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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第2期

復合超早強型外加劑在HPC管樁混凝土中的應用技術

王海濤，張峰，徐錦富，王劍，洪強，劉陽，李春峰，李翠芬

［摘 要］本文主要考察了一種采用絡合穩定手段制備而成的無機—有機雜化插層型納米級懸浮均勻的活性晶種與聚羧酸高性能減水劑和適量保水組分、促凝組分復合而成的超早強聚羧酸外加劑，考察其凈漿流動度對不同廠家水泥的適應性、混凝土新拌性能和力學性能及耐久性能的影響。結果表明，該超早強型聚羧酸外加劑相比普通聚羧酸外加劑，其初終凝時間提前 90min 以上，能有效促進水泥基材料早期強度，使用其制備的混凝土拌合物含氣量與普通聚羧酸外加劑和傳統早強型聚羧酸外加劑相比含氣量沒有變化，且灰態相對柔和，易于成型，不影響混凝土后期力學性能和耐久性能。與傳統無機鹽或有機物復合的傳統早強型聚羧酸外加劑相比，優勢明顯。

［關鍵詞］超早強；節能增效；PHC 管樁；耐久性

0 引言

節能減排是建材工業轉型升級，實現可持續發展的基礎，混凝土預制構件，如高強預應力管樁、地鐵管片混凝土等，在生產過程中，為了加快模具周轉速度，一般采用高溫（60～90℃）蒸汽或蒸壓養護工藝，導致養護能耗高，且影響到混凝土預制構件的長期耐久性能。傳統早強劑能夠加速水泥早期水化，然而傳統的早強劑多為氯化物、硫酸鹽和硝酸鹽等無機鹽類或者是三乙醇胺、甲酸鈣等有機物類，其摻量高、成本高，對于混凝土24h內早期作用非常有限，并且容易導致混凝土的抗滲性和耐腐蝕性能降低。

預應力混凝土管樁作為一種廣泛應用于基礎工程領域的構件，在國內市場上擁有巨大潛力。全球對清潔能源的需求不斷壯大，根據國際能源署的數據，到2025年，全球光伏發電裝機總容量將達到150GW，其中中國、印度、美國等國家將是主要市場，這將進一步推動光伏發電管樁行業的發展。由于預制樁混凝土生產工藝的要求（混凝土離心前具有一定的保坍性）及使用需要（要求自身具有較高的混凝土強度），聚羧酸高性能減水劑對水泥有更好的分散作用，能大大提高拌合物流動性和大幅度降低用水量，符合節能低碳的發展要求。不過，在推廣使用中發現，聚羧酸對環境溫度與混凝土原材料要求較高，使用不當會加速坍落度損失，摻量過大容易泌水造成新拌混凝土板結，灰態發粘發沉等現象，不利于工人操作，影響成型，耽誤下一道工序。為此，公司技術部根據京津冀周邊管樁廠不同原材料和設計要求，利用L(3)正交表安排試驗，主要考察混凝土的1d、3d、7d、28d的抗壓強度比，經由極差分析和方差分析，尋找不同促凝組分、早強組分之間的關系，開發出一種由少量促凝成分和納米活性晶種早強成分的新型復合超早強聚羧酸外加劑。在預制構件施工中，超早強型聚羧酸外加劑能夠使對水泥早期水化過程中提供晶體生長位點，有效縮短水泥水化誘導期，從而有效提高混凝土早期強度。不同于傳統的早強聚羧酸外加劑，該超早強型聚羧酸外加劑在改善新拌混凝土工作性能的同時，不會影響水泥混凝土后期力學性、耐久性等指標。該產品在縮短蒸養時間，可提高模具的使用效率，為預制構件廠節省能耗。

1 試驗

1.1 混凝土原材料

（1）水泥：唐山冀東三友PO42.5R水泥，3天抗壓強度35MPa，28天抗折、抗壓強度分別為8.3MPa和51.0MPa。唐山燕東三友PO42.5R水泥，3天抗壓強度36MPa，28天抗折、抗壓強度分別為8.1MPa和50.0MPa。

（2）摻合料：唐山建鑫，28天活性指數97%。

（3）膨脹劑：天津豹鳴，水中7d限制膨脹率0.037%。

（4）防腐阻銹劑：天津豹鳴，抗蝕系數1.0。

（5）砂：使用河北遵化Ⅱ區中砂（機制砂），含泥量0.8%，細度模數2.7。

（6）石子：河北遵化尾礦石，粒徑為5～20mm連續級配，壓碎指標值6.1%，含泥量0.3%，針片狀含量5.2%。

（7）外加劑：天津市飛龍砼外加劑有限公司樣品① JFL-2聚羧酸高性能減水劑（標準型）；樣品② JFL-2E型傳統早強聚羧酸外加劑（有機胺＋無機鹽復合型）；樣品③ JFL-2E型復合超早強聚羧酸外加劑（無機鹽促凝組份＋納米活性晶核復合型）。

1.2 試驗方法

水泥凈漿流動度試驗方法參照GB/T 8076—2008《混凝土外加劑》中規定的方法進行，水灰比為0.29，外加劑摻量按液體2.0%摻入（樣品均為折固含量10%）。

新拌混凝土性能測試按照國家標準GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能測試方法》中規定的方法進行，混凝土力學性能、抗硫酸鹽性能及氯離子滲透性能分別按GB/T 50081—2019《普通混凝土力學性能測試方法》和GB/T 50082—2016《普通混凝土長期性能和耐久性能測試方法》中規定的方法進行。外加劑的摻量均以試驗的膠凝材料總質量為準，按液體2.0%計算。

1.3 試驗強度

（1）超早強型聚羧酸外加劑與普通聚羧酸外加劑和傳統早強聚羧酸外加劑對水泥凈漿流動度的影響試驗結果見表1。

從表可以看出，普通聚羧酸外加劑針對這兩種水泥凈漿流動度60min后，損失較小，傳統早強型和超早強型外加劑30min后損失相差不大，60min超早強型減水劑損失明顯高于傳統早強型減水劑和普通聚羧酸外加劑（標準型）。這種現象是由于復合超早強型聚羧酸外加劑加速了水泥早期水化，從而促進了水泥絮凝結構的形成，加大了凈漿流動度的損失。

（2）超早強型聚羧酸外加劑對混凝土新拌性能的影響，根據站里的材料通過優化砂石級配，確定最佳水膠比和砂率后設計試驗用混凝土配合比，見表2。水膠比0.26，分別采用冀東和燕東兩種水泥，采用相同配合比和用水量，考察了超早強聚羧酸外加劑與早強聚羧酸外加劑和普通聚羧酸外加劑（標準型）對混凝土出機和30min坍落度的影響，以及凝結時間。見表3。

在兩種不同水泥中，與普通聚羧酸外加劑和傳統早強型聚羧酸外加劑相比，超早強型聚羧酸的摻入對混凝土含氣量基本無影響。從混凝土30min損失觀察，傳統早強型聚羧酸外加劑損失明顯高于普通聚羧酸外加劑和超早強聚羧酸外加劑；從凝結時間來看，傳統早強型和復合超早強型聚羧酸外加劑初凝時間明顯縮短，不同水泥中縮短幅度略有差距，但超早強型聚羧酸外加劑初終凝時間差比普通聚羧酸外加劑明顯提前90110min，復合超早強聚羧酸外加劑初凝和終凝時間差比傳統早強聚羧酸外加劑提前1015min

（3）復合超早強聚羧酸外加劑與普通聚羧酸外加劑和傳統早強聚羧酸外加劑對混凝土早期和后期力學性能的影響見表4。

通過在兩種水泥中，復合超早強型聚羧酸外加劑相比較普通聚羧酸外加劑和傳統的聚羧酸早強外加劑，在6h蒸養強度上和1d標準養護強度方面優勢明顯，高出8～14MPa，7d強度方面也高出8MPa，后期強度28d和56d強度相差不大，沒有出現強度早期強度過快發展造成后期強度受損現象，且發展規律明顯。早期和后期強度增長如圖1、圖2。

2 工程應用實例

天津鼎金新材料有限公司年產20萬噸聚苯乙烯項目，工程地址位于天津經濟開發區南港工業區，HKFZ 500-300AB，樁長20～25米，合同簽訂30000延米。預應力混凝土空心方樁由天津潘莊建材有限公司提供，因該項目地處大港海邊，根據其地質勘察結果，地下水對混凝土結構具有腐蝕性，腐蝕介質為SO^2-，在長期浸水條件下，地下水對混凝土結構及混凝土結構中的鋼筋具有中等腐蝕性，腐蝕介質為Cl。樁身預應力鋼筋保護層厚45mm，支架基礎型號為PHC400(95)B，單根長約14m，抗硫酸鹽型號為PHC400(95)C，單根長約15m，16m，17m，型號為PHC500(100)AB，單根長約18.0m：抗硫酸鹽一體機基礎PHC樁型號為 PHC 400 AB 單根長約15m。

混凝土設計要求：抗硫酸鹽混凝土強度等級C80，混凝土抗滲等級P12，樁身混凝土28d齡期氯離子遷移系數7，抗凍等級150，等級KS1500.85，56d氯離子遷移系數DRCM1.5×10^-12/s。

實際施工過程中混凝土性能：為了更好地檢驗超早強聚羧酸外加劑在現場應用過程中工作性能，現場對混凝土進行取樣檢測。混凝土出機至30min狀態柔和，和易性優良，粘度適中，布料一次成型。離心后，內壁光滑，余漿很少。復合超早強聚羧酸外加劑的使用，混凝土早期強度提高，脫模時間提前，縮短了蒸汽養護時間由原來的6個小時降到5個小時，見圖3、圖4。

混凝土耐久性能各項指標均能滿足該項目工程設計要求，檢測結果見表5。

結語

（1）與普通聚羧酸外加劑和傳統早強聚羧酸外加劑相比，復合超早強聚羧酸外加劑通過找好促凝、早強組分在水泥水化中的平衡點，能加速水泥早期水化，從而促進水泥絮凝結構的形成，能夠為水泥早期水化過程中提供晶體生長位點，有效縮短水泥水化誘導期，從而有效提高混凝土早期強度。

（2）復合超早強聚羧酸外加劑，對新拌混凝土含氣量和30min后的坍落度損失基本無影響，且混凝土柔軟度，用手揉搓成型可塑度均優于普通聚羧酸外加劑和傳統早強聚羧酸外加劑。

（3）通過對混凝土氯離子滲透性能、抗滲性能、抗硫酸鹽及抗凍性能的檢測結果來看，該復合超早強聚羧酸外加劑對混凝土長期耐久性能未見負面影響。

（4）蒸養強度及早期強度的提高，脫模時間提前了近60min，節省了燃氣并加快了模具的周轉，為預制工廠節省了能耗。

參考文獻

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供稿人：王海濤，張峰

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規范】

《建筑固廢再生砂粉應用技術規范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術規程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預拌混凝土產品質量追溯規范》團標

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2025全國混凝土行業創新發展與廢棄物資源再生技術交流大會

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續發展論壇暨2025中國商品混凝土年會

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混凝土（砂漿）試驗檢測方法實操教學線上培訓

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高速公路及橋涵高性能混凝土技術咨詢

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[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結構自保溫技術體系》推廣等

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建筑垃圾再生輕粗骨料技術

碳化再生骨料制備技術

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《新技術在混凝土中的應用》圖書

《常見預拌混凝土質量事故分析百例》圖書

《預拌混凝土企業標準化試驗室建設指南》圖書

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