凝土捣棒依靠自身重力在混凝土表面拉毛,有 4~6mm 的深度且不返浆即为可以拉毛。重复 3 次。

  凝结时间测定:参照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测定。

  叠合板生产全年生产温度变化较大,因此探讨不同温度下不同聚羧酸减水剂对混凝土的早强性能的影响,其结果见表 2 和图 2。

  由表 2 和图 2 可知,由于温度会影响水泥水化,对混凝土早期强度影响较大,温度越高早期强度越高。PC-Z 在不同温度下早强性能最好。

  于标养室(20℃)探讨硫氰酸钠不同掺量对混凝土早强的影响,其结果见表 3 和图 3。由表 3 和图 3 可知,硫氰酸钠能提高混凝土早期强度,且随掺量增加强度呈现增加后缩小趋势。当掺量为 0.3% 时,强度增加最多。但使用该物质时要考虑整个混凝土体系的碱含量。

  环境温度为 10℃ 时,探讨外加剂掺量对混凝土坍落度和拉毛时间的影响,其结果见表 4 和图 4。

  由表 4 和图 4 可知,随着外加剂掺量的增加,混凝土坍落度逐渐增加,拉毛时间呈先平缓增加后急速增加趋势。因此外加剂掺量影响坍落度进而影响拉毛时间最终影响施工效率。为提高效率可将外加剂折固掺量控制在 0.25%~0.32%,坍落度控制在 170~220mm,此时拉毛时间可控制在 10~75min。

  由表 5 和图 5 可知,随外加剂掺量增加凝结时间呈逐渐增加趋势,最大差距在1h。由于聚羧酸减水剂属于络合吸附型分散剂,羧酸根吸附钙离子而延缓水泥水化 [5] 。因此叠合板要想提质增效、降低成本,可将坍落度控制在相对较低范围。这样既能节省外加剂又能缩短凝结时间。

  C30 叠合板制备流程如图 6 所示。钢板模具清理及除锈和固定模具喷涂水性脱模剂(水性脱模剂的成膜时间是 20~30min)一般不会影响工程进度,影响制备进度最大的是布筋绑扎和布料拉毛过程。绑扎一块叠合板需要 15min 左右,整个布料过程一般 30 分钟,2 方混凝土能布 6 块叠合板左右。依据 2.3 发现坍落度控制200mm 以内、拉毛控制在 30min 内时,布筋绑扎为控速步骤;当坍落度控制 240mm 以上时拉毛超过 150min,拉毛为控速步骤。因此在人员配置时可增加布筋人员减少布料和拉毛人员。将坍落度控制200mm 左右,拉毛时间 30min 左右即可入窑蒸养。

  坍落度 190mm 时振捣后状态(图 7(1))和拉毛状态(20min 时拉毛,图 7(2))由图 7 所示。由图 7 可知,表面粗糙程度和拉毛深度完全符合国家要求。

  (1)采用早强单体和阳离子基团通过普通自由基聚合法制备早强型聚羧酸减水剂(PC-Z)。

  (2)温度影响水泥水化,对早期强度影响较大,温度越高早期强度越高。PC-Z 在不同温度下早强性能最好。当硫氰酸钠掺量为 0.3%时,强度增加最多。随着外加剂掺量的增加,混凝土坍落度逐渐增加,拉毛时间呈先平缓增加后急速增加趋势;凝结时间呈逐渐增加趋势,最大差距在 1h。

  (3)影响 C30 叠合板制备进度的是布筋绑扎和混凝土布料拉毛过程。2 方混凝土布料过程 30 分钟,能布 6 块叠合板,而绑扎一块叠合板需要 15min 左右。当通过控制外加剂掺量将坍落度控制 200mm 以内,拉毛时间 30min 以内时,此时控速步骤是布筋绑扎过程。

  [1] 刘洋,李志武,杨思忠,等.装配式建筑叠合楼板研究进展[J].混凝土与水泥制品,2019,1(1): 61-68.

  [2] 张新江.叠合板缺陷对预制混凝土叠合板受力性能影响试验研究[D].北京:中国建筑材料科学研究总院,2019: 12-17.

  [3] 郑旭.装配式混凝土结构叠合楼板极限承载力研究[D].沈阳,沈阳建筑大学研究生处,2014: 20-22.

  [5] 刘明.聚羧酸减水剂对水泥水化的影响及相关机理研究[D].武汉:武汉理工大学研究生院,2015: 35-45.

  9.研究探索:采用再生混凝土骨料和再生砖瓦骨料制备的透水混凝土力学性能对比研究

  11.研究探索:CA-SR混凝土养护剂对混凝土早期开裂与收缩性能的影响研究

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