楊帆

（亳州市大興混凝土有限公司，安徽 亳州 236822）

0 前言

我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對混凝土的需求居高不下，混凝土優(yōu)質(zhì)原材料持續(xù)緊缺，機(jī)制砂混凝土和大比例礦物摻合料成為當(dāng)前混凝土生產(chǎn)的主要特征。北京建筑大學(xué)宋少民等學(xué)者預(yù)測混凝土將進(jìn)入“大膠凝材料時(shí)代”[1]，進(jìn)一步擴(kuò)大了混凝土膠材的來源范圍，這同時(shí)也對混凝土質(zhì)量控制提出了較高要求，使得混凝土早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度增長需要更多關(guān)注，也是外加劑亟待解決的新課題。

當(dāng)前市場上的增強(qiáng)產(chǎn)品主要分為無機(jī)鹽類、有機(jī)醇胺類以及有機(jī)—無機(jī)復(fù)合類，但都存在混凝土的工作性能往往受影響較大，提高混凝土早期強(qiáng)度而忽視后期強(qiáng)度的問題，因此需要對當(dāng)前的增強(qiáng)劑進(jìn)行更多研究。本項(xiàng)目通過將幾種增強(qiáng)組分與聚羧酸進(jìn)行復(fù)配，研究其對混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響，為相關(guān)應(yīng)用提供參考。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）膠凝材料

水泥采用南方 P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥。粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰，需水比為 100%。水泥和粉煤灰的性能指標(biāo)結(jié)果分別見表 1 和表 2。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

表2 粉煤灰性能指標(biāo)測試結(jié)果

（2）骨料

細(xì)骨料采用石灰石機(jī)制砂，含粉 12.2%，細(xì)度模數(shù) 2.9。石子由小石（5～10mm）和大石（10～20mm）按照一定比例組成。碎石性能指標(biāo)見表 3。

表3 碎石性能指標(biāo)

（3）外加劑

基準(zhǔn)為聚羧酸高性能外加劑 Z0，浙江某外加劑廠生產(chǎn)；三乙醇胺（Z1）為市購，純度≥98%；納米C-S-H 晶核型早強(qiáng)劑（Z2）：上海某公司生產(chǎn)，白色粉體；硫氰酸鈉（Z3）：，市購；硫酸鈉（Z4）：工業(yè)級，純度 98% 以上。將三乙醇胺、C-S-H 晶核、硫氰酸鈉和硫酸鈉與 Z0 按質(zhì)量復(fù)配，獲得相應(yīng)目標(biāo)樣品。其中 Zx-1～Zx-4 代表 Zx 在 Z0 中的復(fù)配比例分別為 1%、2%、3%、4%（x=1～4）。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)采用 C30 混凝土配合比，見表 4。

表4 C30 混凝土配合比 kg/m3

（2）混凝土工作性能

混凝土坍落度、擴(kuò)展度以及時(shí)間測試參照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，采用 C30 配合比，對比聚羧酸復(fù)配幾種增強(qiáng)組分后的混凝土工作性能。

（3）混凝土抗壓強(qiáng)度

混凝土抗壓強(qiáng)度測試按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，成型 100mm×100mm×100mm 試塊，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測定混凝土設(shè)定齡期的抗壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 對混凝土工作性能的影響

優(yōu)良的工作性能是保證混凝土順利施工、承受荷載和具有耐久性的前提。對復(fù)配增強(qiáng)組分后的聚羧酸減水劑對混凝土初始坍落度和坍落度損失、凝結(jié)時(shí)間等的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果見表 5。

從表 5 可以看出：（1）三乙醇胺隨著復(fù)配比例增加，混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度均有不同程度的下降，混凝土保坍能力削弱，且三乙醇胺復(fù)配比例超過 3% 時(shí)，混凝土初始流動(dòng)性和坍落度保持能力降低明顯。加入三乙醇胺后混凝土粘度增加，流動(dòng)性減弱，這是因?yàn)槿掖及诽岣吡?C3A 和 C4AF 的溶解速率，致使與石膏的反應(yīng)速度加快[2]，水化硫鋁酸鈣量增多，使得混凝土自由水量降低，混凝土粘度有所增加。由于三乙醇胺增加了水泥礦物相的溶解，消耗了自由水，使得混凝土凝結(jié)時(shí)間有所降低。尹壽生[3]在研究中得到相似的結(jié)論。

表5 聚羧酸復(fù)配增強(qiáng)組分對混凝土工作性能的影響

（2）C-S-H 納米晶核型早強(qiáng)劑同樣隨摻量增加，混凝土初始工作性能下降，混凝土經(jīng)時(shí)保坍能力下降，但其對混凝土工作性能的負(fù)面影響弱于三乙醇胺。C-S-H 納米晶核能夠發(fā)揮其尺寸效應(yīng)，促進(jìn)水泥早期水化，加快水泥漿體結(jié)構(gòu)搭建、降低混凝土塑性[4]。C-S-H 納米晶核早強(qiáng)劑能縮短混凝土凝結(jié)時(shí)間，但其影響相比三乙醇胺較小。

（3）有研究表明硫氰酸鈉作為混凝土早強(qiáng)劑可以增加水泥水化產(chǎn)物數(shù)量，降低水泥漿體孔隙率。本項(xiàng)目中硫氰酸鈉復(fù)配摻量從 0% 增加至 4%，混凝土初始擴(kuò)展度降低 5.3%，混凝土經(jīng)時(shí)坍損也相對較小。硫氰酸鈉加入前后混凝土凝結(jié)時(shí)間相差不大，有研究認(rèn)為硫氰酸鈉對于 5℃ 以下混凝土早強(qiáng)及促進(jìn)水泥水化速率相對明顯[5]，在測試環(huán)境中混凝土凝結(jié)時(shí)間影響較小。

（4）當(dāng)硫酸鈉與聚羧酸復(fù)配時(shí)，受復(fù)配比例影響較大。當(dāng)硫酸鈉摻比在 2% 以下時(shí)，混凝土初始流動(dòng)性和保坍能力影響相對較小，但硫酸鈉復(fù)配比例增加時(shí)，混凝土流動(dòng)性和坍落度損失加快。這是因?yàn)榱蛩猁}能夠快速置換出混凝土中的 Ca2+，使得混凝土堿度上升，水泥水化加快，使得聚羧酸的保坍能力下降。

（5）復(fù)配各增強(qiáng)組分的聚羧酸減水劑對混凝土的凝結(jié)時(shí)間影響均較小。

2.2 對混凝土強(qiáng)度的影響

目前的增強(qiáng)組分主要集中在混凝土早期強(qiáng)度提升方面，對混凝土強(qiáng)度持續(xù)提升作用較小甚至強(qiáng)度出現(xiàn)負(fù)增長，因此保持混凝土強(qiáng)度增長的連續(xù)性顯得尤為必要。研究了 Z1、Z2、Z3、Z4 復(fù)配聚羧酸后的混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果，見表 6、圖 1。

表6 增強(qiáng)劑復(fù)配聚羧酸后對混凝土強(qiáng)度的影響

圖1 聚羧酸復(fù)配增強(qiáng)組分對混凝土強(qiáng)度的影響

從表 6 和圖 1 可知：

（1）混凝土 1d 抗壓強(qiáng)度都隨幾種增強(qiáng)劑復(fù)配摻量增加而增加，但又由增強(qiáng)劑種類而出現(xiàn)差異，三乙醇胺對混凝土 1d 強(qiáng)度增長作用強(qiáng)于其他幾種增強(qiáng)劑，這可能是因?yàn)槿掖及反龠M(jìn)水泥水化能力更強(qiáng)，使得水泥早期水化反應(yīng)速率提高，從而為混凝土貢獻(xiàn)較高的強(qiáng)度。

（2）對于混凝土 3d 抗壓強(qiáng)度，幾種增強(qiáng)劑的加入有利于混凝土強(qiáng)度增長，且三乙醇胺在復(fù)配摻量 2% 以下時(shí)，強(qiáng)度增長優(yōu)于其他幾種增強(qiáng)劑，當(dāng)其摻量高于 2% 時(shí)，聚羧酸復(fù)配硫酸鈉后表現(xiàn)出了比較優(yōu)勢，增長幅度最快。

（3）隨著齡期的增長，三乙醇胺的持續(xù)增長乏力，復(fù)配三乙醇胺后的混凝土 7d 強(qiáng)度在達(dá)到 3% 后出現(xiàn)下降，硫酸鈉增長趨勢與三乙醇胺趨同，硫氰酸鈉對于混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度增長較為有利。C-S-H 納米晶核早強(qiáng)劑在混凝土 28d 強(qiáng)度增長表現(xiàn)出后發(fā)優(yōu)勢。而對于復(fù)配三乙醇胺、硫氰酸鈉、硫酸鈉的聚羧酸減水劑，混凝土 28d 強(qiáng)度在復(fù)配用量超過 1% 后出現(xiàn)倒縮。這可能是由于這些早強(qiáng)組分加速水泥早期水化，生成較多不穩(wěn)定水化產(chǎn)物，導(dǎo)致混凝土孔隙率和微裂紋等內(nèi)部缺陷增多，對混凝土后期強(qiáng)度造成了負(fù)面影響。

從混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果看，三乙醇胺和硫氰酸鈉提高混凝土 7d 以前齡期強(qiáng)度效果較為明顯，納米 C-S-H 晶核對混凝土具有持續(xù)增強(qiáng)的效果，尤其對于混凝土 28d 強(qiáng)度增長較為明顯。

3 結(jié)論

（1）聚羧酸復(fù)配不同增強(qiáng)組分對混凝土工作性能影響不同，三乙醇胺增多會(huì)降低混凝土初始坍落度，削弱保坍能力，凝結(jié)時(shí)間也縮短。C-S-H 納米晶核型早強(qiáng)劑、硫氰酸鈉和硫酸鈉隨復(fù)配比例增加，混凝土工作性能下降弱于三乙醇胺，對混凝土凝結(jié)時(shí)間影響較小。

（2）幾種增強(qiáng)劑均能持續(xù)提高聚羧酸混凝土 1d 和 3d 強(qiáng)度，但混凝土 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度因增強(qiáng)劑種類不同而表現(xiàn)出差異性。摻入納米 C-S-H 晶核增強(qiáng)劑的混凝土強(qiáng)度各齡期持續(xù)增長，但三乙醇胺、硫氰酸鈉和硫酸鈉復(fù)配比例超過 1% 后，混凝土 28d 強(qiáng)度出現(xiàn)峰值回落，甚至強(qiáng)度出現(xiàn)負(fù)增長。

（3）在使用增強(qiáng)劑復(fù)配中，要根據(jù)增強(qiáng)劑種類確定比例，確?；炷粮鼾g期強(qiáng)度持續(xù)增長。