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摘要：为了保证混凝土管片生产质量条件，进一步提高管片生产效率，控制成本。研究了掺聚羧酸早强减水剂对管片混凝土工作性和力学性能的影响，结果表明：水灰比控制为0.31，坍落度控制在70±20mm，掺聚羧酸早强减水剂1.0％,管片混凝土的综合性能最优，满足生产要求。
关键词：早强；混凝土；减水剂；含气量
Abstract: in order to ensure the quality of concrete production conditions, to further improve the segment production efficiency, cost control. Study of polycarboxylate early strength agent on reducing effect, and mechanics of concrete work segment performance results show: water-cement ratio is 0.31, the slump in control of 70 ± 20mm, polycarboxylate superplasticizer early strength concrete segment 1%, the optimal comprehensive performance, meet the production requirements.
Keywords: early strength; concrete; superplasticizer; gas content
中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
0 引言
随着越来越多工程采用盾构法施工，混凝土预制构件及管片的需求量越来越大，加强了对混凝土技术的要求，外加剂早已是混凝土发展中必不可少的一组成部分[1]。聚羧酸减水剂是一种性能独特、无污染的新型高效减水剂，其具有掺量低，减水率高，并可以有效改善混凝土施工性能、减少水灰比，赋予混凝土高强度、高质量，对现实混凝土高性能化具有明显的经济效益和社会效益[2]。
本文通过对掺聚羧酸早强减水剂的管片混凝土的应用研究，考察影响管片混凝土质量的因素，并将其应用到管片混凝土生产中，可以提高管片生产效率，加快模具周转，并进一步提高混凝土管片的质量。
1 试验
1.1 试验器材
本试验涉及到坍落度筒、表观密度仪、BYS-100型标准养护室恒温恒湿控制仪、SY-2型混凝土压力泌水仪、微机控制电液伺服压力机、JL微机控制电液伺服万能试验机、混凝土含气量测定仪、TM-Ⅱ型混凝土弹性模量测定仪、SJD60型单卧轴强制式混凝土搅拌机等室内试验设备。
1.2 试验原材料
水泥：采用英德海螺水泥P.O42.5。
粗料：细骨料采用中砂，细度模数为2.6；粗骨料采用碎石，粒径5—25mm。
聚羧酸减水剂：聚羧酸早强减水剂，性能指标如表1。
表1聚羧酸早强减水剂的性能指标
1.3 试验方法
混凝土拌合物性能参照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試验方法标准》。混凝土力学性能参照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。
1.3.1 混凝土配合比
为了研究聚羧酸早强减水剂对管片混凝土性能的影响，本试验主要是用不同剂量的聚羧酸早强减水剂和空白试验进行对比研究。确保W/C、砂粒等影响因素相同时，定量地反映出聚羧酸管片早强减水剂对混凝土性能的影响，本文对C50混凝土进行不同剂量的聚羧酸早强减水剂对混凝土性能影响规律的研究，设计混凝土配合比，本试验混凝土配合比如表2（其中KB为空白对对比试样，c1、c2、c3分别表示掺量0.8%、1.0%、1.2%的聚羧酸早强减水剂）[3]。
表 2混凝土试件配合比
1.3.2 试件制备与试验
根据各组试验的配合比配制混凝土试件，按照规范要求搅拌，测定各组混凝土的坍落度、表观密度等工作性，标准养护成型后测定各组混凝土的力学性能。
2 试验结果与讨论
2.1 混凝土的工作性能
2.1.1 坍落度
工程项目要求C50管片混凝土的预期坍落度为（70±20）mm，从表3可以看出：C1、C2两组坍落度在预期目标之内，满足项目管片要求。掺不同量聚羧酸早强减水剂对混凝土坍落度影响各异，总体上坍落度随掺量的增加呈增长的趋势，在一定范围的掺量内，聚羧酸早强减水剂对混凝土坍落度影响不显著，超过一定范围后，坍落度随掺量显著增加。
2.1.2 表观密度
表观密度与诸多因素相关，从表3可以看出，各组混凝土的表观密度相差甚微，且它们都在规范要求的范围内[4]。由于减水剂的掺入能够减少混凝土的用水量，降低混凝土的黏度，增加流动性，所以相对于空白组混凝土，掺入减水剂之后，混凝土的表观密度有所增加。
表 3混凝土工作性试验结果
2.1.3 含气量
从图1可以看出，含气量低的管片混凝土表观气孔少，且均为小直径气孔；而在含气量高的混凝土表面，分布大量直径在3mm以上的大气孔。从表3和图1可以看出：掺入减水剂的混凝土含气量相对于空白试验组都有所增加，混凝土含气量随减水剂掺量的增加呈增加趋势。
图1混凝土表观气孔分布
气孔的存在影响了管片的外观，增加外观装饰过程；又影响管片混凝土内部架构，降低混凝土强度，严重的甚至会降低混凝土的抗渗性能。但是，气泡的存在又可以提高混凝土的工作性能，当混凝土含气量过低时，会损失流动性，造成施工困难，所以不能一味降低含气量，应综合考虑生产工艺的便易性[1]。
2.1.4 泌水
防止管片混凝土表面出现砂痕、水印等影响观感的质量问题。对混凝土进行泌水率试验，从图2可以看出：相对于空白试验，参加减水剂的泌水有所减少，很大程度上改善了混凝土的泌水情况，混凝土的泌水性随减水剂的掺入量的增加呈增加减小再增加的趋势。
图2各组混凝土的泌水率
2.2 混凝土力学性能
2.2.1 混凝土 28d力学性能
按表2的配合比配制C50混凝土标准试件，进行力学性能试验，试验结果列于表4中。从表3和表4的试验结果表明可以看出：聚羧酸早强减水剂引气量较高，并且含有早强成分，在一定程度上影响了混凝土的力学性能，与空白组混凝土相比，抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度都稍有减小，且各个力学指标随掺入量的增加呈减少减小再减少的趋势。
表428d混凝土力学性能
2.2.2不同龄期混凝土的抗压强度变化规律
按表2的配合比配制C50混凝土标准试件，进行不同龄期的混凝土力学性能试验，结果列于表5中。
表5 不同龄期各组混凝土的抗压强度
图3 不同龄期各组混凝土抗压强度
从表5和图3可以看出：各组混凝土1、3、7d的强度增长较为明显，基本呈直线增长;各组混凝土28、60、90d的强度增长比较平缓。相对于空白组，掺入聚羧酸减水剂的各组混凝土早期强度有所提高，7d以前，强度增长速率较大，另外增长速率随掺量增加呈先增加后减小的趋势,7d以后增长速率随掺量增加而呈减小趋势，空白组增长速率最大；但是，各组混凝土28、60、90d强度相差不大，增长也不明显。
3、结论
聚羧酸早强减水剂极大程度地改善了管片混凝土的物理性能，具有减水率高，含气量低，早期强度增长较快，对后期强度有一定影响的特点。
管片混凝土的水灰比为0.31，减水剂掺量为1.0％，控制坍落度为（70±20）mm，可提高标养状态下混凝土1d抗压强度45％,标养28d抗压强度提高14％，满足该工程管片生产要求。
随减水剂掺量的增加，管片混凝土的含气量增加，会大幅度降低管片混凝土强度，并且影响管片外观质量。
通过一系列的试验研究，混凝土掺入聚羧酸早强减水剂，具有良好的流动性，坍落度较大且保坍性好，大大改善了混凝土的泌水状况，强度也有提高。
参考文献：
傅乐峰，等.聚羧酸减水剂在地铁盾构管片混凝土中的应用[J].混凝土，2010（243）：127-129.
WANG -Xi-gang,LIANG Wen-quan,YE Qun-shan.Infuluence of supplementary cementing materials on early-age cracking of cement-based. materals[C].HydroPower 2004 International Conference.Yichang,China,2004.
周云.减水剂对混凝土性能影响的试验研究[J].混凝土，2011（265）：86-88.
李雯霞，等.再生混凝土中再生骨料取代率、浆含量、表观密度和吸水率的关系探讨[J].混凝土，2009（10）：60-63.
关键词：早强；混凝土；减水剂；含气量
Abstract: in order to ensure the quality of concrete production conditions, to further improve the segment production efficiency, cost control. Study of polycarboxylate early strength agent on reducing effect, and mechanics of concrete work segment performance results show: water-cement ratio is 0.31, the slump in control of 70 ± 20mm, polycarboxylate superplasticizer early strength concrete segment 1%, the optimal comprehensive performance, meet the production requirements.
Keywords: early strength; concrete; superplasticizer; gas content
中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
0 引言
随着越来越多工程采用盾构法施工，混凝土预制构件及管片的需求量越来越大，加强了对混凝土技术的要求，外加剂早已是混凝土发展中必不可少的一组成部分[1]。聚羧酸减水剂是一种性能独特、无污染的新型高效减水剂，其具有掺量低，减水率高，并可以有效改善混凝土施工性能、减少水灰比，赋予混凝土高强度、高质量，对现实混凝土高性能化具有明显的经济效益和社会效益[2]。
本文通过对掺聚羧酸早强减水剂的管片混凝土的应用研究，考察影响管片混凝土质量的因素，并将其应用到管片混凝土生产中，可以提高管片生产效率，加快模具周转，并进一步提高混凝土管片的质量。
1 试验
1.1 试验器材
本试验涉及到坍落度筒、表观密度仪、BYS-100型标准养护室恒温恒湿控制仪、SY-2型混凝土压力泌水仪、微机控制电液伺服压力机、JL微机控制电液伺服万能试验机、混凝土含气量测定仪、TM-Ⅱ型混凝土弹性模量测定仪、SJD60型单卧轴强制式混凝土搅拌机等室内试验设备。
1.2 试验原材料
水泥：采用英德海螺水泥P.O42.5。
粗料：细骨料采用中砂，细度模数为2.6；粗骨料采用碎石，粒径5—25mm。
聚羧酸减水剂：聚羧酸早强减水剂，性能指标如表1。
表1聚羧酸早强减水剂的性能指标
1.3 试验方法
混凝土拌合物性能参照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試验方法标准》。混凝土力学性能参照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。
1.3.1 混凝土配合比
为了研究聚羧酸早强减水剂对管片混凝土性能的影响，本试验主要是用不同剂量的聚羧酸早强减水剂和空白试验进行对比研究。确保W/C、砂粒等影响因素相同时，定量地反映出聚羧酸管片早强减水剂对混凝土性能的影响，本文对C50混凝土进行不同剂量的聚羧酸早强减水剂对混凝土性能影响规律的研究，设计混凝土配合比，本试验混凝土配合比如表2（其中KB为空白对对比试样，c1、c2、c3分别表示掺量0.8%、1.0%、1.2%的聚羧酸早强减水剂）[3]。
表 2混凝土试件配合比
1.3.2 试件制备与试验
根据各组试验的配合比配制混凝土试件，按照规范要求搅拌，测定各组混凝土的坍落度、表观密度等工作性，标准养护成型后测定各组混凝土的力学性能。
2 试验结果与讨论
2.1 混凝土的工作性能
2.1.1 坍落度
工程项目要求C50管片混凝土的预期坍落度为（70±20）mm，从表3可以看出：C1、C2两组坍落度在预期目标之内，满足项目管片要求。掺不同量聚羧酸早强减水剂对混凝土坍落度影响各异，总体上坍落度随掺量的增加呈增长的趋势，在一定范围的掺量内，聚羧酸早强减水剂对混凝土坍落度影响不显著，超过一定范围后，坍落度随掺量显著增加。
2.1.2 表观密度
表观密度与诸多因素相关，从表3可以看出，各组混凝土的表观密度相差甚微，且它们都在规范要求的范围内[4]。由于减水剂的掺入能够减少混凝土的用水量，降低混凝土的黏度，增加流动性，所以相对于空白组混凝土，掺入减水剂之后，混凝土的表观密度有所增加。
表 3混凝土工作性试验结果
2.1.3 含气量
从图1可以看出，含气量低的管片混凝土表观气孔少，且均为小直径气孔；而在含气量高的混凝土表面，分布大量直径在3mm以上的大气孔。从表3和图1可以看出：掺入减水剂的混凝土含气量相对于空白试验组都有所增加，混凝土含气量随减水剂掺量的增加呈增加趋势。
图1混凝土表观气孔分布
气孔的存在影响了管片的外观，增加外观装饰过程；又影响管片混凝土内部架构，降低混凝土强度，严重的甚至会降低混凝土的抗渗性能。但是，气泡的存在又可以提高混凝土的工作性能，当混凝土含气量过低时，会损失流动性，造成施工困难，所以不能一味降低含气量，应综合考虑生产工艺的便易性[1]。
2.1.4 泌水
防止管片混凝土表面出现砂痕、水印等影响观感的质量问题。对混凝土进行泌水率试验，从图2可以看出：相对于空白试验，参加减水剂的泌水有所减少，很大程度上改善了混凝土的泌水情况，混凝土的泌水性随减水剂的掺入量的增加呈增加减小再增加的趋势。
图2各组混凝土的泌水率
2.2 混凝土力学性能
2.2.1 混凝土 28d力学性能
按表2的配合比配制C50混凝土标准试件，进行力学性能试验，试验结果列于表4中。从表3和表4的试验结果表明可以看出：聚羧酸早强减水剂引气量较高，并且含有早强成分，在一定程度上影响了混凝土的力学性能，与空白组混凝土相比，抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度都稍有减小，且各个力学指标随掺入量的增加呈减少减小再减少的趋势。
表428d混凝土力学性能
2.2.2不同龄期混凝土的抗压强度变化规律
按表2的配合比配制C50混凝土标准试件，进行不同龄期的混凝土力学性能试验，结果列于表5中。
表5 不同龄期各组混凝土的抗压强度
图3 不同龄期各组混凝土抗压强度
从表5和图3可以看出：各组混凝土1、3、7d的强度增长较为明显，基本呈直线增长;各组混凝土28、60、90d的强度增长比较平缓。相对于空白组，掺入聚羧酸减水剂的各组混凝土早期强度有所提高，7d以前，强度增长速率较大，另外增长速率随掺量增加呈先增加后减小的趋势,7d以后增长速率随掺量增加而呈减小趋势，空白组增长速率最大；但是，各组混凝土28、60、90d强度相差不大，增长也不明显。
3、结论
聚羧酸早强减水剂极大程度地改善了管片混凝土的物理性能，具有减水率高，含气量低，早期强度增长较快，对后期强度有一定影响的特点。
管片混凝土的水灰比为0.31，减水剂掺量为1.0％，控制坍落度为（70±20）mm，可提高标养状态下混凝土1d抗压强度45％,标养28d抗压强度提高14％，满足该工程管片生产要求。
随减水剂掺量的增加，管片混凝土的含气量增加，会大幅度降低管片混凝土强度，并且影响管片外观质量。
通过一系列的试验研究，混凝土掺入聚羧酸早强减水剂，具有良好的流动性，坍落度较大且保坍性好，大大改善了混凝土的泌水状况，强度也有提高。
参考文献：
傅乐峰，等.聚羧酸减水剂在地铁盾构管片混凝土中的应用[J].混凝土，2010（243）：127-129.
WANG -Xi-gang,LIANG Wen-quan,YE Qun-shan.Infuluence of supplementary cementing materials on early-age cracking of cement-based. materals[C].HydroPower 2004 International Conference.Yichang,China,2004.
周云.减水剂对混凝土性能影响的试验研究[J].混凝土，2011（265）：86-88.
李雯霞，等.再生混凝土中再生骨料取代率、浆含量、表观密度和吸水率的关系探讨[J].混凝土，2009（10）：60-63.