略说砼外加剂添加的研究方法和结果

1压蒸养护高强砼的存在问题

高砼管桩采用蒸压釜的压蒸养护工序，每m3砼需用标准煤40kg，释约100kgCO2，以年产300万m的一个中型管桩厂为例，其中蒸压釜的压蒸养护就需要耗煤1.6万t，释放的CO2高达4万多t，这是一个巨大的污染源。压蒸养护对砼性能的不利影响压蒸养护砼的孔隙率比普通养护砼的孔隙率大，而且大孔含量也多。孔隙率增大的原因除了砼中游离水和吸入空气的体积受热增大外，还有一个重要的原因就是，水泥中C3A和C4AF水化生成的水化硫铝酸钙（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）晶体在高温下发生分解反应而体积缩小，不仅增加了孔隙率，也失去了胶凝。压蒸养护生成的新生物分散度低，比表面积小，结晶水化物变粗，致使连生体中的连生接点数量减少，其胶结性能下降。蒸压釜排气及其内部压力降至大气压时，压力降幅要求较高，如果操作不当，往往会使砼内部“沸腾”起来。由于激热的气化产生很大的内应力，易发生一些微裂缝甚至肉眼可见裂缝而导致砼强度下降。由于上述原因，普通砼（掺磨细硅砂粉除外）经压蒸养护的强度比常规条件养护（标养）的强度要低。因此，最大限度地提高水泥的水化程度和合理的养护制度是确保砼管桩等高强砼构件质量的关键之一。蒸压釜是一种用于完成砼的物理、化学反应的反应容器。蒸压釜的制造、安装和使用等都有一套严格的要求。如果使用不当或稍有疏忽，易发生事故。

2高强免压蒸砼复合矿物外加剂的研制

2.1复合矿物外加剂的研制

粉煤灰（FA）：用Ⅰ级干排灰和Ⅱ级干排灰作对比试验，Ⅱ级粉煤灰的强度明显低于Ⅰ级粉煤灰，即使增加硅粉用量，强度仍偏低，因此复合矿物外加剂宜用Ⅰ级粉煤灰。矿粉（GGBS）：根据《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的标准检验，目前市场上都以生产S95级为主。硅粉（SF）：有微硅粉和硅微粉两类，统称为硅粉，事实上二者是有差别的。微硅粉是铁合金在冶炼硅铁和金属硅时回收的副产品，价高且数量少。硅微粉是由天然石英或熔融石英（经高温熔融、冷却后的非晶态SiO2）经粉磨而成的微粉，呈灰色或深灰色，目前市场上多以硅微粉为主，SiO2含量较高，价格低，经过选用市场上几种硅粉（硅微粉）与微硅粉作对比试验验证后，最终选取T-2硅微粉。激发剂：是一种天然矿物，材料来源广。上述4种原料中，主要以矿粉和粉煤灰为主，而硅粉和激发剂的用量较少。经过反复优化组合，确定了复合矿物外加剂的配合比例，经过精确计量并经机械混合均匀，生产了一种复合矿物外加剂（粉剂）。高效减水剂：高强砼既离不开矿物外加剂，也离不开高效减水剂，经过选用多种减水剂作对比试验，聚羧酸高效减水剂较好，但是一般的聚羧酸减水剂不大适应砼的蒸养要求，只能在砼终凝后再蒸养。虽然也有能满足蒸养条件的聚羧酸类减水剂，但其效果不甚理想，经过改进，研发了一种较为适合与复合矿物外加剂搭配使用的专用聚羧酸类减水剂。

2.2试验方法

每次拌料10~15L，砼坍落度一般控制在3~5cm，用10cm×10cm×10cm塑料试模成型。试件的养护制度砼试件成型后先于室内常温放置，静停4~6h带模仿照蒸气养护条件（试件放入铁皮盒内，盒底部放少量水，试件上部盖上湿布，再用塑料布将养护盒复盖后放入养护箱加热养护）。养护制度：室温45℃，升温及恒温共30min；45℃65℃，升温及恒温30min；65℃85℃，升温及恒温30min，恒温85±2℃，6h，降温1h。2.2.3砼试件强度测定试件从养护箱中取出后，放置自然冷却至常温，然后测定其抗压强度。

3应用性试验

在试生产之前，先试配砼，水泥为小野田P·Ⅱ52.5，砂、石料取自东浦管桩厂的生产用料。试件放入管桩厂的蒸气养护池内随同管桩一起蒸气养护，升温（升至85℃）1.5h，恒温（85℃）4h左右，根据摸拟试验结果，蒸养6h强度较好，但在生产线上会影响到正常生产，因此采用了二次蒸养的养护方可以看出，复合矿物外加剂与南京友西公司研发的专用聚羧酸高效减水剂匹配，得到较好的效果，砼试件的强度超过了C80的规定要求。选用G#配合此在生产线上试生产管桩。用搅拌棒配料，先后制作了Φ400×95×10m管桩2支，其布料工艺性能良好，达到了预期目的。

4结果及讨论

4.1小结

经过反复的优化试验研究，用Ⅰ级粉煤灰、S95矿粉、硅微粉和激发剂等组成配制成复合矿物外加剂，与南京友西公司研制的专用聚羧酸类减水剂配合，用于制造高强预应力砼管桩，只要经蒸气养护（85℃）6h，砼强度可达到C80以上，这样可免去目前管桩生产中的压蒸工序，不仅降低了能耗，缩短了生产周期，还提高了产品质量。复合矿物外加剂的成本不高且低于P·Ⅱ52.5水泥，可免去压蒸工序，其综合成本低，具有明显的社会经济效益。

4.2免压蒸工艺的优越性

采用复合矿物外加剂，适合高强砼构件的免压蒸技术，不仅节约了能源，降低了CO2的排放量，改善了砼的结构与性能，还有效消除了蒸压釜所存在的安全隐患。降低了建厂投资及其日常维护费用蒸压养护系统装置由蒸压釜、锅炉、摆渡车、轨道车、小车驱动装置、消音器及管路测试仪表控制装置等组成，占设备投资的比例较高，日常维护的费用也不低。磨细硅砂粉因严重的污染问题，已很难继续使用，因此蒸压釜的作用将越来越小。缩短了生产周期砼管桩等高强砼构件，过去采用的蒸压釜压蒸工序，包括装车进釜、升温、恒温、降温和出釜卸车等工序，整个操作过程一般需要11h或以上。采用免压蒸之后，整个生产周期可以大大缩短。改善了生产环境砼管桩的成型采用了离心工艺，约有100kg/m3废浆流出，废液中固相物约为60%，主要组成为水泥、矿物掺合料、减水剂等，这种废液是砼管桩厂的一大污染源。对这种废液的处理，目前常用的方法为：用废液配制砼、废液外运作为制砖原料，待废液硬化后以固体废料清理。废液中虽然含有较多的水泥组分，但是这种离心出来的水泥已经发生了水化反应，废液的停放时间越长，其活性越低，因此废液中的水泥已不能当作胶结料使用。这也是用废液配制砼强度不稳定的原因所在。采用复合矿物外加剂和与之相匹配的高效减水剂之后，砼的水胶比较低，离心分离出来的废液大幅度减少，大大改善了生产环境。复合矿物外加剂除可用于免压蒸高强砼的生产外，还可用于需要蒸气养护的砼构件的生产，如地铁管片、装配式房屋构件等，因此具有较广阔的应用前景。

作者：盛思仲 金卫华 陈坤明 胡金双 王晓芳 单位：南京友西科技有限责任公司