曲 烈 劉子香李 鵬 王光月王麗娜 馮聰媛 王 超

1天津城建大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（300384） 2天津市飛龍砼外加劑有限公司（300406）3河南省散裝水泥辦公室（450008）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和城市化的快速發(fā)展,混凝土技術(shù)正朝著機(jī)械化、高性能、長距離泵送、無噪聲的發(fā)展方向。在施工過程中，摻入緩凝劑能使新拌混凝土較長時(shí)間內(nèi)保持混凝土的工作性[1]。在某些情況下,摻入過多緩凝劑會(huì)使混凝土長時(shí)間不凝結(jié),強(qiáng)度下降[2-3]。

在20世紀(jì)80年代后期，日本研究出了超緩凝劑,這種超緩凝劑能夠任意調(diào)解混凝土的凝結(jié)時(shí)間，凝結(jié)時(shí)間可達(dá)到兩天，且混凝土的物理力學(xué)性能比較穩(wěn)定[4-5]。國內(nèi)緩凝劑的應(yīng)用可以保證混凝土的坍落度在1 ～2 h不損失或者損失很小，可保證正常的混凝土澆筑施工。具體采用聚羧酸減水劑加葡萄糖酸鈉，但這難以保證長距離泵送混凝土的工作性，開發(fā)8個(gè)小時(shí)甚至更長時(shí)間的混凝土坍落度不損失的長距離混凝土泵送劑，已經(jīng)迫在眉捷[6-7]。

楊惠先等人[8]研究了高摻量緩凝劑對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間和水泥砂漿強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明低摻量氧化鋅緩凝效果最好。隨著緩凝劑摻量的增大，水泥砂漿的早期強(qiáng)度會(huì)降低，后期強(qiáng)度會(huì)增長，氧化鋅在摻量低于0.7%時(shí)，幾乎不降低早期強(qiáng)度，28 d抗壓強(qiáng)度還有所提高。鄧君[9]研究了聚羧酸系高效泵送劑和萘系泵送劑的性能，試驗(yàn)表明聚羧酸系高效泵送劑具有減水率高、分散能力好、流動(dòng)保持性好、抗壓強(qiáng)度比高等特點(diǎn)，是一種高性能泵送劑。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用水泥為天津振興水泥廠生產(chǎn)的P.O 42.5硅酸鹽水泥，其性能指標(biāo)見表1；中砂、5 ～20 mm石子為市售產(chǎn)品，其性能指標(biāo)見表2；聚羧酸減水劑為天津市飛龍砼外加劑廠生產(chǎn)；氧化鋅、酒石酸鉀鈉、檸檬酸、葡萄糖酸鈉、三萜皂苷及引氣劑松香熱聚物均為天津市科威化學(xué)試劑公司所提供。

表1 試驗(yàn)用水泥的物理力學(xué)性能

表2 試驗(yàn)用砂子的物理性能

1.2 試驗(yàn)方案與方法

摻緩凝劑的水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)設(shè)計(jì):Ref組的水泥凈漿配方為水泥475 kg、用水量155 kg、水灰比為0.33。實(shí)際稱取500 g水泥、163 g水。A1、A2、A3、A4摻氧化鋅緩凝劑組試驗(yàn):稱取500 g水泥、163 g水，摻聚羧酸減水劑1.1%，再分別加入0.2%、0.4%、0.6%、1.0%；B1、B2、B3、B4 摻酒石酸鉀納緩凝劑組試驗(yàn):稱取500 g水泥，163 g水，摻1.1%聚羧酸減水劑，分別加入0.2%、0.4%、0.6%、1.0%酒石酸鉀納。C1、C2、C3、C4 摻檸檬酸緩凝劑組試驗(yàn):稱取500 g水泥、163 g水,摻1.1%聚羧酸減水劑,分別加入 0.2%、0.4%、0.6%、1.0%檸檬酸。D1、D2、D3、D4摻葡萄糖酸鈉緩凝劑組試驗(yàn):加入0.2%、0.4%、0.6%、1.0%葡萄糖酸鈉。按上述配方制成凈漿，慢速攪拌2 min，停15 s，再快速攪拌2 min，然后出鍋，測定所配凈漿的凝結(jié)時(shí)間。

摻緩凝劑水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)計(jì)。水泥膠砂配方為水泥 450 g、用水量 225 g、標(biāo)準(zhǔn)砂 1 350 g，分別加入氧化鋅0%、0.2%、0.4%、0.6%、1.0%。編號(hào)記為 Z0、Z2、Z4、Z6、Z10。 水泥膠砂試件制成后放入標(biāo)養(yǎng)箱養(yǎng)護(hù)，測定3 d、28 d抗折、抗壓強(qiáng)度。

表3 試驗(yàn)用5～20 mm碎石物理力學(xué)性能

摻泵送劑混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失和力學(xué)性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)。Ref組C50混凝土配合比試配試驗(yàn):水泥 475 kg、中砂 710 kg、5 ～10 mm 小碎石 111 kg、10 ～20 mm中碎石999 kg（含水率1.0%）、水155 kg，聚羧酸減水劑摻量1.1%、5.22 kg。試驗(yàn)混凝土的7 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到54.8 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到62.3 MPa。

摻聚羧酸減水劑和氧化鋅組試驗(yàn):a組混凝土試塊同上配方，聚羧酸減水劑1.3%，氧化鋅摻量0.4%；摻聚羧酸減水劑、氧化鋅組和三萜皂苷組試驗(yàn)：b、c、d組混凝土試塊同上配方，聚羧酸減水劑1.3%，氧化鋅摻量0.4%，三萜皂苷摻量分別為0.10%、0.15%、0.20%；摻聚羧酸減水劑、氧化鋅和松香熱聚物組試驗(yàn):e、f、g組混凝土試塊同上配方，聚羧酸減水劑1.3%，氧化鋅摻量0.4%。松香熱聚物摻量0.10%、0.15%、0.20%。按配方拌制混凝土，測量混凝土坍落度，然后成型混凝土試塊，養(yǎng)護(hù)后測量混凝土強(qiáng)度。

試驗(yàn)方法:水泥膠砂試塊用DKZ-000型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)測抗折強(qiáng)度，用JYE-300A型全自動(dòng)恒壓力試驗(yàn)機(jī)測抗壓強(qiáng)度，檢驗(yàn)方法按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法）》（GB/T 17671-1999)進(jìn)行?；炷猎噳K用2 000 kN壓力機(jī)測抗壓強(qiáng)度，檢驗(yàn)方法按 《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50081-2002)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 緩凝劑對(duì)水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響

由圖1可以看出，摻入四種緩凝劑的水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間均增加。其中氧化鋅的緩凝效果最好。未摻氧化鋅,水泥初凝時(shí)間3 h 40 min；摻0.2%氧化鋅，水泥初凝時(shí)間40 h 50 min；摻0.2%其他三種緩凝劑，水泥初凝時(shí)間16 h 25 min ～20 h 42 min。未摻氧化鋅，水泥終凝時(shí)間4 h 35 min；摻0.2%氧化鋅，水泥終凝時(shí)間45 h 23 min；摻0.2%其他三種緩凝劑，水泥終凝時(shí)間17 h 55 min ～23 h 52 min。摻0.4%氧化鋅，水泥初凝時(shí)間51 h 17 min；摻0.4%其他三種緩凝劑，水泥初凝時(shí)間23 h 42 min ～28 h 22 min。摻0.4%氧化鋅，水泥終凝時(shí)間57 h 30 min；摻0.4%其他三種緩凝劑，水泥終凝時(shí)間25 h 8 min ～30 h 42 min。

圖1 緩凝劑對(duì)水泥凈漿初凝、終凝時(shí)間的影響

隨著緩凝劑摻量增加，水泥初凝時(shí)間和終凝時(shí)間間隔增加。未摻緩凝劑的初、終凝時(shí)間間隔為55 min，摻0.2%氧化鋅量的水泥初、終凝時(shí)間間隔為4 h 33 min，摻0.4%氧化鋅量的水泥初、終凝時(shí)間間隔為6 h 13 min，摻0.6%氧化鋅量的水泥初、終凝時(shí)間間隔為10 h 49 min，摻1.0%氧化鋅量的水泥初、終凝時(shí)間間隔為10 h 29 min。

2.2 緩凝劑對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

由圖2可以看出，當(dāng)摻0 ～0.4%氧化鋅量時(shí)，水泥膠砂的3 d、28 d抗壓、抗折強(qiáng)度隨著摻量的增加而增大，當(dāng)氧化鋅摻量大于0.4%時(shí)，水泥膠砂3 d、28 d抗壓、抗折強(qiáng)度隨著摻量的增加而降低。氧化鋅摻量對(duì)3 d水泥膠砂強(qiáng)度影響比較大。與未摻氧化鋅組相比，摻0.2%氧化鋅3 d水泥膠砂的抗折強(qiáng)度增長3.33%，3 d抗壓強(qiáng)度增長2.46%；28 d抗折強(qiáng)度增加2.27%，28 d抗壓強(qiáng)度增長0.61%。摻0.4%氧化鋅，水泥膠砂的3 d抗折強(qiáng)度增長6.67%，3d抗壓強(qiáng)度增長5.23%；28 d抗折強(qiáng)度增加4.54%，28 d抗壓強(qiáng)度增長3.48。摻0.6%氧化鋅，水泥膠砂的3 d抗折強(qiáng)度為空白組的70%，3 d抗壓強(qiáng)度為空白組的96.6%；28 d抗折強(qiáng)度為空白組的76%，28 d抗壓強(qiáng)度為空白組的91.6%。摻1.0%氧化鋅，水泥膠砂的3 d抗折強(qiáng)度為空白組的48.3%，3 d抗壓強(qiáng)度為空白組的50.5%；28 d抗折強(qiáng)度為空白組的90.9%，28 d抗壓強(qiáng)度為空白組的87.1%?？梢姡髶搅考尤胙趸\，會(huì)降低水泥膠砂的強(qiáng)度，尤其是降低早期強(qiáng)度；加入少量氧化鋅，可以提高水泥膠砂的早期和后期強(qiáng)度，氧化鋅的最佳摻量為0.4%。

圖2 緩凝劑對(duì)3 d、28 d水泥膠砂強(qiáng)度的影響

2.3 泵送劑對(duì)混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失的影響

一般說來，混凝土泵送劑由減水劑、緩凝劑和引氣劑復(fù)配而成。當(dāng)混凝土的坍落度小于140 mm的時(shí)候，混凝土就基本沒有泵送性。由表4、圖3可以看出，空白組坍落度為185 mm，該混凝土在1 h內(nèi)坍落度損失較慢，到2 h時(shí)仍具有可泵性，3 h不具有泵送性。

表4 泵送劑對(duì)新拌混凝土坍落度的影響

圖3 泵送劑對(duì)新拌混凝土坍落度的影響

由a、b、c、d可看出，三萜皂苷摻量為0 ～0.15%時(shí)，隨著引氣劑摻量的增加混凝土坍落度將增加；三萜皂苷摻量為0.20%時(shí)，混凝土坍落度損失較快?？梢姄饺脒^多的引氣劑，將使混凝土坍落度損失增加。當(dāng)聚羧酸減水劑摻量為1.3%、氧化鋅摻量為0.4%、三萜皂苷引氣劑摻量為0.15%時(shí),混凝土保坍性能最好，其9 h混凝土坍落度為140 mm，仍具有可泵性。在此配比下，1 h混凝凝土坍落度損失為 0%；2 h損失 5%，4 h損失 10%；8 h損失27.5%，9 h損失30%。

由a、e、f、g可看出，隨著松香熱聚物摻量的增加混凝土坍落度增加。當(dāng)聚羧酸減水劑摻量為1.3%、氧化鋅摻量為0.4%、松香熱聚物摻量為0.20%時(shí)，混凝土的保坍性能最好，9 h坍落度為140 mm，還具有泵送性。在此配比下，1 h混凝土坍落度損失為5%，2 h損失7.5%，4 h候損失15%，8 h損失35%，9 h損失35%。

由b和e可看出，引氣劑摻量為0.1%時(shí)，摻松香熱聚物混凝土初始坍落度比摻三萜皂苷的坍落度高5 mm,兩種混凝土坍落度都隨著時(shí)間變化而減小。相比之下，摻松香熱聚物混凝土坍落度損失更快，6 h摻三萜皂苷混凝土還具有泵送性，5 h摻松香熱聚物混凝土具有泵送性?？梢?，此引氣劑摻量下，摻三萜皂苷混凝土泵送性能優(yōu)于摻松香熱聚物的。

由c和f可看出，引氣劑摻量為0.15%時(shí)，摻松香熱聚物混凝土初始坍落度比摻三萜皂苷的坍落度高10 mm，兩種混凝土坍落度都隨著時(shí)間變化而減小。相比之下，摻松香熱聚物混凝土坍落度損失更快，9 h摻三萜皂苷混凝土還具有泵送性，6 h摻松香熱聚物混凝土也具有泵送性。可見，此引氣劑摻量下，摻三萜皂苷混凝土泵送性能也優(yōu)于摻松香熱聚物的。

由d和g可看出，引氣劑摻量為0.2%時(shí)，摻松香熱聚物混凝土初始坍落度和摻三萜皂苷的坍落度相同，兩種混凝土坍落度都隨著時(shí)間變化而減小。相比之下，摻三萜皂苷混凝土坍落度損失更快，9 h摻松香熱聚物混凝土還具有泵送性，3 h摻三萜皂苷混凝土就失去泵送性。可見，此引氣劑摻量下，摻松香熱聚物混凝土泵送性能優(yōu)于摻三萜皂苷的。

2.4 泵送劑對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

由表5可看出，Ref組混凝土7 d、28 d強(qiáng)度分別為52.1 MPa、59.7 MPa；摻聚羧酸減水劑、氧化鋅緩凝劑混凝土 7 d、28 d強(qiáng)度分別為 52.7 MPa、60.27 MPa；摻聚羧酸減水劑、氧化鋅緩凝劑和0.15%三萜皂苷混凝土7 d、28 d強(qiáng)度分別為54.7 MPa、64.2 MPa；摻聚羧酸減水劑、氧化鋅緩凝劑和0.20%松香熱聚物混凝土7 d、28 d強(qiáng)度分別為54.6 MPa、62.5 MPa。即當(dāng)三萜皂苷摻量為0、15%和松香熱聚物0.20%時(shí),摻兩種引氣劑的混凝土7 d、28 d抗壓強(qiáng)度相差無幾；與Ref組混凝土相比，摻引氣劑混凝土7 d強(qiáng)度提高2.5 ～2.6 MPa，28 d強(qiáng)度提高2.8 ～4.5 MPa。

表5 泵送劑對(duì)硬化混凝土抗壓強(qiáng)度的影響（MPa）

3 結(jié)論

1）摻0.4%氧化鋅，水泥初凝時(shí)間51 h17 min，終凝時(shí)間57 h 30 min，隨著氧化鋅摻量增加初凝、終凝時(shí)間間隔明顯增大。氧化鋅在摻量低于0.4%時(shí),幾乎不降低水泥膠砂的早期強(qiáng)度，其28 d抗壓強(qiáng)度還有所提高。

2）當(dāng)摻1.3%聚羧酸減水劑、0.4%氧化鋅和0.15%三萜皂苷引氣劑時(shí)，9 h坍落度還有140 mm，具有可泵送性，28 d混凝土抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)摻1.3%聚羧酸減水劑量、0.4%氧化鋅和0.20%松香熱聚物引氣劑時(shí)，9 h坍落度還有140 mm，具有泵送性，28 d混凝土抗壓強(qiáng)度也滿足設(shè)計(jì)需求。

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