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1、孔道压浆料专用塑性膨胀剂的试验研究胡亮1，徐智勇1，段双1，杨杰1，王佳放1，吴翠娥2（1武汉源锦商品混凝土有限公司，武汉，4300702武汉三源特种建材有限责任公司，武汉，430070）摘要：本文主要研究了塑性膨胀剂发气组分A、改性增强组分B对压浆料性能的影响，并对塑性膨胀剂的作用机理进行了分析。结果表明：采用有机物A作塑性膨胀剂的发气组分，适宜掺量为0.1%；采用化合物B作为塑性膨胀剂改性增强组分，当掺量为0.03%，压浆料的24h自由膨胀率从2.4%增加到4.1%，效果显著。自配的塑性膨胀剂组成为A：B=77：23。关键词：塑性膨胀剂；压浆料；发气组分；改性增强组分中图分类号：TU528
2、.042后张法预应力混凝土结构凭借其可靠的耐久性，在诸如桥梁、高层建筑等大跨度板梁结构中有着广泛的应用。孔道压浆料则在该结构中承担着保护预应力钢筋不受有害离子侵蚀，以及使预应力钢筋和周围混凝土结为整体协同工作的重任1。因此，孔道压浆料性能好坏直接关系到后张法有预应力混凝土结构的耐久性。铁道部于2008年颁布实施的TB/T31922008铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件是目前国内针对孔道压浆料较为全面的技术规范。规范中规定了压浆料浆体24h自由膨胀率为03%，并明确提出禁止使用高碱性膨胀剂或以铝粉为膨胀源的膨胀剂2。这就限制了氧化钙类膨胀剂和铝粉在压浆料中的应用。而目前目前常使用的铝酸盐
3、、硫铝酸盐、氧化镁类膨胀剂反应较慢，在24h内基本无自由膨胀。齐东有、黄玉娟3,4等研究认为：压浆料的塑性收缩会在预应力孔道体系中产生空隙，导致氯离子等有害杂质快速渗入，大幅度降低灌浆料的保护作用，导致预应力筋的过早锈蚀。因此，要求用于压浆料的膨胀剂必须在早期塑性阶段具有微膨胀性能，补偿浆体的塑性收缩，确保压浆料在孔道内的充盈度达标。目前，市面上存在的能满足压浆料要求的塑性膨胀剂品种很少，主要是中国建筑科学研究院开发的ZYG-S塑性膨胀剂、唐山北极熊的CSA塑性膨胀剂、北京荣泰兴科技的EEA-101的塑性膨胀剂。但是其价格昂贵，高达4580元/kg，而且在产品作用机理上神秘化，宣称采用核心进口
4、原料，不利于其在工程上的大规模推广应用。针对这一现状，本文通过对塑性膨胀剂的作用机理进行深刻分析，采用国产化工原料，开发出价格低廉、性能满足TB/T31922008要求的压浆料专用塑性膨胀剂，并对其相关性能进行了研究。1.实验1.1 原料水泥：华新PO42.5普硅水泥；减水剂：苏州兴邦化学建材有限公司生产的聚羧酸减水剂PC-1016，粉剂；普通膨胀剂：武汉三源特种建材生产的UEAW，主要提供硬化后的膨胀；塑性膨胀剂：主要组分为发气组分A（有机物）、改性增强组分B（有机酸盐），均采用国产化工原料。与北京荣泰兴科技的EEA-101做对比试验。1.2 试验方法 流动度按照TB/T31922008附录
5、A进行，自由泌水及24h膨胀率试验按附录B进行，充盈度试验按附录E进行。抗压强度测试按GB/T17671-1999进行，采用70.7mm*70.7mm*70.7mm砂浆试模。1.3 试验方案 塑性膨胀剂基本作用机理是发气组分在水泥水化产物Ca（OH）2的作用下，逐步释放气体，从而使压浆料浆体在塑性阶段产生膨胀。根据这一机理，选择不同的化学物质进行试验（必须无氯离子，无毒性），通过流动度和自由膨胀率进行筛选，确定合适的物质作为塑性膨胀剂发气组分；发气组分确定后，分析其与水泥水化产物Ca（OH）2反应原理，采用合适的化合物对其进行改性增强处理，提高其在塑性阶段的膨胀效能；自配的塑性膨胀剂与EEA-
6、101的综合效能对比分析；分析总结自配的压浆料专用塑性膨胀剂的作用机理。2 结果和讨论2.1 塑性膨胀剂发气组分的选择及掺量的确定 本组实验采用的压浆料基本配比如表1所示。表1 基本配合比原料华新425水泥UEAW塑性膨胀剂PC1016水水胶比用量/g2700291.735.49600.32 从现有的塑性膨胀剂产品的作用原理来看：塑性膨胀剂中的发气组分在常温下与压浆料浆体中的Ca（OH）2发生反应生产气体，引起浆体膨胀。根据这一反应，本试验选取了铵盐、尿素以及有机物A作为发气物质，进行了压浆料试验。结果如表2所示。表2 不同发气组分对压浆料流动度和自由膨胀率的影响发气组分出机流动度/s30mi
7、n流动度/s3h自由膨胀率/%24h自由膨胀率/%硝酸铵152500碳酸铵203000尿素173000有机物A15181.22.5 从表2的结果以及试验操作显示：采用硝酸铵、碳酸铵做发气组分，压浆料加水搅拌后会产生大量刺激性氨气，浆体在3h、24h没有自由膨胀率。而且，加了碳酸铵后，压浆料浆体的流动性大大降低，30min后流不动，原因在于碳酸盐会导致压浆料促凝。加入尿素做发气组分，现象与铵盐类似，也会导致促凝，压浆料流动性大大降低。由此可见，采用铵盐、尿素做塑性膨胀剂的发气组分并不可行，其与浆体中的Ca（OH）2反应太快，在浆体搅拌过程中即反应完全。 采用有机物A作为发气组分，压浆料的流动性和
8、自由膨胀率均达到要求，在掺量为总量0.1%的情况下，压浆料3h、24h自由膨胀率分别为1.2%、2.5%，符合TB/T31922008的要求，表明该有机物在浆体的塑性阶段，能逐步与水泥水化产物Ca（OH）2反应并产生气体，使浆体膨胀，从而补偿塑性收缩。 采用有机物A作为塑性膨胀剂的发气组分，研究了A掺量对压浆料流动度、自由膨胀率、7d抗压强度的影响。结果如表3所示。表3 A掺量对压浆料流动度、自由膨胀率、抗压强度的影响A掺量/%压浆体流动度/s自由膨胀率/%7d抗压强度/MPa出机30min3h24h0.0515220.61.548.00.1014181.22.545.50.1512161.5
9、3.138.90.2012151.95.934.2从表3可以看出：随着发气组分A掺量的增加，压浆料的流动度基本呈逐渐降低的趋势，说明压浆料的流动性逐渐变好；压浆料的自由膨胀率随A掺量的增加显著增加，但7d抗压强度却明显降低。这是因为：A掺量越多，发气组分与水泥水化产物Ca（OH）2反应并产生气体越多，浆体膨胀率越大，硬化后浆体中的空洞越多，密实度降低，从而导致抗压强度下降。从压浆料的自由膨胀率、力学性能以及成本方面考虑，发气组分A的适宜掺量为0.10%。2.2 塑性膨胀剂的改性增强组分的确定采用有机物A作为压浆料的发气组分，掺量为0.1%，试验过程中发现压浆料加水搅拌过程中，会释放出一定的气体
10、，说明A与水泥中的水化产物Ca（OH）2在搅拌过程中即开始发生释放气体反应，其塑性膨胀效能有一定的浪费。为了提高其塑性膨胀效能，如能采用一种物质作为改性组分，其能抑制搅拌过程中能抑制A与Ca（OH）2的反应。而且，塑性膨胀剂的作用时期是在压浆料浆体处于塑性阶段，如能适当延长浆体的塑性阶段，将有助于增强塑性膨胀剂的塑性膨胀效能。根据这两条件，本实验选择化合物B作为塑性膨胀剂的改性增强组分，该物质一方面能延长浆体的塑性阶段，而且在早期能延缓A与水泥中的水化产物Ca（OH）2的反应。B掺量对压浆料流动度和自由膨胀率的影响如表4。表4 B掺量对压浆料流动度和自由膨胀率的影响B掺量/%压浆体流动度/s自
11、由膨胀率/%出机30min3h8h24h0.00015201.22.52.50.01514.5181.42.930.03014171.53.84.10.0451316.51.63.94.1 从图4可以看出：随着B掺量的增加，压浆料的流动度降低，说明B的加入有助于进一步提高浆体的流动性。从图5可以看出：随着B的增加，压浆料的3h自由膨胀率逐渐增加，这是由于B能抑制发气组分A在浆体搅拌过程中因发生反应而造成的损失。从8h、24h的自由膨胀率可以看出，浆体的自由膨胀率随B的增加而增大，未掺B和掺0.03%B的24h自由膨胀率，从2.5%增加到4.1%，增加显著。这是由于B的加入延长了浆体的塑性阶段，
12、使塑性膨胀剂的发气效率充分发挥。但这种效果不是无限增加，由于发气组分A的量一定，其在塑性阶段生产的气体量一定，所以压浆料的自由膨胀率有一个最大值。而且塑性阶段的过度延长也会对压浆料的工作性能和力学性能产生不利影响。 从以上结果可以确定B的适宜掺量在0.03%。2.3 塑性膨胀剂综合性能研究 从2.1、2.2的结果可以看出：塑性膨胀剂的组分为0.1%A和0.03%B，即总掺量为压浆料总量的0.13%，24h自由膨胀率为4.1%，超过TB/T31922008中的要求。调整塑性膨胀剂的掺量为0.1%（A0. 077%，B 0 . 023%）。自配塑性膨胀剂与北京荣泰兴科技的EEA-101性能对比如下
13、，掺量均为0.1%。结果见表3。表5 自配塑性膨胀剂与EEA-101的性能比较项目自配塑性膨胀剂EEA-101出机流动度/s141430min流动度/s2022泌水率/%003h自由膨胀率/%0.91.18h自由膨胀率/%2.52.324h自由膨胀率/%2.72.3充盈度合格合格7d抗压强度/MPa46.043.8 从表3中的数据可知：本实验自配的塑性膨胀剂与北京荣泰兴科技的EEA-101的性能相差不大，均能达到TB/T31922008铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件中的指标要求。 本试验自配的塑性膨胀剂绿色环保，不含氯离子和毒性，而且在塑性阶段膨胀率大，可用于有塑性膨胀要求的水泥灌浆
14、料。 3 塑性膨胀剂的作用机理分析 通过以上试验结果，可以总结压浆料专用塑性膨胀剂的作用机理为： 有机物A做发气组分，在压浆料浆体的塑性阶段，与浆体中的水泥水化产物Ca（OH）2反应，逐步生成气体，该气体以小气泡的形式存在于浆体中，使压浆料浆体膨胀，从而补偿塑性阶段的收缩，确保压浆料在孔道内充盈。改性增强组份B一方面可以延长压浆料浆体的塑性阶段，使塑性膨胀剂的效能充分发挥，另一方面，可以减缓搅拌过程中发气组分A与Ca（OH）2反应速率，降低塑性膨胀剂在浆体搅拌过程中膨胀效能的流失。发气组分A和改性增强组分B共同作用，赋予塑性膨胀剂在浆体塑性阶段的膨胀效能。4 结论 采用有机物A作塑性膨胀剂的发
15、气组分，适宜掺量为0.1%，24h自由膨胀率2.5%。 采用化合物B作改性增强组分，在B掺量0.03%，A0.1%，压浆料的24h自由膨胀率从2.5%增加到4.1%，效果显著。 自配的塑性膨胀剂组成为A：B=77：23（质量比），掺量为0.1%时，与北京荣泰兴科技的塑性EEA-101膨胀剂效能相近。 5 参考文献, 1 王发洲， 曾兴华，周宇飞等. 铁路后张法预应力混凝土管道压浆剂的研制J. 化学建材，2008，24（4）：5255.2 TB/T31922008铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件Z，2008-07-01.3 黄玉娟，侯书恩，靳洪允等. 预应力孔道灌浆材料性能的影响因素J.
16、混凝土与水泥制品，2009（6）：3235.4 齐东有，汪智勇，韩桂华等。水泥基灌浆料专用膨胀剂的研究，混凝土膨胀剂及其应用混凝土裂渗控制新技术第四届全国混凝土膨胀剂学术交流会论文集C，北京，2006.The experimental study of special plastic expansive agent used in duct groutsHU Lliang1 ，XU Zhiyong1，DUAN Shuang1，YANG Jie1，WANG Jiafang1，WU Cuie2（1Wuhan Yuanjin Commercial Concrete limited company，W
17、uhan，4300702 Wuhan Sanyuan Special building materials limited liability company，Wuhan，430070）Abstract：The influence of the gas forming component and modifying component which made of the plastic expansive agent on the duct grouts were mainly investigated in this paper，and the mechanism of plastic ex
18、pansive agent was also analyzed。The results indicated that the organics A was determined as gas forming component，and its suitable addition was 0.1%。The compound B was chosen as modifying component，when its addition was 0.03%，the 24h free expansion rate of plastic expansive agent was greatly increased from 2.4% to 4.1%。Therefore，the composition of plastic expansive agent was described as A：B=77：23。Keywords：plastic expansive agent；grouts；gas forming component；modifying component作者简介：胡亮，男，1985年生，湖北汉川人，硕士研究生，从事混凝土外加剂及特种混凝土方面研究，武汉源锦商品混凝土有限公司研发中心。联系方式：15071212641，hl1985617。
