李馨慧，林喜華，趙士豪，班錄江，胡克濤，何欣，何凱，顧青山

（中建西部建設(shè)貴州有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550004）

0 緒論

建筑結(jié)構(gòu)需要長(zhǎng)時(shí)間澆筑時(shí)，普通混凝土 6～10 小時(shí)的初凝時(shí)間不能滿足要求，需要加入超緩凝劑，適當(dāng)延長(zhǎng)其凝結(jié)時(shí)間。大體積混凝土結(jié)構(gòu)如地下室大底板和側(cè)墻等在澆筑過(guò)程中，為避免其先澆筑部位先于后澆筑部位凝結(jié)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的“冷接頭”，常通過(guò)在外加劑中適當(dāng)摻入緩凝組分以延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間，減少結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分層及裂縫[1]。在夏季施工時(shí)，加入超緩凝劑有效減少混凝土的坍落度損失，延長(zhǎng)混凝土的使用時(shí)間[2]。除此之外，超緩凝混凝土也應(yīng)用在基坑咬合樁項(xiàng)目中，第二類樁的澆筑需在第一類樁初凝前完成，由此可保證其能保證兩類樁的樁身充分連接[3]。

但過(guò)量加入緩凝劑也將導(dǎo)致混凝土長(zhǎng)期不凝結(jié)、早期強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)、延長(zhǎng)施工工期等問題。為保證結(jié)構(gòu)凝結(jié)時(shí)間與強(qiáng)度均能滿足施工需要，需要對(duì)超緩凝劑的用量進(jìn)行專門的試驗(yàn)。另外，在機(jī)制砂的生產(chǎn)過(guò)程中為減少石粉含量而摻加絮凝劑，絮凝劑在一定程度上也會(huì)延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間。本文針對(duì) C30～C45 共 4 種強(qiáng)度等級(jí)的超緩凝混凝土進(jìn)行超緩凝劑用量的探究，形成了一套對(duì)應(yīng)的配合比設(shè)計(jì)方案，并分析試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)探究超緩凝劑對(duì)混凝土水化過(guò)程的影響。

1 混凝土原材料性能測(cè)試

（1）水泥：選用西南 P·O42.5 水泥和海螺 P·O52.5水泥，其性能指標(biāo)如表 1 所示。

（2）粉煤灰：選用貴州名川煤灰有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，其性能指標(biāo)如表 2 所示。

表 1 水泥性能指標(biāo)

表 2 粉煤灰性能指標(biāo)

（3）機(jī)制砂：選用貴州成智重工石灰?guī)r中砂，細(xì)度模數(shù)為 2.8。

（4）碎石：選用 5～20mm 的石灰?guī)r碎石。

（5）外加劑：減水劑選用中建西部建設(shè)新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸類高效減水劑，其固含量為 13%。超緩凝劑采用西卡公司生產(chǎn)的高效超緩凝劑，其固含量為 25%。

2 超緩凝混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù) JGJ 55—2012《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求，按照不同強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。其中，使用西南 P·O42.5 水泥制備 C30 和 C35 混凝土，使用海螺 P·O52.5 水泥制備 C40 和 C45 混凝土。混凝土配合比設(shè)計(jì)見表 3。

表 3 C30 超緩凝混凝土配合比設(shè)計(jì) kg/m3

3 超緩凝混凝土性能測(cè)試

3.1 超緩凝混凝土工作性、凝結(jié)時(shí)間測(cè)試結(jié)果

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)》的操作要求，對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的超緩凝混凝土的坍落度、擴(kuò)展度和倒筒時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，并測(cè)試2h 的延時(shí)擴(kuò)展度。各強(qiáng)度等級(jí)超緩凝混凝土的工作性能及凝結(jié)時(shí)間測(cè)試結(jié)果如表 4 所示。

表 4 超緩凝混凝土的工作性測(cè)試結(jié)果

由表 4 和圖 1～3 可知，各組混凝土出機(jī)時(shí)的工作性相近，坍落度均在 250～260mm，擴(kuò)展度在 580～620mm，倒筒時(shí)間在 3.0～3.4s 范圍內(nèi)；與未摻加超緩凝劑的 SP-1、SP-7、SP-11、SP-15這四組相比，摻加了超緩凝劑的混凝土在出機(jī)時(shí)坍落度和擴(kuò)展度有所增加，但增加幅度不大，只有 SP-16 組的出機(jī)坍落度和擴(kuò)展度小于同強(qiáng)度等級(jí)的空白組。SP-3、SP-5、SP-9、SP-14四組的倒筒時(shí)間長(zhǎng)于對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的空白組，但這幾組與空白組的差距不大。與其他緩凝劑相比，試驗(yàn)中使用的西卡緩凝劑能夠使混凝土維持較好的工作性，同時(shí)沒有因過(guò)多地吸附外加劑而增加外加劑的用量。

圖 1 超緩凝混凝土坍落度對(duì)比圖

圖 2 超緩凝混凝土擴(kuò)展度對(duì)比圖

圖 3 超緩凝混凝土倒筒時(shí)間對(duì)比圖

圖 4 超緩凝混凝土凝結(jié)時(shí)間對(duì)比圖

圖 5 超緩凝混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖

靜置 2 小時(shí)后，摻加了超緩凝劑的混凝土的工作性沒有太大的變化，甚至部分的坍落度和擴(kuò)展度有一定的增大，僅 SP-8、SP-10 的 2h 坍落度和 SP-3 的 2h 擴(kuò)展度小于出機(jī)的坍落度和擴(kuò)展度。

目前市面上的緩凝劑主要分為無(wú)機(jī)磷鹽緩凝劑、羥基酸鹽類緩凝劑、多元醇類緩凝劑、蜜糖類緩凝劑和有機(jī)膦酸鹽緩凝劑[4]。試驗(yàn)中使用的緩凝劑為糖類與有機(jī)膦鹽的混合物，能夠在一定程度吸附在水泥礦物顆粒表面上，形成“保護(hù)膜”，阻擋水泥礦物顆粒與水接觸。繼續(xù)發(fā)生水化反應(yīng)。膦酸鹽與水泥水化產(chǎn)物中的 Ca2+絡(luò)合，形成松散的絮狀物，抑制 CSH 晶體的形成和尺寸發(fā)展，而水泥水化產(chǎn)物 CSH、AFt 等被緩凝劑包裹形成的絮狀物需要一定時(shí)間才能與水充分接觸、充分水化，水泥水化進(jìn)程暫時(shí)“休眠”，從而延長(zhǎng)了混凝土的凝結(jié)時(shí)間[5]；蜜糖型緩凝劑能夠吸附在水泥礦物顆粒表面形成溶劑化吸附層，使水泥初期水化糖鈣含有多個(gè)羥基，增加游離水，提高漿體流動(dòng)性，增強(qiáng)了混凝土的工作性能[4]。

對(duì) 17 組混凝土初凝、終凝時(shí)間加以檢測(cè)，摻加絮凝劑后，各強(qiáng)度等級(jí)混凝土的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)了 2～6 倍不等，其中 C30 混凝土的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)得最多，平均延長(zhǎng)了 50.6h；各組初凝與終凝的時(shí)間差平均延長(zhǎng)了11.05h。對(duì)比不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，空白組的凝結(jié)時(shí)間相近，初凝為 10h 左右，終凝時(shí)間為 12～15h；但摻加緩凝劑后，高強(qiáng)度等級(jí)混凝土凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)量少于低強(qiáng)度等級(jí)混凝土。其中，C45 混凝土僅延長(zhǎng)了 10.5h，C30 混凝土延長(zhǎng)了 43～67.2h。針對(duì)同一強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，緩凝劑摻量的增加將延長(zhǎng)其初凝時(shí)間和終凝時(shí)間，但對(duì)于初凝和終凝的時(shí)間差沒有太大的影響。

相比 C30 混凝土，C45 混凝土中膠凝材料摻量較大，在等比例摻加緩凝劑時(shí)，水泥礦物顆粒與緩凝劑間接觸幾率將變小，且緩凝劑不能充分覆蓋在水泥礦物顆粒上，削弱了緩凝效果。另外，試驗(yàn)中 C40 和 C45 混凝土采用 P·O52.5 水泥制備，C30 和 C35 采用 P·O42.5水泥制備。高標(biāo)號(hào)水泥能為混凝土提供更高的抗壓能力，同時(shí)其也會(huì)產(chǎn)生更大的水化熱，使礦物顆粒熱分散效果更大，緩凝劑團(tuán)聚顆粒的效果不明顯，減弱了緩凝劑的緩凝效果。

摻加緩凝劑可延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間，從而延長(zhǎng)混凝土的可施工時(shí)間，但摻加緩凝劑后，將會(huì)延長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的終凝時(shí)間，對(duì)整個(gè)施工進(jìn)度產(chǎn)生影響。因此要格外控制緩凝劑的用量，避免過(guò)量使用后混凝土長(zhǎng)時(shí)間不凝，延誤工期。以 C30 混凝土為例，緩凝劑摻量為 1% 時(shí)，初凝時(shí)間為 56 小時(shí)，而緩凝劑摻量為 2% 時(shí)，初凝時(shí)間可達(dá) 80 小時(shí)。因此緩凝劑的用量控制在 1% 左右。

3.2 超緩凝混凝土力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

由于超緩凝混凝土的終凝時(shí)間為 24 小時(shí)以上，最長(zhǎng)可達(dá) 89 小時(shí)，混凝土 7d 強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢。為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性，對(duì)超緩凝混凝土的 14d、28d 強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方法滿足 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，其結(jié)果見表 5。

表 5 超緩凝混凝土力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

通過(guò)表 5 數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，摻加了超緩凝劑的混凝土14d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均小于同強(qiáng)度等級(jí)的空白組，其主要原因在于緩凝劑吸附在水泥礦物顆粒表面，使其與水不能充分接觸，水化產(chǎn)物聚集不能充分完成水化，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部存在部分未水化的水泥顆粒，使得混凝土強(qiáng)度偏小。同時(shí)，緩凝劑的加入，延緩了水泥水化熱的釋放過(guò)程，減慢了膠凝材料顆粒擴(kuò)散速度，延長(zhǎng)了混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的時(shí)間。

隨著緩凝劑摻量的增加，混凝土 14d 和 28d 抗壓強(qiáng)度卻隨之減小，但不會(huì)減少過(guò)多。其中，SP-6 組 14d抗壓強(qiáng)度最小，僅為 28.5MPa，小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，但其28d 強(qiáng)度為 45.7MPa，可滿足使用要求。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，緩凝劑摻量在 1% 左右時(shí)，混凝土早期強(qiáng)度較高，且 28d 強(qiáng)度接近空白組。

緩凝劑的加入會(huì)減小混凝土早期抗壓強(qiáng)度，但并不會(huì)過(guò)大地影響后期抗壓強(qiáng)度。有試驗(yàn)表明，摻加緩凝劑后，混凝土 56d、90d 及其他長(zhǎng)齡期的抗壓強(qiáng)度將高于空白組[1]。這主要是因?yàn)榫從齽┙档土怂囝w粒水化的速度，延長(zhǎng)了混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)進(jìn)程，前期未能充分水化的水泥礦物顆粒在后期緩慢水化，強(qiáng)度得到增長(zhǎng)。但也需要注意控制緩凝劑的用量，避免緩凝劑用量過(guò)高導(dǎo)致7d 強(qiáng)度偏小，從而影響施工進(jìn)度。

4 結(jié)論

（1）試驗(yàn)中使用的超緩凝劑能夠較好地保持混凝土的工作性，并延長(zhǎng)了混凝土的凝結(jié)時(shí)間。

（2）摻加相同用量的緩凝劑時(shí)，隨著混凝土的強(qiáng)度等級(jí)增大，初凝時(shí)間延長(zhǎng)量反而減小，主要跟膠凝材料用量增加有關(guān)。

（3）摻加緩凝劑后，混凝土早期強(qiáng)度相較于空白組而言會(huì)有所減小，水泥水化過(guò)程會(huì)有所“凍結(jié)”；而后期強(qiáng)度將慢慢增加，直至與空白組相當(dāng)甚至可能超過(guò)空白組。

（4）由試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果可知，緩凝劑摻量為 1%時(shí)，混凝土的工作性和力學(xué)性能均較好，可認(rèn)定 1% 為本次試驗(yàn)用緩凝劑的最佳摻量。