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宏信科技:HX水泥混凝土增强剂的应用及经济效益分析

宏信科技:HX水泥混凝土增强剂的应用及经济效益分析

发布时间:
2015/03/25
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HX水泥混凝土增强剂的应用及经济效益分析
高顺中,孙岩,邓程鸿
[株洲宏信科技发展有限公司,株洲市 412300]
 
摘要:水泥混凝土增强剂是一种新型的混凝土外加剂,在保证混凝土性能的前提下,可降低胶凝材料的用量。本文系统研究了HX水泥混凝土增强剂对水泥混凝土工作性能和抗压强度的影响。研究结果表明,使用HX水泥混凝土增强剂能有效改善混凝土的工作性能,并可提高混凝土抗压强度;在保证混凝土性能不变的前提下,可使水泥和矿粉的用量减少10~15%,有效降低水泥混凝土的原材料成本。
 
关键词:混凝土增强剂;工作性能;抗压强度;效益分析
 
Abstract: Concrete enhancer is a new type of concrete admixture that can reduce the consumption of cement and slag for concrete production in the premise of ensuring the performance of concrete. This study discussed the influence on workability and compressed strength after application of concrete enhancer of Hongxin Brand during concrete production. This research result showed that 10 to 15 percent of cement and slag quantity can be reduced by using concrete enhancer combined with normal concrete admixture without any side effect on both concrete workability and compressed strength decreased. This new technology can benefit ready mix concrete producers effectively. 
 
Key words:Concrete enhancer; workability; compressed strength; Economical analysis
 
 引言
 
    商品水泥混凝土是目前使用最为广泛的建筑材料之一,但是,在水泥混凝土的生产、固化过程中,即水泥和其它胶凝材料的水化硬化过程中,其中有近20%的水泥没有参与水化反应或未完全水化,只起微集料的填充作用。如何提高混凝土中水泥参与水化反应的效率,降低胶凝材料的用量,成为降低混凝土生产成本的重要途径。株洲宏信科技发展有限公司生产的HX水泥混凝土增强剂是一种新型的水泥混凝土外加剂,通过引入小分子表面活性剂,与减水剂共同作用,使水泥颗粒团在混凝土拌合过程中分散得更加均匀,从而显著提高水泥水化效率。通过HX水泥混凝土增强剂的使用,在保证混凝土性能的前提下,能够减少水泥用量,经济效益和节能减排的社会效益非常明显,特别是在水泥价格较高时,经济效益尤为显著。
前几年,行业内对混凝土增强剂的应用技术研究较少,对混凝土增强剂在使用中所出现的一些问题未能有效解决,严重影响了水泥混凝土增强剂更大范围的推广应用。针对这些问题,株洲宏信科技发展有限公司自主研发了HX水泥混凝土增强剂,针对HX水泥混凝土增强剂对水泥混凝土工作性能和强度的影响进行了比较深入的研究,并对混凝土搅拌站使用HX水泥混凝土增强剂提供全程技术跟踪服务,在混凝土搅拌站的生产控制、现场浇筑施工控制等方面累积了大量应用数据和工程经验,可为水泥混凝土增强剂的推广应用提供重要的实验基础和实践经验。
 
一、原材料与试验方法
 
1.原材料
(1)水泥:湖南南方P.O42.5水泥,性能指标见表1。
表1水泥物理性能技术指标
株洲宏信科技发展有限公司
 
(2)矿粉:江西萍乡联达矿粉有限公司S95级矿粉,比表面积445m2/kg,7d 抗压强度比82%,28d 抗压强度比103%。
(3)粉煤灰:株洲电厂Ⅱ级粉煤灰,细度(45μm)12.5%,需水比98%,含水率0.1%,烧失量4.3%。
(4)细集料:株洲茶陵砂厂高湖天然河砂,细度模数2.8,颗粒级配良好(Ⅱ区),含泥量1.6%,泥块含量0。
(5)粗集料:茶陵平水碎石厂石灰石碎石,5~31.5mm连续级配,含泥量0,泥块含量0,石粉含量2.2%,压碎指标5.5%,针片状指标3.2%。
(6)水:可饮用自来水。
(7)减水剂:自产的HX聚羧酸系减水剂,减水率17.2%,掺量1.8%时净浆流动度为210mm,30min后220mm,60min后200mm,120min后190mm。
(8)增强剂:自产的HX水泥混凝土增强剂,半透明液体,无毒,无污染,无放射性,其匀质性检验指标见表2。
表2 HX增强剂匀质性指标检测结果
株洲宏信科技发展有限公司
2.混凝土试验方法
    混凝土凝结时间、坍落度、扩展度、坍落度经时损失的测试依据GB/T5O0802002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。力学性能测试按照GB/T500812002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。试验采用机械搅拌,搅拌时间为180s,成型150mm×l5Omm×15Omm立方体试件,成型24h后拆模,标准养护至目标龄期,测试7d、28d和60d抗压强度。
3.试配方案
    为了研究HX水泥混凝土增强剂对不同强度等级混凝土的工作性能及强度的影响,采用C30、C40以及C5O三个强度等级进行了对比试验。对比试验配合比是在基准配合比的基础上减少10%水泥用量,如果强度富余,可酌情再减。基准配合比是参照湖南、广东、广西等地区商品混凝土企业常用的生产配合比制定。增强剂掺量见表3。
 
表3混凝土配合比试验方案
株洲宏信科技发展有限公司
 
4.配合比的调整
    在基准配合比的基础上先降低10%的水泥用量(如果配合比中有矿粉,视情况可减少510%的矿粉用量,粉煤灰用量一般不变),保持原有减水剂的用量,用水量的调整视拌和物状态决定。如果拌和物状态更优于基准状态,甚至出现泌水、离淅等情况,可视情况减少510kg/m3;如果状态相当则用水量不变,同时把减少的材料以砂率不变的原则回补到骨料中,也可把砂率适当降低(如降低1%)。
 
二、HX混凝土增强剂对水泥混凝土性能的影响
 
1、对混凝土拌和物工作性能的影响
    混凝土拌合物的工作性能既影响到浇筑施工的质量、速度,又影响混凝土强度的发展。本文实验研究HX水泥混凝土增强剂对3个等级的混凝土的工作性能的影响,试验项目包括初始坍落度、扩展度、1h后坍落度损失、2h后坍落度损失和凝结时间。实验结果见表4。
 
表4 混凝土拌和物工作性能
株洲宏信科技发展有限公司
 
    由表4可见,与基准混凝土拌合物相比,减少水泥用量1 O%后,各强度等级的对比混凝土拌合物的初始坍落度与扩展度差别不大,甚至加入增强剂的更好一些,而实验中观察发现粘聚性和保水性明显改善,表明HX水泥混凝土增强剂掺量为0.50.6%时,减少水泥用量后,对比混凝土拌和物的和易性依然较基准混凝土良好。同时,在掺入HX水泥混凝土增强剂后,拌合物的初凝时间稍有延长,终凝时间有所缩短,这有利于混凝土的运输和施工。
2、对混凝土抗压强度的影响
    抗压强度是水泥混凝土的最基本也是最重要的一项性能指标。为了研究HX增强剂对混凝土抗压强度的影响,本文采用3个强度等级的混凝土进行实验,分别考察对比试样与基准试样的7d、28d、60d龄期的抗压强度的变化,实验结果见表5。
 
表5 不同强度等级混凝土抗压强度测试结果
株洲宏信科技发展有限公司
 
    表5数据表明,掺入HX混凝土增强剂后,降低水泥用量10%,对混凝土早期强度即7天强度略有影响,而28天强度发展良好,对比试样都超过了基准值或与基准值持平。在28天强度基础上,混凝土60天强度均有45MPa左右的发展,且很有规律,说明掺入HX增强剂后,同时降低水泥用量,不仅没有损害混凝土长龄期的强度发展,而且由于增强剂的作用,使混凝土后期强度的发展更好更稳定。
 
三、代表性案例及经济效益分析
 
    株洲宏信公司对客户使用HX增强剂后混凝土性能数据和生产施工情况进行跟踪分析的结果表明,掺入HX增强剂后,混凝土拌和物的性能得到了明显改善,可泵性提高,在泵送过程中堵泵的次数明显减少,而且混凝土开裂现象也明显减少。
 
1.代表性案例
    中国某水泥控股集团旗下混凝土公司目前正在使用HX增强剂。该公司选用7个生产基地,首先经过一个多月的试配,分别进行了五次工作性能测试和强度验证,然后制定了详细的使用方案,使用过程顺利,效益明显。
1.1现场混凝土和易性
    混凝土出厂拌和物到达现场的经时坍损、可泵性和施工性能,相对比基准配合比都有所改善。在原来的混凝土生产中,由于原材料本身的波动较大,比如石子或机制砂颗粒级配不好,水泥与外加剂适应性差,粉煤灰需水量比增大等,加上相关技术人员的控制能力和现场处理经验不足等,会造成时常堵管的现象。在掺入HX增强剂后,通过生产调度控制供应节奏、施工泵送现场严格管控加水调料等措施,混凝土泵送堵管、开裂等几率下降,没有出现因使用增强剂而降低混凝土工作性能和强度的现象。
1.3现场混凝土结构的品质
    现场跟踪了解和对反馈数据的分析表明,加入HX增强剂的混凝土所供重点工地浇筑楼板开裂的几率下降,混凝土结构强度保证系数提高。针对重点工程项目,每月持续进行结构实体回弹测试,并对测试数据进行整理、分析,并附上结构实体照片存档,作为指导实际生产配合比调整的依据。对重点工程项目总体回弹测试数据的分析表明,掺入增强剂后,所生成的混凝土结构的实体强度满足设计要求,表观质量缺陷,如蜂窝、麻面、露筋等现象基本消除。个别工地浇筑剪力墙,遇浇筑部位截面较小、钢筋密度较大时,在构件边缘部位上还会出现一些表观麻面、砂线等现象,但对整体构件强度无太大影响。
1.4混凝土强度
    该公司收集了从2014年10月1日至11月30日两个月的掺入了HX增强剂的混凝土抗压强度数据,基准试样数据和掺入增强剂的对比试样数据的来自相同或相近工程施工部位,具有代表性。
    该公司的《株洲宏信增强剂生产技术应用报告》中显示,生产留置试块3d强度达到混凝土标号的55%~70%、7d强度达到混凝土标号的80%~100%、28d强度达到混凝土标号的120%~140%,以C25、C30和C50为例进行数据分析:
 
图1 C25基准混凝土强度汇总趋势
株洲宏信科技发展有限公司
 
图2 C25掺HXT608增强剂混凝土强度汇总趋势
株洲宏信科技发展有限公司
 
图3 C25混凝土强度对比趋势
株洲宏信科技发展有限公司
 
图4 C30基准混凝土强度汇总趋势
株洲宏信科技发展有限公司
 
图5 C30掺HXT608增强剂混凝土强度汇总趋势
株洲宏信科技发展有限公司
 
图6 C30混凝土强度对比趋势
株洲宏信科技发展有限公司
 
图7 C50基准混凝土强度汇总趋势
株洲宏信科技发展有限公司
 
图8 C50掺HXT608增强剂混凝土强度汇总趋势
株洲宏信科技发展有限公司
 
图9 C50混凝土强度对比趋势
株洲宏信科技发展有限公司
 
    根据图例显示:从10、11两个月强度统计数据来看,各标号在掺增强剂的平均强度数值在各龄期都已超过基准平均值,且后期发展更好。掺了增强剂的强度值发展比较稳定。
 1.5出厂混凝土的稳定性  
 
图10 混凝土28d强度稳定性对比
株洲宏信科技发展有限公司
 
    根据图例显示,除C45以外的各强度等级掺增强剂的出厂混凝土稳定性均比基准配合比要好,因为C45组数不到十组,几组数值波动较大,所以标准差较大。基准配合比的标准差多数都在4.0以上,而掺入株洲宏信增强剂以后,标准差得到了相对稳定,均在4.0以下,所以掺入株洲宏信增强剂后,混凝土质量应更稳定。
2.经济效益分析
    该公司生成的混凝土掺入HX增强剂后,在生产技术严格管控下,C30混凝土减少25kg水泥用量,同时减少5kg矿粉用量,配合比生产成本十一月份与上月相比降低3.15元/ m3,经济效益非常明显。以掺入HX增强剂后混凝土的生产成本分析见表6。
 
表6 掺入株洲宏信增强剂生产成本分析表
株洲宏信科技发展有限公司
 
四、结论
 
1、实验研究和数据分析的结果表明,使用HX增强剂,在保证混凝土拌和物性能不变的条件下,可减少水泥用量1015%,经济效益非常明显。
2、使用HX增强剂后,混凝土拌和物性能有明显改善,工地现场施工堵泵率减少,施工质量提升,混凝土开裂现象减少,对混凝土耐久性应该更加有益。
3、使用HX增强剂后,在生产技术管控方面应更严格,使一些潜在消耗得到有效控制,生产成本进一步降低。
 
参考文献
[1] 吴中伟.绿色高性能混凝土混凝土的发展方向[J].混凝土与水泥制品,1998,(1): 36.
[2] JGJ552011 普通混凝土配合比设计规程[S].中华人民共和国住房和城乡建设部. 北京: 中国建筑工业出版社,2011.
[3] GB/T500802002 普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S]. 中华人民共和国建设部. 北京: 中国建筑工业出版社,2003.
[4] GB/T500812002 普通混凝土力学性能试验方法标准[S].中华人民共和国建设部,国家质量监督检验检疫总局. 北京: 中国建筑工业出版社,2003.
 
[作者简介]高顺中(1982—)男,工程师,多年从事高性能混凝土生产技术与外加剂研究。
[作者简介]孙岩(1983—)男,工程师,十多年从事外加剂研究和混凝土技术服务。
[作者简介]邓程鸿(1989—)男,硕士,多年从事水泥助磨剂与外加剂研究。
[通讯地址]湖南省株洲市攸州工业园吉龙路株洲宏信科技发展有限公司(412300)
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