謝大銀，鄧?yán)?，沈建榮

[科之杰新材料集團(tuán)(貴州)有限公司，貴州 龍里 551206]

0 前 言

隨著建筑行業(yè)不斷發(fā)展，施工單位對(duì)混凝土的要求越來(lái)越高，尤其是大體積混凝土和咬合樁，為了保證新拌混凝土能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)澆筑，超緩凝聚羧酸減水劑隨之被研究開(kāi)發(fā)[1]。一般情況下混凝土凝結(jié)時(shí)間控制在8～10 h，超緩凝聚羧酸減水劑能夠調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間在20～60 h，特殊工程延長(zhǎng)到70 h 以上，摻超緩凝聚羧酸減水劑后，可使各層混凝土的凝結(jié)時(shí)間協(xié)調(diào)一致而消除分層澆灌的接縫，可大大減慢水化放熱，從而避免裂縫的產(chǎn)生[2]。目前超緩凝聚羧酸減水劑在使用過(guò)程中還存在一些缺點(diǎn)，比如大幅降低聚羧酸減水劑的混凝土減水率、影響混凝土施工性能、降低混凝土后期強(qiáng)度等。

何宏榮等[3]研究發(fā)現(xiàn)，葡萄糖酸鈉與聚羧酸減水劑復(fù)合作用下，水泥凈漿具有較高的初始流動(dòng)度和較好的經(jīng)時(shí)流動(dòng)性。邢福燕等[4]研究發(fā)現(xiàn)，緩凝劑一般都有一個(gè)最佳的摻量范圍，不同類型緩凝劑的最佳摻量范圍也可能不同。

為了解決超緩凝聚羧酸減水劑會(huì)降低聚羧酸減水劑的混凝土減水率、影響混凝土施工性能、降低混凝土后期強(qiáng)度等問(wèn)題，本研究通過(guò)在聚羧酸減水母液、聚羧酸保坍母液中復(fù)配白糖和葡萄糖酸鈉，找到二者合適的比例來(lái)解決這一系列問(wèn)題。該產(chǎn)品已成功應(yīng)用于超高泵送混凝土工程。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料(見(jiàn)表1)

表1 試驗(yàn)原材料

1.2 超緩凝聚羧酸減水劑的復(fù)配

1.2.1 復(fù)配方案

試驗(yàn)所用超緩凝聚羧酸減水劑的編號(hào)及復(fù)配配方如表2所示。

表2 超緩凝聚羧酸減水劑的復(fù)配方案 kg

1.2.2 超緩凝聚羧酸減水劑的制備

向反應(yīng)釜中加入一定量的水，按表2 的配方加入緩凝劑H1、H2 或二者按一定質(zhì)量比的混合物，攪拌溶解，再緩慢加入所需用量的聚羧酸減水母液S04、保坍母液S10D，并同時(shí)加入所需的引氣劑Y39、消泡劑X1 和增稠劑B13，攪拌混合均勻，即制得超緩凝聚羧酸減水劑。

1.3 性能測(cè)試方法

(1)超緩凝聚羧酸減水劑的減水率

按照GB 8076—2008《混凝土外加劑》進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)混凝土配合比見(jiàn)表3，減水劑折固摻量為2.0%。

表3 減水率測(cè)試混凝土配合比 kg/m3

(2)混凝土應(yīng)用性能

按照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081—2019《混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。采用強(qiáng)度等級(jí)C35、抗?jié)B等級(jí)P10 混凝土配合比。分別測(cè)試超緩凝聚羧酸減水劑對(duì)混凝土和易性、坍落度損失、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)混凝土配合比如表4 所示。

表4 混凝土性能測(cè)試配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同超緩凝聚酸減水劑對(duì)混凝土減水率的影響

為系統(tǒng)研究不同緩凝劑用量對(duì)超緩凝聚羧酸減水劑混凝土減水率的影響，將按表2 配方制備的超緩凝聚羧酸減水劑進(jìn)行混凝土減水率測(cè)試，結(jié)果如表5 所示。

表5 超緩凝聚羧酸減水劑的混凝土減水率

由表5 可知，加入6%緩凝劑H1 制備的超緩凝聚羧酸減水劑CHN-2，混凝土減水率為28%；加入6%緩凝劑H2 制備的CHN-3，混凝土減水率為33%；加入2 種緩凝劑H1 和H2各3.0%制備的CHN-4，混凝土減水率為31%；當(dāng)H1 和H2的用量均增加至3.5%時(shí)，所制備的CHN-5 的混凝土減水率為29%。表明加入相同用量緩凝劑時(shí)，白糖H1 的用量越多，減水劑的混凝土減水率越小，而葡萄糖酸鈉H2 的用量越多，則減水劑的減水率越大。

2.2 混凝土應(yīng)用性能

2.2.1 混凝土和易性和坍落度損失試驗(yàn)

混凝土和易性采用混凝土倒置坍落度筒排空時(shí)間(倒筒時(shí)間)來(lái)評(píng)價(jià)。摻不同配方超緩凝聚羧酸減水劑新拌混凝土的初始狀態(tài)如圖1 所示，性能測(cè)試結(jié)果如表6 所示。

圖1 摻不同配方超緩凝聚羧酸減水劑混凝土的初始狀態(tài)

由圖1 可知，摻加超緩凝聚羧酸減水劑會(huì)影響混凝土的和易性，其中摻白糖H1 用量最多的CHN-2 的混凝土和易性最差，摻白糖用量較少的CHN-3、CHN-4 和CHN-1 的混凝土狀態(tài)相差不大。

表6 新拌混凝土的性能測(cè)試結(jié)果

由表6 可知：

(1)對(duì)于初始狀態(tài)，相同摻量條件下，摻CHN-2 混凝土的倒筒排空時(shí)間比摻CHN-1 的混凝土延長(zhǎng)1.20 s，摻CHN-3的與摻CHN-1 的相近。表明白糖H1 的加入會(huì)影響超緩凝聚羧酸減水劑的混凝土和易性，白糖用量越多，混凝土的和易性越差；同時(shí)隨著緩凝劑用量的增加，混凝土的初始坍落度、擴(kuò)展度都逐漸減小。

(2)混凝土經(jīng)時(shí)3 h 時(shí)，所有摻超緩凝聚羧酸減水劑的混凝土倒筒排空時(shí)間均比未摻緩凝劑的短，原因是不加緩凝劑的CHN-1 混凝土坍落度、擴(kuò)展度損失較大，流動(dòng)性差。CHN-2 中含有6%的白糖，摻其拌制的混凝土坍落度、擴(kuò)展度均比初始大，出現(xiàn)緩釋放大現(xiàn)象，坍落度增大了10 mm，擴(kuò)展度增大40 mm；CHN-3 中含有6%的葡萄糖酸鈉H2，摻其拌制的混凝土初始坍落度、擴(kuò)展度較大，分別為240、640 mm，混凝土3 h坍落度、擴(kuò)展度損失分別為10、50 mm；摻3%白糖H1 和3%葡萄糖酸鈉H2 制備的超緩凝聚羧酸減水劑CHN-4 時(shí)，混凝土的初始擴(kuò)展度為630 mm，3 h 擴(kuò)展度損失為10 mm；摻3.5%用量白糖H1 和3.5%葡萄糖酸鈉H2 制備的超緩凝聚羧酸減水劑CHN-5 時(shí)，混凝土的初始擴(kuò)展度為610 mm，3 h 擴(kuò)展度增大了20 mm。

試驗(yàn)結(jié)果表明，超緩凝聚羧酸減水劑的保坍性得到改善，尤其是摻3%白糖H1 和3%葡萄糖酸鈉H2 的復(fù)合緩凝劑時(shí)(A4)，混凝土3 h 坍落度及擴(kuò)展度基本無(wú)損失，繼續(xù)增加2 種緩凝劑用量至3.5%(A5)時(shí)，混凝土坍落度、擴(kuò)展度出現(xiàn)緩釋放大，實(shí)際施工中易造成混凝土離析堵泵現(xiàn)象。

2.2.2 混凝土凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)

分別在室溫(16 ℃、相對(duì)濕度70%)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)([20±2)℃、相對(duì)濕度≥95%]條件下進(jìn)行混凝土凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)，結(jié)果如表7 所示。

表7 混凝土凝結(jié)時(shí)間測(cè)試結(jié)果

由表7 可知：

(1)室溫條件下，CHN-1 中無(wú)緩凝劑，其拌制的混凝土初凝、終凝時(shí)間分別為7、10 h；摻入含不同緩凝劑的超緩凝聚羧酸減水劑 CHN-2、CHN-3、CHN-4、CHN-5，在相同摻量下拌制的混凝土初凝、終凝時(shí)間分別為 51、59 h，27、34 h，32、8 h，43、49 h。由此可見(jiàn)，白糖H1 用量太大易造成混凝土凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

(2)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室條件下，超緩凝聚羧酸減水劑對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間影響關(guān)系與室溫條件下相同，但初凝、終凝時(shí)間均比室溫條件下短，說(shuō)明溫度和濕度對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間影響較大。

2.2.3 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)

混凝土強(qiáng)度評(píng)定根據(jù)GB 50107—2010《混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，分別在室溫(16 ℃、相對(duì)濕度70%)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)([20±2)℃、相對(duì)濕度≥95%]條件下進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，由于摻超緩凝聚羧酸減水劑CHN-2 混凝土的終凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，室溫條件下將近60 h，所以將混凝土3、7 d 抗壓強(qiáng)度均向后延遲3 d，測(cè)試其6、10 d 的抗壓強(qiáng)度，成型試模尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，結(jié)果如圖 2 所示。

圖2 不同養(yǎng)護(hù)條件下?lián)匠從埕人釡p水劑混凝土的抗壓強(qiáng)度

由圖2 可知：

(1)室溫條件下，相同摻量超緩凝聚羧酸減水劑中，以摻CHN-2 的混凝土早期抗壓強(qiáng)度最低，摻CHN-1 的早期抗壓強(qiáng)度最高；對(duì)于28 d 抗壓強(qiáng)度，摻 CHN-3、CHN-4、CHN-5 混凝土均達(dá)到設(shè)計(jì)要求的120%，與摻CHN-1 基本相同；而摻CHN-2 的混凝土28 d 抗壓強(qiáng)度為36.5 MPa，只達(dá)到104%，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求。說(shuō)明摻適量緩凝劑的超緩凝聚羧酸減水劑不會(huì)影響混凝土的后期抗壓強(qiáng)度。

(2)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土的前期抗壓強(qiáng)度均比室溫條件時(shí)高，其中以摻CHN-2 最為明顯，室溫條件下混凝土的6 d抗壓強(qiáng)度為21.2 MPa，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下混凝土6 d 抗壓強(qiáng)度為24.5 MPa，摻 CHN-3、CHN-4、CHN-5 的混凝土抗壓強(qiáng)度較摻CHN-2 的提高 1～2 MPa；摻 CHN-3、CHN-4、CHN-5 混凝土的28 d 抗壓強(qiáng)度與摻CHN-1 的基本相同，這與室溫條件下的試驗(yàn)結(jié)果相似，而摻CHN-2 的混凝土28 d 抗壓強(qiáng)度比達(dá)到110%，比室溫條件下提高了6%，說(shuō)明相同摻量超緩凝聚羧酸減水劑下，環(huán)境溫、濕度升高，可提高混凝土的前期抗壓強(qiáng)度。

試驗(yàn)結(jié)果表明，超緩凝聚羧酸減水劑中的緩凝劑摻量越大，混凝土的早期抗壓強(qiáng)度越低，但對(duì)后期抗壓強(qiáng)度影響不大；當(dāng)緩凝劑H1、H2 的摻量達(dá)到3.5%時(shí)(CHN-2)，混凝土前期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢，且會(huì)對(duì)后期抗壓強(qiáng)度造成影響，后期抗壓強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。所以實(shí)際施工時(shí)應(yīng)充分考慮混凝土后期抗壓強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求，不能摻加過(guò)多H1，以免混凝土凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

3 工程應(yīng)用

該超緩凝聚羧酸減水劑能適應(yīng)C20～C60 不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。在實(shí)際工程中，已將超緩凝聚羧酸減水劑CHN-4應(yīng)用于恒豐貴陽(yáng)中心主塔C35 超高泵送混凝土，泵送高度達(dá)380 m。試驗(yàn)室測(cè)試混凝土的初、終凝時(shí)間分別為19、25 h，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試混凝土的初、終凝時(shí)間分別為16、20 h。恒豐貴陽(yáng)中心主體核心筒C60 大體積混凝土的泵送高度達(dá)72 層，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的混凝土初、終凝結(jié)時(shí)間分別為24、30 h，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的混凝土初、終凝結(jié)時(shí)間分別是20、25 h，拆模后未出現(xiàn)開(kāi)裂、斷層現(xiàn)象，證明了摻加白糖H1 和葡萄糖酸鈉H2 復(fù)合的超緩凝聚羧酸減水劑用于大體積混凝土連續(xù)施工的可行性和安全性，且后期強(qiáng)度均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖3 所示為超緩凝聚羧酸減水劑CHN-4 在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

圖3 超緩凝聚羧酸減水劑CHN-4的工程應(yīng)用

4 結(jié) 論

(1)以白糖、葡萄糖酸鈉作為超緩凝聚羧酸減水劑中的緩凝組分，原因是白糖抗高溫效果好，葡萄糖酸鈉對(duì)超緩凝聚羧酸減水劑混凝土減水率影響較小，采用白糖、葡萄糖酸鈉按質(zhì)量比1∶1 復(fù)合可將混凝土的凝結(jié)時(shí)間控制在20～60 h，能應(yīng)用于不同強(qiáng)度等級(jí)大體積混凝土和咬合樁連續(xù)施工。

(2)混凝土試驗(yàn)表明，加入3%白糖和3%葡萄糖酸鈉復(fù)合的緩凝劑，對(duì)混凝土性能的負(fù)面影響最小。摻該緩凝劑復(fù)配的超緩凝聚羧酸減水劑，混凝土減水率與基準(zhǔn)相差不大，且混凝土初始和易性、施工性能良好，凝結(jié)時(shí)間可控制在30～40 h，混凝土3 h 坍落度、擴(kuò)展度基本無(wú)損失。

(3)在適宜摻量范圍內(nèi)，超緩凝聚羧酸減水劑中緩凝劑摻量越大，混凝土的早期抗壓強(qiáng)度越低，但對(duì)后期強(qiáng)度影響不大。當(dāng)摻入3%白糖和3%葡萄糖酸鈉的復(fù)合緩凝劑時(shí)，超緩凝聚羧酸減水劑降低混凝土前期抗壓強(qiáng)度，但對(duì)28 d 后期抗壓強(qiáng)度沒(méi)影響，且溫濕度越大，混凝土前期抗壓強(qiáng)度越高；當(dāng)白糖用量達(dá)6%時(shí)，混凝土前期抗壓強(qiáng)度不足，后期抗壓強(qiáng)度雖達(dá)到理論強(qiáng)度，但遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，影響工程質(zhì)量。