一種超早強聚羧酸減水劑在管片中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于混凝土應(yīng)用領(lǐng)域，涉及超早強聚羧酸減水劑在管片中的應(yīng)用，尤其涉 及一種管片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 管片是盾構(gòu)隧道的永久襯砌結(jié)構(gòu)，有鋼筋混凝土管片(RC管片）、復(fù)合管片和鑄鐵 管片，管片屬技術(shù)含量高、工藝和質(zhì)量要求都特別高的鋼筋混凝土構(gòu)件，被成為混凝土預(yù)制 構(gòu)件中的"工藝品"，其強度、滲透性、幾何尺寸、表觀質(zhì)量等方面的要求都非常嚴格，其設(shè)計 與普通混凝土預(yù)制件有很大差異，對材料和成型方法敏感性大。
[0003] 管片設(shè)計的成功與否直接關(guān)系到盾構(gòu)隧道的質(zhì)量和壽命，管片襯砌的質(zhì)量最終決 定了盾構(gòu)隧道的施工質(zhì)量。盾構(gòu)隧道的斷面形狀多為圓形，單層鋼筋混凝土管片是目前使 用最多的盾構(gòu)隧道的襯砌結(jié)構(gòu)形式之一。
[0004] 在管片車間，要控制混凝土澆搗、蒸汽養(yǎng)護、脫模起吊、管片翻身、磨具合攏、收面 等工序。
[0005] 管片蒸汽養(yǎng)護:采用常壓蒸汽養(yǎng)護，以提高混凝土脫模強度，縮短養(yǎng)護時間。
[0006]混凝土澆筑完成后，靜置約2小時，加蓋養(yǎng)護罩，引入飽和蒸汽進行養(yǎng)護，升溫時間 控制在2-3小時。為防止溫度升高過快造成混凝土膨脹，損害內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在自然溫度下，每小 時升溫10-15°(：，不得超過20°(：，恒溫階段一般在1.5~2小時左右。蒸養(yǎng)溫度為50-60°(：，最 高不超過60°C。降溫時間必須控制在1.5小時以上。管片脫模后要加強水養(yǎng)護，已提高混凝 土后期強度?；炷撩撃：笤噳K強度達到設(shè)計強度的40%或20PMa以上時，可以開始脫模。
[0007] 普通鋼筋混凝土管片主要原材料為:水泥、集料、摻合料、外加劑、水、鋼筋。
[0008] 外加劑是制備高強混凝土不可缺少的?；瘜W(xué)外加劑主要增加工作性，減小水膠比 及減少水泥用量，對于振動成型的管片混凝土，阻止產(chǎn)生水泥砂漿與石子的離析現(xiàn)象，但必 須通過實驗來確定外加劑與水泥的適應(yīng)性。
[0009] 根據(jù)實際生產(chǎn)需要，隧道管片制作多采用蒸養(yǎng)工藝，這是廠家提高生產(chǎn)效率，提高 鋼模周轉(zhuǎn)率通常采用的方法，因此外加劑必須滿足蒸養(yǎng)要求，蒸養(yǎng)混凝土與自然養(yǎng)護混凝 土有所不同，必須根據(jù)蒸養(yǎng)工藝特點，選擇減水劑的品種，對那些引氣量較大或有一定緩凝 作用的減水劑，在蒸養(yǎng)過程中適應(yīng)性差，如引氣量大的外加劑，由于空氣受熱膨脹為固體的 1〇〇倍，使混凝土易發(fā)生膨脹、疏松現(xiàn)象，因此，蒸養(yǎng)構(gòu)件中應(yīng)選擇外加劑品種的一般原則 是:提高混凝土初期結(jié)構(gòu)強度的外加劑(具備促進水泥水化、含氣量低、減水率大等特點）， 外加劑必須具備早強作用。
[0010] 管片混凝土強度等級為一般C50、C55,抗?jié)B級別為P10-P12.
[0011] 蒸養(yǎng)是利用外部熱源加熱混凝土，加速水泥水化反應(yīng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成的一種加速 混凝土硬化的方法，目的是縮短模具周轉(zhuǎn)期，提高產(chǎn)量。地鐵管片一般采用的養(yǎng)護方法為常 壓蒸養(yǎng)，養(yǎng)護制度基本上分為預(yù)養(yǎng)、升溫、恒溫、降溫四個階段。
[0012] -、預(yù)養(yǎng)期:一般指地鐵管片澆筑成型后加熱升溫前這一段靜置放置時間。預(yù)養(yǎng)階 段的作用在于提高水泥在熱養(yǎng)護開始前的水化程度，使混凝土具有必要的初始結(jié)構(gòu)強度， 已增強混凝土對升溫期結(jié)構(gòu)破壞的抵御力?；炷林破佛B(yǎng)護的時間越長，混凝土的初始結(jié) 構(gòu)強度就越大，混凝土蒸養(yǎng)后，制品內(nèi)部損傷越小。但是養(yǎng)護期不能過長，否則會影響生產(chǎn) 周期，這里就存在一個最佳預(yù)養(yǎng)期問題，最佳預(yù)養(yǎng)期為混凝土強度達到0.39-0.49MPa時所 需的時間。
[0013] 二、升溫期：
[0014] 養(yǎng)護設(shè)備中介質(zhì)的溫度，由初始溫度升到恒溫溫度的時間稱為恒溫期?；炷恋?結(jié)構(gòu)破壞主要發(fā)生在升溫階段。該階段主要表現(xiàn)為粗孔體積增大，氣、液相數(shù)量增多。升溫 速度越快，對混凝土的破壞作用就越大。地鐵管片養(yǎng)護溫度不宜超過25°C/h，最高溫度不超 過 55°C。
[0015] 三、恒溫期：
[0016] 恒溫期是混凝土主要增長期?；炷猎诤銣貢r，硬化速度取決于水泥品種、水膠比 和恒溫溫度等。
[0017]四、降溫期：
[0018] 介質(zhì)溫度由恒溫溫度降到允許制品起吊溫度這一段時間稱為降溫期。降溫期，地 鐵管片內(nèi)部水分蒸發(fā)，同時產(chǎn)生收縮和拉應(yīng)力。若降溫速度過快，地鐵管片會產(chǎn)生過大的收 縮應(yīng)力，導(dǎo)致地鐵管片表面出現(xiàn)龜裂及酥松等結(jié)構(gòu)損傷現(xiàn)象，甚至造成質(zhì)量事故。恒溫期的 結(jié)構(gòu)損傷與降溫速度、混凝土強度、制品的表面模數(shù)、以及鋼筋情況有關(guān)。強度低、表面模數(shù) 小、配筋少的制品易慢速降溫。
[0019] 目前地鐵管片在蒸養(yǎng)工藝方面存在的主要問題有:養(yǎng)護期間，罩內(nèi)的空氣在加熱 時熱交換強度不夠，對于一些大型管片，容易造成同一管片的不同部位加熱不均勻現(xiàn)象。蒸 汽能量利用率較低，能耗較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供了一種管片的制備方法， 本發(fā)明的管片制備方法可實現(xiàn)管片的免蒸養(yǎng)養(yǎng)護，還可提高管片的強度，同時具有操作簡 單，生產(chǎn)安全、成本低廉、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。
[0021] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種管片的制備方法，包括:將混凝土澆筑完成后形成 的管片初體自然養(yǎng)護至脫模強度后脫模，繼續(xù)進行增加管片初體強度的養(yǎng)護，即得到所述 管片；
[0022] 其中，所述混凝土的原料包括水泥、集料、水和超早強聚羧酸減水劑，所述超早強 聚羧酸減水劑為式(1)或式(2)所示的化合物；
[0023] 所述式(1)所示的化合物的結(jié)構(gòu)式如下：
[0024]
[0025] 所述式(2)所示的化合物的結(jié)構(gòu)式如下：
[0026]
[0027] 其中a均為1~80的整數(shù)，b均為1~80的整數(shù)，c均為1~50的整數(shù)；1均為1~50的整 數(shù)；

獨自為C1-3烷基;X_均為(：1_、8廠或1_;!11均為5~200的整數(shù)，11均為0~50的整數(shù)，2均為1~ 150的整數(shù)。
[0032] 在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的管片制備方法，用自然養(yǎng)護工序替代了原管片生產(chǎn) 工藝中的常壓蒸養(yǎng)工序，不需要用蒸汽，完全依靠自然條件進行養(yǎng)護，降低了生產(chǎn)成本，提 高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性。自然養(yǎng)護是指在自然氣溫條件下(高于5°C)，對混凝土采取覆 蓋、澆水潤濕、擋風(fēng)、保溫等養(yǎng)護措施。
[0033] 在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明中自然養(yǎng)護的實現(xiàn)主要是由于使用了超早強聚羧酸減 水劑。本發(fā)明的超早強聚羧酸減水劑既保持了普規(guī)早強聚羧酸減水劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，即 采用的是長側(cè)鏈，短主鏈，分子結(jié)構(gòu)被設(shè)計成倒T型，呈現(xiàn)梳型結(jié)構(gòu)，這樣的分子結(jié)構(gòu)可以利 用強空間位阻效應(yīng)保證分散作用，同時短主鏈降低減水劑在水泥顆粒的覆蓋面積，保證水 泥正常水化反應(yīng);更為重要的是，本發(fā)明的超早強聚羧酸減水劑利用特殊催化劑實現(xiàn)高分 子中高度規(guī)整和采用促水化基團大單體，利用疊加效應(yīng)，實現(xiàn)超早強效果。
[0034] 在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的膠凝材料中可同原蒸養(yǎng)工藝一樣，使用水泥（優(yōu)選 地，可加入粉煤灰），不需要摻加任何其它增強摻合材，通過使用本發(fā)明的超早強聚羧酸減 水劑，加速水泥水化作用，達到拆模及出廠強度。
[0035] 優(yōu)選地，所述式(1)所示的超早強聚羧酸減水劑由以下方法制備而成：
[0036] (la)將烯丙醇、異丁烯醇、4-羥丁基乙烯基醚和異戊烯醇中的一種，環(huán)氧乙烷和環(huán) 氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物中的一種，與環(huán)氧鹵丙烷混合，加入催化劑，在氮氣氣氛中、溫 度為80~150°C條件下反應(yīng)2~10小時得到活性中間體;其中所述環(huán)氧鹵丙烷為環(huán)氧溴丙 烷、環(huán)氧碘丙烷和環(huán)氧氯丙烷中的一種;其反應(yīng)方程式如下：
[0037]
[0038] (2a)將季銨鹽化合物與阻聚劑混合，緩慢加入步驟(la)合成的活性中間體在溫度 為10~80°C條件下反應(yīng)1~10h，得所述活性大單體;其反應(yīng)方程式如下：
[0039]
[UUW」 尸7Γ邊字牧益億甘徹刀mK2K3K4)，兵ΤΚ2、Κ3和K40r別觀目刀U-3阮港；
[0041] (3a)將步驟(2a)合成的活性大單體，甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸和馬來酸酐中的 一種，APEG、HPEG、VPEG和TPEG中的一種，水和分子量調(diào)節(jié)劑混合，升溫至85~95°C，滴加引 發(fā)劑，滴加時間為1~l〇h，滴加完畢后保溫，保溫時間為1~12h，然后降溫至45~50°C，調(diào)節(jié) pH至7.0-8.0，得到式(1)所示的超早強聚羧酸減水劑。
[0042] 優(yōu)選地，所述步驟（la)中烯丙醇、異丁烯醇、4-羥丁基乙烯基醚和異戊烯醇中的一 種，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物中的一種，與環(huán)氧鹵丙烷的摩爾比為烯丙醇、 異丁烯醇、4-羥丁基乙烯基醚和異戊烯醇中的一種：環(huán)氧乙烷和環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混 合物中的一種:環(huán)氧鹵丙烷= 1:5~250:1~150。
[0043] 所述步驟(2a)中季銨鹽化合物與活性中間體的摩爾比為0.2:1~2:1。
[0044]所述步驟(3a)中活性大單體，甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸和馬來酸酐中的一種與 APEG、HPEG、VPEG和TPEG中的一種的摩爾比為陽離子季銨鹽ΡΕ0活性大單體：甲基丙烯酸、丙 烯酸、衣康酸和馬來酸酐中的一種 :APEG、HPEG、VPEG和TPEG中的一種 = 1.0~3.0:1~6.0: 1〇
[0045] 優(yōu)選地，所述步驟（la)中催化劑為氫化鈉或鈉;所述步驟(2a)中阻聚劑為對苯二 酚或?qū)酌驯椒?，所述阻聚劑的用量為所述活性中間體摩爾數(shù)的0.002%~0.010%;所述 步驟(3a)中分子量調(diào)節(jié)劑為巰基化合物和異丙醇中的至少一種，所述分子量調(diào)節(jié)劑的用量 為所述活性大單體，甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸和馬來酸酐中的一種與APEG、VPEG、HPEG和 TPEG中的一種的總摩爾數(shù)的0.005~5%;所述步驟(3a)中引發(fā)劑的滴加時間為1~10h;所 述步驟(3a)中保溫時間為1~12h;所述步驟(3a)中引發(fā)劑是過硫酸鉀、過硫酸銨、雙氧水和 過氧化苯甲酰中的一種，所述引發(fā)劑的用量為所述活性大單體，甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康 酸和馬來酸酐中的一種與APEG、VPEG、HPEG和TPEG中的一種的總摩爾數(shù)的0.05 %~5 %。優(yōu) 選地，所述步驟(3a)中分子量調(diào)節(jié)劑為3-巰基丙酸、巰基乙酸、巰基乙醇和吊白塊中的至少 一種。
[0046] 優(yōu)選地，所述式(2)所示的超早強聚羧酸減水劑由以下方法制備而成：
[0047] (lb)將烯丙醇、異丁烯醇、4-羥丁基乙烯基醚和異戊烯醇中的一種，環(huán)氧乙烷和環(huán) 氧乙烷與環(huán)氧丙烷的混合物中的一種，與環(huán)氧鹵丙烷混合，加入催化劑，在氮氣氣氛中、溫 度為80~150Γ條件下反應(yīng)2~10小時，得到活性中