納米晶核劑在PC構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

PC（precastconcrete）構(gòu)件是指在工廠中通過標(biāo)準(zhǔn)化、機械化方式加工生產(chǎn)的混凝土制品。隨著國家對裝配式建筑的大力倡導(dǎo)和推進，目前混凝土預(yù)制件已廣泛應(yīng)用于建筑、交通、水利等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟中扮演重要的角色。在PC構(gòu)件生產(chǎn)過程中，由于普通混凝土早期強度發(fā)展慢，導(dǎo)致PC構(gòu)件需要很長時間才能拆模，這極大限制了模具的周轉(zhuǎn)效率，從而影響了PC構(gòu)件的生產(chǎn)效率。因此，如何提高混凝土早期強度，是PC構(gòu)件生產(chǎn)效率提高的最大難題。混凝土早強主要是通過水泥提前水化來實現(xiàn)，經(jīng)典水泥化學(xué)理論認(rèn)為，水泥水化反應(yīng)是受到成核與晶體生長速度控制的化學(xué)反應(yīng)，早期水化反應(yīng)速率低的主要原因之一是水化產(chǎn)物缺少晶核，水化誘導(dǎo)期太長。若在水泥中摻入納米晶核，則可以極大地促使水泥水化，從而實現(xiàn)水泥及混凝土的早強。本文通過自制納米晶核劑，研究了納米晶核劑對水泥水化和混凝土早期的力學(xué)性能影響，并將納米晶核劑應(yīng)用于PC構(gòu)件實際生產(chǎn)中，為PC構(gòu)件早拆模生產(chǎn)提供了一定的指導(dǎo)意義。

1、試驗材料1.1水泥試驗采用廣東某水泥廠生產(chǎn)的P·Ⅱ42.5水泥，其基本技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。表1P·Ⅱ42.5水泥主要性能指標(biāo)1.2納米晶核劑合成原料以Na2SiO3和Ca（NO3）2為硅源和鈣源，按照一定的Ca/Si比，在高分子聚合物水溶液中，通過邊攪拌邊滴加的方式，以沉淀法合成得到納米晶核劑懸浮液。

2試驗結(jié)果

2.1納米晶核劑的粒徑測試采用馬爾文3000激光粒度分析儀，測試了自制納米晶核劑的顆粒粒徑大小，如圖1所示，自制納米晶核劑的平均粒徑約為215nm。2.2納米晶核劑對水泥水化的影響采用美國TAMAir水泥水化熱測量儀來研究納米晶核劑對水泥水化的影響，結(jié)果見圖2、圖3。由圖2可見，純P·Ⅱ42.5水泥，約在7.34h時達到瞬時放熱峰值，而隨著摻入（固摻）不同含量的納米晶核劑，水泥放熱峰均提前了，水泥放熱峰值也隨納米晶核劑摻量的增大而逐漸提高。當(dāng)納米晶核劑摻量為2%時，水泥的放熱峰較純P·Ⅱ42.5水泥提前了3.15h，最大放熱峰值強度提高了59%。由圖3可知，當(dāng)納米晶核劑摻量為2%時，水泥的10h累計放熱值較純P·Ⅱ42.5水泥提高了約65%。圖1自制晶核劑的粒徑測試圖2不同摻量納米晶核劑對水泥水化瞬時放熱的影響圖3不同摻量納米晶核劑對水泥水化累計放熱的影響從水泥水化的角度理解，就是納米晶核劑的摻入，縮短了水泥水化的誘導(dǎo)期，并極大地促進了水泥中礦物的水化。這主要歸因于納米晶核劑能夠為水泥水化早期水化產(chǎn)物的生成提供晶核，降低水泥水化過程中水化產(chǎn)物結(jié)晶成核與晶體生長的阻力，縮短水泥水化過程中結(jié)晶成核與晶體生長反應(yīng)控制階段，加快了水泥的水化進程。2.3納米晶核劑對混凝土早期力學(xué)性能的影響為了研究納米晶核劑對混凝土早期力學(xué)性能的影響，采用與PC構(gòu)件廠相類似的混凝土配方進行試驗（如表2所示），并成型100mm×100mm×100mm標(biāo)準(zhǔn)試模，成型后迅速使用薄膜覆蓋養(yǎng)護，試驗及養(yǎng)護溫度控制在（20±2）℃，隨后測試不同齡期的強度，結(jié)果見圖4、圖5。表2混凝土試驗配比圖4納米晶核劑對混凝土早期強度的影響圖5納米晶核劑作用下混凝土與空白混凝土的強度差值一般在PC構(gòu)件廠，構(gòu)件在混凝土澆筑后強度達到15MPa后即可拆模。如圖4所示，未摻納米晶核劑的混凝土需10h才能達到脫模強度，而摻有1%（固摻）納米晶核劑的混凝土，7h即已經(jīng)達到了14.5MPa強度，較空白強度高出8.7MPa，強度相比提高了150%。同等拆模強度條件下（15MPa），摻有1%晶核劑的混凝土較空白混凝土可以縮短3h的拆模時間。另外如圖5所示，將不同時間段內(nèi)納米晶核劑作用下的混凝土與空白混凝土強度進行差減法，由此發(fā)現(xiàn)納米晶核劑對混凝土強度的促進作用在10h左右促進效果最佳，隨后促進效果逐漸減弱，但24h內(nèi)均保持著不錯的強度增幅。2.4納米晶核劑在PC構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用在廣東省某PC構(gòu)件廠進行納米晶核劑生產(chǎn)試用試驗，采用表2混凝土配方，摻入1%的納米晶核劑，分別澆筑了樓梯和凸窗構(gòu)件。試驗過程中，測試了摻入晶核劑后混凝土的工作性能指標(biāo)，并留置了相應(yīng)的混凝土試塊用以監(jiān)測混凝土早期強度。試驗結(jié)果見表3、圖6。表3摻入晶核劑后混凝土工作性能測試指標(biāo)圖6摻入晶核劑留置混凝土試塊早期強度由于晶核劑擁有早強效果，在摻入晶核劑后，為了確保實際生產(chǎn)過程中澆筑的混凝土擁有足夠的可操作時間，分別測試了新拌混凝土及30min后的坍落度、擴展度指標(biāo)。如表3所示，摻入納米晶核劑后，新拌混凝土30min后坍落度還可以維持在180mm左右，且擴展度影響也很小，完全可以滿足生產(chǎn)上對操作時間的要求。如圖6所示，摻有1%納米晶核劑的留置混凝土試塊，在6h時強度已達到15.08MPa，已滿足構(gòu)件拆模強度。由于留置混凝土試塊為100mm×100mm×100mm試塊，體積較小，而實際生產(chǎn)澆筑的構(gòu)件為大體積構(gòu)件，混凝土實際溫度較高，導(dǎo)致實際構(gòu)件強度高于留置混凝土試塊強度，因此構(gòu)件的實際拆模時間在5h左右，相比未使用晶核劑構(gòu)件可縮短4h以上，從而可幫助PC構(gòu)件廠實現(xiàn)早拆模目標(biāo)，提高了構(gòu)件的生產(chǎn)效率。圖7為使用納米晶核劑混凝土澆筑后拆模的樓梯構(gòu)件，從混凝土加水?dāng)嚢栝_始計時后的6h后完成拆模，構(gòu)件外觀質(zhì)量良好，基本不用修補。PC構(gòu)件廠對納米晶核劑試驗結(jié)果表示滿意，現(xiàn)場工人更是對納米晶核劑產(chǎn)品產(chǎn)生了極大的興趣，期待納米晶核劑為PC構(gòu)件的生產(chǎn)提供更多的便利。圖7使用納米晶核劑混凝土澆筑后拆模的樓梯構(gòu)件

3、結(jié)論（1）采用化學(xué)沉淀法成功合成了平均粒徑為215nm的納米晶核劑。（2）納米晶核劑對水泥的水化起到了良好的促進作用，可明顯縮短水泥水化誘導(dǎo)期，促進水泥礦物的提前水化。（3）納米晶核劑極大地促進了混凝土的早強，在