缓凝剂对自密实混凝土性能的影响研究

2014-10-18邱颖辉余建杰江新勇

水利技术监督 2014年4期

邱颖辉余建杰江新勇

（1.江西省上饶市水利科学研究所，江西上饶 334000；2.南昌航空大学土建学院，江西南昌 330063）

随着建筑技术的进步，诞生了越来越多的构造复杂的建筑工程。有些部位由于钢筋密集或者构造形状复杂根本无法振捣，自密实混凝土在这里发挥了重要的作用。

自密实混凝土是“具有高流动性、均匀性和稳定性，浇筑时无需外力振捣，能够在自重作用下流动密实的混凝土”[1]。而自密实混凝土特殊的工作性能与外加剂密不可分，其中缓凝剂有着至关重要的作用，尤其对泵送混凝土高流动性和长初凝时间的优化，可以通过掺加合适的缓凝剂调节凝结时间；适量的缓凝剂还可以提高混凝土的后期强度。

谢慧东、郑光明、李超[2]指出“在一定范围内，随着缓凝剂的增加，混凝土28、60d强度同比也在增加”。王振军，何廷树[3]指出“缓凝剂对混凝土的影响与缓凝剂的种类、掺量、掺加方法以及水泥的品种、混凝土配合比、使用季节和施工方法等有关”。黄书荣，蔡海瑜[4]指出缓凝剂对混凝土的凝结时间存在最优掺量。

缓凝剂种类繁多，基于不同种类的缓凝剂以及同种缓凝剂不同掺量在自密实混凝土中会产生不同的效果影响，进而对混凝土的工作性能和力学性能产生不同程度的影响，所以，有必要对不同品种的缓凝剂与自密实混凝土的相容性进行系统研究。

该实验通过掺加葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸3种缓凝剂以及改变各混凝剂的掺量，研究缓凝剂对自密实混凝土的性能影响。

1 原材料以及配合比

1.1 原材料

（1）采用国产 P.O42.5水泥，其物理性能如表1所示。

表1 试验水泥的物理性能

（2）外加剂减水剂：聚羧酸高效减水剂固含量 20%的液体；缓凝剂：葡萄糖酸钠，固体粉末，一般掺量 0.01%～0.1%；三聚磷酸钠，固体粉末，一般掺量0.01%～0.01%；柠檬酸，固体粉末，一般掺量0.03%～0.1% 。

（3）骨料为赣江卵石，粒径5～20mm，级配良好，物理指标见表2；中砂，细度模数为2.45，含泥量0.5%，物理指标见表3。

表2 卵石物理指标

表3 砂物理指标

（4）粉煤灰采用国产新型材料 1级粉煤灰，其物理指标见表4。

表4 粉煤灰的物理性能

（5）水为实验室中自来水。

1.2 配合比

经多次预拌优化调整试验，确定自密实混凝土基本配合比如表5。

表5 自密实混凝土基本配合比

2 实验设备与方案

试验设备包括混凝土强制式搅拌机、压力试验机、坍落桶、J型环、电子计重称等。

试验方案采用不同的缓凝剂种类以及掺量，葡萄糖酸钠（P）掺量分别用 0.04%、0.06%、0.08%，柠檬酸（N）掺量分别用0.04%、0.06%、0.08%，三聚磷酸钠（S）掺量分别用0.05%、0.2%、0.3%。按照《混凝土外加剂》（GB8076-1997）测定掺缓凝剂的自密实混凝土的凝结时间，研究自密实混凝土中复合缓凝剂对其凝结时间的影响。按照《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ/T283-2012）测定掺缓凝剂的自密实混凝土的坍落扩展度和T50，研究自密实混凝土中复合缓凝剂对其工作性能的影响。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB50081-2002）采用 SANS型压力试验机测定掺缓凝剂之后自密实混凝土的3d、7d、28d的抗压强度，研究自密实混凝土中复合缓凝剂对其力学性能的影响。

3 实验结果与讨论

缓凝剂不仅可以延长混凝土凝结时间，使新拌混凝土较长时间内保塑，以便浇筑，提高施工效率；还能延缓水泥水化放热，减少裂纹的发生。因此，它被大量地用在大体积混凝土、泵送混凝土、炎热气候下施工以及某些特殊施工工艺方面。实验通过3种有代表性的缓凝剂研究对自密实混凝土的影响。

3.1 缓凝剂对自密实混凝土工作性能的影响

对不同种缓凝剂掺入拌合物中得到试验数据如表6。

表6 缓凝剂对新拌自密实混凝土工作性能的影响

由试验数据显示与不加任何缓凝剂组相比，掺入PTN、SJL、NMS对新拌自密实混凝土的扩展度有所改善，PTN对拌合物的的扩展度提高较为明显，随掺量的增加对扩展度的增长率减少，SJL随掺量的增加对扩展度增加，当达到 0.1%时增长率降低，NMS对拌合物的扩展度有略微的提高，随掺量的增加对扩展度略微的增加，但增长率较小；坍落度与未掺加缓凝剂组相比，掺加缓凝剂后均有提高（在0～25mm之内），掺加0.04%PTN增加较为明显，但随着掺量的增加增长率减少，甚至为0，SJL在0.1%时坍落度最佳，NMS掺量的变化对坍落度无较大影响。在试验过程中可以看出，拌合物的保水性较差，有泌水现象。

3.2 缓凝剂对自密实混凝土凝结时间的影响

缓凝剂对新拌混凝土凝结时间的影响与缓凝剂的种类、掺量、水泥品种、混凝土配合比、使用季节和施工方法等条件有关。理想的缓凝剂应当是掺量少缓凝作用明显，而且不产生异常凝结现象。另外，缓凝剂还应使混凝土初凝时间延缓较长，而初凝与终凝间的间隔要短。表7中列举了3种缓凝剂对新拌混凝土凝结时间的影响。

表7 缓凝剂对新拌自密实混凝土凝结时间的影响

由表7可知，在湿度31%，温度32℃条件下，掺人缓凝剂后，新拌自密实混凝土的初凝时间和终凝时间均不同程度延长，且对初、终凝时间间隔有不同程度的延长，但不同缓凝剂的作用差别较大。

与未掺加缓凝剂组相比，掺入PTN对初凝时间影响较大，随着掺量的增加初凝时间逐渐延长，当到达 0.06%时效果最好（达到 17.7h），此时初、终凝时间间隔也达到最短，随着缓凝剂掺量进一步增加，初凝时间延长的速率降低，时间间隔延长；掺入SJL对初凝时间有所提高，但与PTN相比，延长时间均短于 PTN，在 0.1%时达到最长，此时初、终凝时间间隔也到达最短；掺入NMS后对初、终凝时间均提高，随着掺量的增加初凝时间表现为增加的趋势，但初、终凝时间间隔在 0.06%时最长，掺量的进一步增加时间间隔变短。3种缓凝剂相比，PTN对初凝时间影响最大，对延长新拌混凝土的凝结时间有很大的作用，而掺量为0.05%的SJL缓凝作用最弱，但随量的增加高于 NMS，NMS表现较弱的缓凝作用。0.06%的 PTN在试验中效果最好，既延长了初凝时间，又缩短了初、终凝时间差。

3.3 缓凝剂对自密实混凝土抗压强度的影响

缓凝剂对自密实混凝土的作用主要是物理作用，只是在不同程度上减缓(甚至停止)水泥的水化反应的进程。肖丽，王新海，盛兴跃[5]指出添加缓凝剂对早期强度有所降低，但后期强度会增强。在本试验中从强度的发展来看，适量掺加缓凝剂后的混凝土早期强度(7 d左右)比未掺的要低，但一般7 d以后就可以赶上或超过未掺者，有的缓凝剂28d强度有明显增大。有关数据显示[6]，90d强度依然能保持高于未掺的趋势。

表8 缓凝剂对自密实混凝土抗压强度的影响

表8列出了缓凝剂对自密实混凝土抗压强度的影响，由表中试验数据表明，掺入缓凝剂后的部分自密实混凝土早期强度（7d以内）有所降低，但28d的强度均提高，但不同品种缓凝剂提高的程度不同。与未掺加缓凝剂混凝土相比，掺适量的 PTN后自密实混凝土 3d抗压强度提高，而其他种缓凝剂与掺量均降低，其中NMS降低了10%为最大。对于 7d强度，掺入 0.05%SJL、0.1%SJL、0.04%NMS均降低，0.05%SJL7d强度降低了5.8%最大。28d强度均有所增大，0.08%PTN增加了23%达到41.2MPa。增加最少的0.04%NMS也有5.1%。

与未掺加缓凝剂相比，PTN的掺入对强度影响，在3d时，当掺量在0.04%的PTN时低于未掺加缓凝剂自密实混凝土的强度，但随掺量的增加强度增加，在 0.06%增长率最大（高于未掺加缓凝剂强度），随掺量的进一步加大增长率降低。7d的强度均大于未掺加缓凝剂自密实混凝土强度，且随着掺量的增加强度增大，增长率在 0.06%增长率最大达到16.4%。28d的强度有明显的提高，随着掺量的增加强度增大，在0.08%PTN增加了23%达到强度最大。

STN的掺入对强度影响，在3d时，强度均低于未掺加缓凝剂组，但随掺量的增加强度增大。7d时在掺量在 0.2%比未掺加缓凝剂组稍微大，其余均小于未掺加缓凝剂组，随掺量增加强度增长率增大。28d均达到未掺加缓凝剂组且高于未掺加缓凝剂组，0.2%的掺量达到最大。

NMS的掺入对强度影响，在3d时，强度均低于未掺加缓凝剂组，但随掺量的增加强度增大。7d时掺量 0.04%的强度低于未掺加缓凝剂组，随着掺量的增大强度增大。当掺量在 0.06%时强度高于未掺加缓凝剂组，掺量的进一步加大，强度有递增的趋势。28d均达到未掺加缓凝剂组且高于未掺加缓凝剂组，0.08%的掺量达到最大。