改性氨基磺酸盐高效减水剂在PHC 管桩高强混凝土中的应用

黎 韬 林 鹏 吴善才

（1 广东省建筑材料研究院，广东 广州 510160；2 广州市建筑材料工业研究所有限公司，广东 广州 510663）

1 前言

预应力混凝土管桩(简称PHC 桩)是在高强高性能混凝土(HPC)和预应力技术的基础上发展起来的混凝土预制构件。PHC 桩由于其混凝土强度等级超过C80，具有强度高，单桩承载力大，耐打性好，设计选用灵活方便，成桩质量可靠，对桩端持力层起伏变化较大的地质条件适应性强，施工速度快，检测时间短，监理方便，现场管理简单，综合经济效益指标好等优点〔1〕，因此得到了建筑界人士的青睐，在国内、外得到了迅速发展。目前在我国的珠三角、长三角、港澳地区、国外的日本及东南亚等许多国家得到了广泛的使用。高效减水剂作为生产高强高性能混凝土必不可少的材料之一，在管桩生产中也得到了大量的应用。传统的萘系高效减水剂存在混凝土坍落度损失较快，水泥适应性较差等问题。而氨基磺酸盐高效减水剂不但具有减水率较高，不引气，对凝结时间影响小，与水泥适应性较好的特点，还可有效地控制混凝土坍落度损失。但是氨基磺酸盐高效减水剂掺量较高时易引起混凝土较大的泌水，因而需对这种高效减水剂进行改性。这样既可以弥补传统高效减水剂的不足，也提高了管桩生产的工作效率。

2 合成试验

2.1 试验原材料

对氨基苯磺酸钠，纯度不小于99%，工业级；苯酚，纯度89%，工业级；甲醛，纯度≥37%，工业级；碱性调节剂(氢氧化钠等)；催化反应助剂。

2.2 合成试验仪器

电热恒温水浴，定时电动搅拌器，四角烧瓶，梨形漏斗，球型漏斗。

2.3 合成工艺

称取一定量的对氨基苯磺酸钠，置于装有温度计、搅拌器、滴液漏斗、回流冷凝管的四口烧瓶中。加入苯酚和水，升温使其全部溶解，加热溶液的温度到80～90℃，保持此温度约1h 后，加入改性调节剂，加完改性调节剂后，调节pH值至8.5～9.5之间，然后再缓慢的滴加甲醛溶液，温度保持在85～95℃之间，加完甲醛后加入少量催化反应助剂，恒定温度88～96℃保持4～5h，保温结束后加入适量的氢氧化钠溶液（与苯酚、甲醛余液反应，消除苯酚对环境的污染），调节pH 值至9～10，然后降低温度，保持温度在40～50℃反应2～3h，冷却，即得改性氨基磺酸系减水剂。

3 水泥净浆及混凝土试验

3.1 试验原材料

水 泥：粤 秀P· Ⅱ42.5R；华 润P·Ⅱ42.5R；粤花P.Ⅱ42.5R；华润P.O42.5R；英马P.O42.5R；台泥P.O42.5R；石井P.O42.5R；海螺P.O42.5R；

掺合料：磨细石英砂（比表面积≥420m2/Kg），SiO2含量92.0%；

细集料：河砂，细度模数M=2.7；

粗集料：5～20mm 碎石；

外加剂：FDN 萘系高效减水剂，改性氨基磺酸系减水剂。

3.2 试验方法

按国家标准《混凝土外加剂均质性试验方法》GB/T 8077-2000〔2〕检测产品的匀质性指标，流动度检测按照：水泥500g，水灰比W/C=0.29(外加剂为液体产品，固体含量30.0%，掺量为1.5%进行试验。

按国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T 50080-2002〔3〕进行搅拌混凝土，测试混凝土的初始坍落度，观测混凝土粘聚性能，评价混凝土和易性的好坏，然后将混凝土拌合物装 入100mm×100mm×100mm的 抗 压 强 度 试模中，振动密实成型，成型的试件先静置2h 后，放入养护池进行养护，在1h 内升温至85℃，恒温4h，然后在0.5h 左右把温度降至常温，拆除试模。将部分试件进行强度试验，试压的强度为蒸养强度值；剩余的试件放入高压釜中，2h 升温至178℃，蒸气压力升至0.95MPa～1.0 MPa 恒温5h，3h 左右降至常温常压，将试件冷却，进行强度试压试验，所测得强度之为压蒸强度值〔1〕。

3.3 试验结果及分析

采用合成的改性氨基磺酸系减水剂分别进行了水泥净浆流动度试验和混凝土坍落度试验，试验结果表明，改性氨基磺酸系减水剂与大部分的水泥适应性良好，不论是水泥净浆流动度或水泥混凝土试验，改性后的氨基磺酸系减水剂保持净浆流动度和混凝土坍落度的性能良好，对于混凝土的凝结时间没有大的影响，具体的试验数据见表1、表2 和表3。

表1 水泥净浆流动度

根据上述实验结果知道，和掺加萘系的混凝土相比较，掺加改性氨基磺酸盐高效减水剂的混凝土具有更小的坍落度经时损失，抗压强度与萘系高效减水剂无大的差别，因而改性氨基磺酸盐高效减水剂可以适用于管桩混凝土的生产。

对高强管桩应用改性氨基磺酸盐高效减水剂,我们针对三种管桩生产厂家常用水泥进行试验，经过多次的高强混凝土试验，管桩混凝土的蒸养强度和压蒸强度试验结果统计见表4。

表4 中的实验结果表明：在混凝土中使用改性氨基磺酸盐高效减水剂后，混凝土从搅拌到进行管桩生产时的坍落度变化不大，蒸养强度、压蒸强度与萘系高效减水剂配制的混凝土强度相差很小，混凝土无泌水现象，和易性良好，符合管桩混凝土的要求，达到管桩混凝土应用的试验预期效果。

4 改性氨基磺酸盐高效减水剂在PHC高强管桩混凝土中的应用

表2 改性氨基磺酸盐高效减水剂的性能测试

表3 混凝土拌合物性能及混凝土抗压强度

表4 高强混凝土蒸养强度和压蒸强度

根据研制产品的上述各项试验数值看，这种产品的性能已经能够满足管桩混凝土的要求，因而我们使用这种新型的高效减水剂进行了管桩的生产应用。表5 为某管桩有限公司使用改性氨基磺酸盐高效减水剂进行生产管桩混凝土的强度统计数据，水泥为华润P·Ⅱ42.5R 型号。

在管桩外观质量及力学性能上，根据生产质量数据统计，使用改性氨基磺酸盐高效减水剂后，管桩的外观质量不合格率略有下降。而根据跟踪的混凝土强度试件的抗压强度情况，数据如表5所示，混凝土抗压强度亦能满足管桩混凝土强度的要求。

表5 管桩混凝土的强度统计

根据对生产的跟踪，管桩混凝土使用改性氨基磺酸盐高效减水剂以后，流动性较好，布料时人工插捣的现象和频次少了。此外，坍损情况有显著的改善，以往因为某些工序的问题耽误布料几分钟，布料就变得很困难，使用改性氨基磺酸盐高效减水剂时，我们曾有意停留10～15 分钟，布料仍然很轻松。

表6 管桩离心后废浆情况统计

在离心工艺上，通过对废浆量及浆中含水率情况分析，相比平时使用萘系生产的管桩的废浆量基本没有差别。在管桩的外观质量方面，观察管桩的外表面、管桩内壁状况（如有内壁是否存在挂浆塌壁，表壁面露石或蜂窝等现象），基本上没有大的变化〔4〕。

在管桩吊装、运输及工地施工应用上，根据现场的施工情况跟踪以及工地的现场施工打桩的反馈情况，也会存在少量的破损断桩情况，与使用萘系高效减水剂生产的管桩施工状况相比，情况基本没有大的差别。

5 结论

1）掺加改性氨基磺酸盐高效减水剂配制的高强度混凝土，能满足生产预应力管桩的强度要求。

2）由于改性氨基磺酸盐高效减水剂具有高的减水率及较好的水泥适应性，且具有控制坍落度损失的功能，在进行管桩的生产布料时，混凝土能始终保持较好的工作性，使得生产的效率有很大的提高。

3）改性氨基磺酸盐高效减水剂在管桩混凝土中高掺量应用时无泌水现象产生，对混凝土凝结时间无大的影响。

[1]阮起楠著.预应力混凝土管桩 .北京：中国建材工业出版社，2000年

[2]《混凝土外加剂均质性试验方法》GB/T8077-2000，国家质量技术监督局，2000年

[3]《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2002，国家质量技术监督局，2000年

[4]《纪念中国混凝土外加剂协会成立20 周年—混凝土外加剂新技术发展研讨会论文集》 2006年