摻防凍泵送劑負(fù)溫混凝土強(qiáng)度研究

【摘要】通過對LNC-53型負(fù)溫混凝土防凍泵送劑性能的研究，總結(jié)了摻防凍泵送劑負(fù)溫混凝土在負(fù)溫條件下強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明，摻LNC-53型負(fù)溫防凍泵送劑可在-5～-15℃ 的條件下確保結(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度能持續(xù)增長，免于凍害。【關(guān)鍵詞】防凍泵送劑；負(fù)溫混凝土；強(qiáng)度；恒負(fù)溫；變負(fù)溫　　我國三北地區(qū)由于區(qū)域條件所致，氣候環(huán)境差異很大，東北、華北、西北三個地區(qū)各有自己的特色。冬期施工所采取的施工措施也不盡相同，防凍泵送劑作為一種能夠使泵送混凝土不產(chǎn)生凍害，而且在負(fù)溫條件下能順利進(jìn)行澆筑所必不可少的外加劑，其所具有的性能指標(biāo)也不盡相同。以華北的京、津地區(qū)為代表，該地區(qū)生產(chǎn)的防凍泵送劑的廠家很少，大部分以生產(chǎn)早強(qiáng)型泵送劑為主，其產(chǎn)品也多數(shù)以-10℃為最低使用溫度，該類防凍泵送劑到東北以及西北的大部分地區(qū)很難進(jìn)行使用和大面積推廣應(yīng)用。我省目前防凍泵送劑的研究與應(yīng)用工作也正在開展，但也存在一些難點，主要是因為冬季嚴(yán)寒的氣候下，混凝土在低溫或負(fù)溫下的流變性能與常溫下的有所不同。泵送混凝土的塌落擴(kuò)展度Sf減小，且防凍組份或早強(qiáng)組份會造成混凝土坍落度Sl損失增大，這對商品混凝土的運(yùn)輸和混凝土的遠(yuǎn)距離泵送也造成很大的不便。因此，發(fā)展適應(yīng)于我國三北地區(qū)能普遍推廣應(yīng)用的、負(fù)溫下全天候的、具有高技術(shù)含量的混凝土防凍泵送劑，對保證我國寒冷地區(qū)工業(yè)與民用建筑、市政、橋梁、公共設(shè)施等工程的質(zhì)量將起到積極的作用?！　『邶埥『亟ㄖ茖W(xué)研究院在2002年申報了省科技廳科技攻關(guān)項目—LNC-53型負(fù)溫混凝土防凍泵送劑的研究與應(yīng)用，目前已完成了課題的大部分試驗研究工作，并在部分工程中進(jìn)行試點應(yīng)用，取得了良好的效果。以下是LNC-53型防凍泵送劑負(fù)溫混凝土強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律試驗研究的部分內(nèi)容。1 原材料　　水泥：哈爾濱水泥廠產(chǎn)天鵝牌P．0 42．5普硅水泥，fcu.28 =46．8MPa；　　細(xì)集料：哈爾濱港務(wù)局砂場產(chǎn)中砂，M =2．67，含泥量=1．35% ；　　粗集料：哈爾濱玉泉采石場產(chǎn)玄武巖碎石，粒級為5～31．5ram．壓碎指標(biāo)為3．12%；　　水：哈爾濱市自來水；　　外加劑：黑龍江省低溫建筑科學(xué)研究所中間試驗廠產(chǎn)LNC-53型負(fù)溫混凝土防凍泵送劑。2 試驗方案2．1 試驗配合比的確定　　按JCA73—2001《混凝土泵送劑》標(biāo)準(zhǔn)中5．2．2條規(guī)定進(jìn)行。　　水泥用量確定為390kg／m3，Sp=44% ．各材料用量如表1：　　　　　　表中用水量根據(jù)LNC-53防凍泵送劑的減水率計算所得，實際成型混凝土?xí)r依Sl、Sf的控制值做上下調(diào)整。2．2 基準(zhǔn)混凝土的確定　　我國目前尚未有防凍泵送劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，對于基準(zhǔn)混凝土我們以下面的3種來進(jìn)行試驗對比：　　不摻任何外加劑的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土，Sl控制在80±10mm；　　摻加防凍泵送劑中的泵送組份的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土，Sl控制在180±20mm；　　摻加防凍泵送劑中的防凍組份的負(fù)溫養(yǎng)護(hù)混凝土，Sl控制在80±120 mm。2．3 試驗條件的確定　　負(fù)溫溫度確定為-5℃ 、-l0℃ 、-l5℃ ，采用冰箱進(jìn)行冷凍，冰箱溫度由控溫儀控制，上下波動范圍為1℃ ；　　預(yù)養(yǎng)溫度控制為20±2℃，采用恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室；　　采用變負(fù)溫環(huán)境進(jìn)行對比試驗，試件置于自然室外養(yǎng)護(hù)，試件內(nèi)部與外部溫度采用溫度自動采集儀記錄；　　預(yù)養(yǎng)時間的確定見表2?！　∈彝庾匀火B(yǎng)護(hù)變負(fù)溫條件下，我們增加了立即受凍的試驗，主要是考慮到工程施工中的實際情況，對比試驗室與工程實際的差別。上表中3個負(fù)溫溫度下的預(yù)養(yǎng)度時積為JC475{混凝土防凍劑》本次修訂后的新指標(biāo)。3 LNC-53型防凍泵送劑負(fù)溫混凝土強(qiáng)度發(fā)展
3．1 三個基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度發(fā)展　　以上所確定的三種基準(zhǔn)混凝土各齡期強(qiáng)度發(fā)展如表3。3．2 冰箱恒負(fù)溫環(huán)境下混凝土強(qiáng)度發(fā)展　　摻IJNC-53型防凍泵送劑混凝土在恒負(fù)溫冰箱養(yǎng)護(hù)條件下，從-7d抗壓強(qiáng)度來看，-5、-10、-15℃養(yǎng)護(hù)溫度時分別為7．6、6．8、6．1MPa，與基準(zhǔn)1混凝土R-7 抗壓強(qiáng)度比達(dá)到19．6% 、17．5% 、15．8% ，具有明顯的早強(qiáng)防凍效果，并均已達(dá)到JCA75標(biāo)準(zhǔn)R-7 的規(guī)定要求。-5、-l0、-l5℃時LNC-53負(fù)溫混凝土強(qiáng)度發(fā)展趨勢相近，但-15℃條件下的強(qiáng)度值在各齡期時最低，-90d時其R-90 為90．5% ，也早已達(dá)到工程越冬結(jié)構(gòu)防凍與受力的要求。

　　從圖2中LNC-53負(fù)溫混凝土與純防凍負(fù)溫混凝土的同齡期抗壓強(qiáng)度比的數(shù)據(jù)對比來看，摻LNC-53防凍泵送劑混凝土負(fù)溫下強(qiáng)度均高于摻純防凍劑負(fù)溫混凝土同齡期的強(qiáng)度，數(shù)值都在100%以上，并且-15℃ 溫度下的同齡期抗壓強(qiáng)度比均高于-10℃和-5℃溫度下的值，原因可能是防凍泵送劑中的減水組份起到減少混凝土中的用水量，從而提高了混凝土中液相濃度，降低了混凝土中液相冰點。-15℃條件下LNC-53的摻量最大，達(dá)到占水泥質(zhì)量的7．0% ，其中所包含的減水泵送組份的含量也相應(yīng)為最大，在相同坍落度的基礎(chǔ)上，其減水率也最高，因此相對于相同溫度下的純防凍劑混凝土，其同齡期抗壓強(qiáng)度比也提高幅度最大。因此，在工程中，相同負(fù)溫條件下，一般防凍泵送劑的摻量可較純防凍劑的摻量低2% 一3%左右，但前提是，防凍泵送劑的減水率必須達(dá)到15% 以上?！　絃NC-53防凍泵送劑混凝土在負(fù)溫下雖然隨氣溫的下降，其強(qiáng)度的發(fā)展速率減慢，強(qiáng)度絕對值不高，但R-7+28 、R-7+56、R28抗壓強(qiáng)度比卻隨溫度的降低而提高，這在圖3中可以明顯體現(xiàn)出來。這是LNC-53防凍泵送劑的一個特點，其不僅具有顯著的防凍效果，還可增加基準(zhǔn)混凝土的坍落度達(dá)l00mml以上，同時可減少用水量10% 一15%，減少了混凝土內(nèi)部可凍結(jié)水，負(fù)溫下早期強(qiáng)度提高?！　　　?P align=center>

　　若以摻LNC-53防凍泵送劑混凝土與摻純減水泵送劑的混凝土進(jìn)行對比試驗，從圖4中與基準(zhǔn)2混凝土R-7+28、R-7+56、R28的抗壓強(qiáng)度比柱狀圖高度來看，-5、-10、-15℃三種溫度下的數(shù)值并沒有統(tǒng)一的規(guī)律，三者之間的抗壓強(qiáng)度比相近，且R-7+28、R-7+56、R2的比值都在95%~105%之間，這與圖3中的相對于基準(zhǔn)1混凝土比值相差15%~25%。原因主要是防凍劑中的防凍組份與泵送組份的功能不同所造成，基準(zhǔn)1與基準(zhǔn)2混凝土的最終強(qiáng)度存在20% 以上的差異。因此，防凍泵送劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制訂時，應(yīng)充分考慮基準(zhǔn)混凝土的定義問題，即以誰為基準(zhǔn)的問題。3．3 室外自然環(huán)境變負(fù)溫條件下混凝土強(qiáng)度發(fā)展　　為了研究LNC-53防凍泵送劑在實際工程中的應(yīng)用技術(shù)，本項目也進(jìn)行了冬季室外自然環(huán)境變負(fù)溫條件下LNC-53負(fù)溫混凝土的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律試驗，試驗日期為2002．10．25— 2003．01．25，并對此期間的天氣最高溫度與最低溫度進(jìn)行了記錄，試驗結(jié)果見圖5?！　　　　　脑囼灥那闆r分析，成型完畢后的混凝土在室內(nèi)20℃環(huán)境中進(jìn)行必要的預(yù)養(yǎng)升，對混凝土在負(fù)溫環(huán)境中強(qiáng)度發(fā)展有很大的益處，特別是早期，混凝土的持續(xù)增長率較高。而成型完成后立即受凍的混凝土，其早期強(qiáng)度與預(yù)養(yǎng)6h后再受凍的混凝土相差1倍以上，但摻LNC-53防凍泵送劑的混凝土立即受凍后并沒有產(chǎn)生不可修復(fù)的凍結(jié)損傷，其在-60d齡期后強(qiáng)度迅速增加，并在-90d時接近于預(yù)養(yǎng)4h再受凍混凝土的同齡期強(qiáng)度值。3．4 LNC-53型防凍泵送劑在工程結(jié)構(gòu)中強(qiáng)度發(fā)展情況　　LNC-53型防凍泵送劑于2001年、2002年冬季在許多大型工程中進(jìn)行了試點應(yīng)用，課題組對LNC-53防凍泵送負(fù)溫混凝土結(jié)構(gòu)實體的強(qiáng)度發(fā)展進(jìn)行了現(xiàn)場跟蹤檢驗，并對2001年l2月施工的哈爾濱勝達(dá)女士商城四層頂板C50級混凝土、2002年11月施工的龍墾麥芽工程筒倉基礎(chǔ)，實體同條件下的養(yǎng)護(hù)試件與實驗室的恒負(fù)溫與變負(fù)溫養(yǎng)護(hù)試件存在一定的差異，實體-7d抗壓強(qiáng)度比31．2% 、23．2% 要分別高于試驗室數(shù)據(jù)15．8% 、19．6% ，-28d也是相同的規(guī)律?！　　　? 結(jié)語　　通過對LNC-53型防凍泵送劑負(fù)溫混凝土的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律研究，并確定三種基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行強(qiáng)度發(fā)展的對比試驗，同時結(jié)合工程實體強(qiáng)度發(fā)展的實際情況來分析：　　 LNC-53防凍泵送負(fù)溫混凝土在-5、-10、-15℃環(huán)境下，強(qiáng)度能夠持續(xù)增長，能夠保證混凝土結(jié)構(gòu)的安全越冬以及后續(xù)施工的要求?！　?在冬期施工中，防凍泵送劑的使用效果要明顯優(yōu)于純防凍劑，摻防凍泵送劑負(fù)溫混凝土的強(qiáng)度發(fā)展速率高于純防凍劑混凝土。二者之間的差距大于20%?！　?由于LNC-53型防凍泵送劑具有明顯的增加混凝土的初始坍落度以及減水效應(yīng)，摻人負(fù)溫混凝土中能夠明顯地降低混凝土的用水量，從而達(dá)到降低液相冰點的作用，因此LNC-53型防凍泵送劑的摻量要低于同類防凍泵送劑以及純防凍劑?！　?恒負(fù)溫條件下與變負(fù)溫條件下的LNC-53負(fù)溫混凝土，其強(qiáng)度發(fā)展不盡相同。變負(fù)溫條件下養(yǎng)護(hù)的試件，其強(qiáng)度要明顯高于恒負(fù)溫條件下養(yǎng)護(hù)的試體同齡期強(qiáng)度的10% 以上，但兩種養(yǎng)護(hù)條件下的負(fù)溫轉(zhuǎn)正溫強(qiáng)度幾乎相同?！　?LNC-53型防凍泵送劑在工程實際中的使用效果與試驗室條件下的試驗結(jié)果有一定的差異，從-7d的發(fā)展速率來看，其值一般在20% ～30%之間。而試驗室恒負(fù)溫冰箱中的數(shù)值一般在15% 一20%左右，相差5% －10% ，-28d齡期時的負(fù)溫強(qiáng)度發(fā)展也有相似的規(guī)律。　　對于防凍泵送劑的對比基準(zhǔn)混凝土的確定，尚未有統(tǒng)一的確定，通過此次試驗的三種基準(zhǔn)混凝土的對比，不同基準(zhǔn)混凝土存在著一定的抗壓強(qiáng)度比差，這將直接影響防凍泵送劑產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的確定，因此，在制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時確定基準(zhǔn)問題極其重要，既不能依從于JC473的指標(biāo)，也不能依從于JC475的指標(biāo)。看來防凍泵送劑有其自身的特點與作用，應(yīng)單獨(dú)制訂標(biāo)準(zhǔn)。

原作者：朱衛(wèi)中朱廣祥尹冬梅