聚羧酸高性能减水剂配制防冻泵送剂的研究与应用

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聚羧酸类高性能减水剂从分子结构、作用原理和在混凝土中的表现行为与传统减水剂有很大区别。其主要性能特点：掺量低、减水率高，混凝土拌合物工作性及工作性保持性好，外加剂中氯离子和碱含量较低,用其配制的混凝土收缩率较小、可改善混凝土的体积稳定性和耐久性，对水泥的适应性较好，生产和使用过程中不污染环境。由于其优异的性能，因此大量用于工业与民用建筑、市政工程、桥梁隧道、公路、铁路和水利等工程的冬期混凝土的施工中。

冬期施工的泵送混凝土、商品混凝土要求混凝土外加剂在具有泵送功能的基础上，同时要具有防冻功能，使泵送施工的混凝土早期免遭冻害，混凝土强度能正常发展。

我们对采用聚羧酸系高性能减水剂配制冬期施工用的混凝土防冻泵送剂进行了大量试验研究，制备出了具有良好的低负温条件下储存稳定性、抗冻害能力等优异性能的防冻泵送剂，并在工程中大量应用。

另外，对制定防冻泵送剂的行业标准进行了探讨。我国用于冬期泵送混凝土施工的防冻泵送剂的生产应用已有十余年的历史，防冻泵送剂的性能及其应用技术也相对成熟，目前还没有防冻泵送剂的国家或行业标准，这就给防冻泵送剂的生产、检验、验收及监督检查带来了困难。我们结合对防冻泵送剂的研究，探讨制定防冻泵送剂行业标准的可行性。

一、试验材料与试验

1.试验材料

水泥：山东水泥集团东岳牌P·O42．5R水泥、基准水泥。防冻泵送剂：NC-J防冻型聚羧酸高性能减水剂，山东省建筑科学研究院混凝土外加剂厂生产。骨料：细骨料，泰安河砂，细度模数2.6～3.0；粗骨料，济南产石灰岩碎石，粒径5mm～10mm和1mm～20mm。符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006的要求。水：自来水，符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-2006的要求。

2．试验方法与结果

试验方法主要依据：《混凝土外加剂》GB8076-1997，《混凝土防冻剂》JC475-2004，《混凝土泵送剂》JC473-2001，《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB50080-2002，《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB50081-2002。

外加剂在负温下存储稳定性试验：将盛有500g液体外加剂的杯子放入规定温度下的冷冻箱中，观察外加剂在规定时间的变化情况。结果见表l。

按照《混凝土防冻剂》JC475-004规定的试验方法进行。水泥采用山水P·O42.5R，水泥用量为330kg/m3，基准混凝土和受检混凝土都是小坍落度，试验时混凝土坍落度分别为60mm和95mm，试验结果见表2。

按照《混凝土泵送剂》JC473-2001规定检验泵送剂的混凝土配合比，水泥用量为390kg/m3，基准混凝土的坍落度为70mm，受检混凝土坍落度为210mm。检验掺加防冻泵送剂的混凝土抗冻害性能时，受检混凝土的养护按照《混凝土防冻剂》JC475-2004规定的试验方法进行。采用基准水泥试验结果见表3，采用山水P·O42．5R水泥，试验结果见表4。

二、试验结果分析

1.液体防冻泵送剂负温下存储的稳定性

液体复配产品应该具有良好的稳定性，不得出现浑浊、分层沉淀、析晶现象；同时具有良好的叠加协同效应，使其具有更加优异的技术性能，使某些性能得到改善或者提高。

常规的液体防冻剂和液体防冻泵送剂中都含有大量防冻盐，在低负温条件下会出现以下状况：变稠、沉淀、析晶。外加剂的这些变化会给用户带来很多麻烦，为了防止这些问题的出现，在《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003中，要求储存液体防冻剂的设备应有保温措施。

由于聚羧酸系高性能减水剂具有独特的性能，和其他化学外加剂的复配存在相容性问题。经过大量试验研究，研制出由聚羧酸系高性能减水剂与有机、无机防冻组分复配而成的NC-J防冻泵送剂，在低负温下具有良好的稳定性。

2.混凝土拌和物性能

冬期施工，在低温或负温下混凝土的流变性能与常温下的不同，防冻组分、早强组分会造成混凝土的坍落度损失过快、坍落扩展度过小，表现出混凝土具有一定的坍落度值，但混凝土明显流动性很差或“不流”，给商品混凝土的远距离运输和混凝土的远距离泵送造成很多的不便，在泵管泵出的混凝土往往呈现出一截一截的“混凝土柱”，混凝土的工作性能(尤其流动性)很差，很难施工，在施工墙、柱等狭窄的结构部位时，很可能会造成混凝土经振捣后不能很好密实，进而造成工程质量问题。

总之，按照《混凝土防冻剂》JC475-2004规定的试验方法进行，NC-J防冻泵送剂完全满足要求。按照《混凝土泵送剂》JC473-2001规定检验泵送剂的方法，水泥用量多为390kg/m3，即使坍落度为210mm，受检混凝土和小坍落度的基准混凝土相比，按照《混凝土防冻剂》JC475-2004规定的试验方法检验掺加防冻泵送剂的混凝土抗冻害性能，也能满足要求。

三、工程应用举例

NC-J防冻泵送剂在大量的重点工程中得到应用，如：京沪高速铁路、津秦高速铁路、枣临铁路、黄岛火车站、济南西客站、荣城核电、济南建邦黄河大桥等；在商品混凝土中也得到较为广泛的应用，如：济宁中建混凝土公司、济宁华能混凝土公司、青岛金鑫混凝土公司、威海威建集团混凝土公司、济南鲁桥混凝土公司等。

现以济南西客站为例：京沪高铁济南西客站是京沪高速铁路的5个主客站之一，是济南都市圈内重要的综合交通枢纽。西客站片区场站一体化设施总建设规模约45万平方米，包括高铁站房、地下出租车通道、轨道交通1号线、东西广场等。西客站工程于2008年6月开工，计划2011年12月竣工并投入使用。

工程由济南铁路局负责建设，济铁监理公司监理，中铁十二局集团有限公司施工。进入冬期施工，我们根据中铁十二局的要求，利用工地用材料，在实验室对冬期施工混凝土进行了试验研究。

试验结果表明，即使掺加大量的粉煤灰，由于胶凝材料总量多，掺加防冻泵送剂后，混凝土仍然具有很好的抗冻害性能，室外自然气温养护下混凝土强度发展良好，完全满足施工要求。

1．NC-J防冻泵送剂是由聚羧酸系高性能减水剂与有机、无机防冻组分复配而成的，在低负温下具有良好的稳定性能。

2．按照《混凝土泵送剂》JC473-2001规定检验泵送剂的试验方法，掺加NC-J防冻泵送剂的混凝土坍落度为210mm，和小坍落度的基准混凝土相比，各龄期混凝土强度都大幅度提高，28d提高25％以上。

3．按照《混凝土泵送剂》JC473-2001规定检验泵送剂的混凝土配合比，按照《混凝土防冻剂》JC475-2004规定检验防冻剂的试验方法检测掺加NC-J防冻泵送剂的混凝土抗冻害性能，也能满足要求。