水化热抑制剂对膨胀砂浆早期性能的影响

吴翠娥，刘虎，李磊，辜振睿

（武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉 430083）

水化热抑制剂对膨胀砂浆早期性能的影响

吴翠娥，刘虎，李磊，辜振睿

（武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉 430083）

本文将一种自制水化热抑制剂与膨胀剂复合使用于砂浆体系，研究了该水化热抑制剂对膨胀砂浆早期强度发展、膨胀速率和 3d 水化放热曲线的影响，同时选取五种市售样进行了对比试验。结果表明，这六种水化热抑制剂均能有效延缓膨胀砂浆早期水化进程，胶凝材料水化放热峰出现时间延迟，3d 总放热量降低 13.7%；但大部分市售水化热抑制剂降低了膨胀砂浆3d 抗压强度和限制膨胀率，自制水化热抑制剂对膨胀砂浆 3d 抗压强度无明显影响，7d 限制膨胀率提高了 16.3%，这说明自制的水化热抑制剂产品能有效调控膨胀砂浆强度和限制膨胀率的协调发展。

聚羧酸减水剂；水化热抑制剂；膨胀砂浆；抗压强度；限制膨胀率

0　前言

随着建筑工程设计强度等级升高（混凝土中水泥用量提高）以及水泥性能变化（水泥颗粒变细和 C3S 含量增高），混凝土结构因温度应力引起的裂缝日渐增多。研究和工程实践表明，补偿收缩混凝土不仅能够补偿干燥收缩，对温降收缩也有补偿作用；但是由于温降收缩是因混凝土温升所致，如果能够将主动控温与被动补偿两者相结合，效果会更好[1]。

水化热抑制剂在实际膨胀混凝土工程中的应用研究已有报道[2-5]：日本在上世纪九十年代末研制成功抑制水化热的“电化CSA100R”[2]、中国建筑材料科学研究总院研制的抑制水化热型混凝土膨胀剂 HCSA-R[3]、江苏省建筑科学研究院有限公司研制的复合 CaO 膨胀剂和水化热调控材料的HME-V 混凝土高效抗裂剂[4]。其中水化热抑制剂与传统缓凝剂相比最显著的区别在于：缓凝剂对削弱放热速率和温度峰值并无明显作用；水化热抑制剂能大幅缓解了水泥水化集中放热程度，削弱了温峰和温降过程，显著降低混凝土结构的温度开裂风险[6]。

但对水化热抑制剂与膨胀剂复合使用后的早期性能研究少有报道。因此，本文选用市售及自配共六种水化热抑制剂与膨胀剂复合进行砂浆试验，研究水化热抑制剂对膨胀砂浆早期强度发展、脱模时间、限制膨胀发展速率及水化放热曲线的影响。

1　试验材料与方法

1.1试验材料

水泥：基准水泥 P·O42.5，中国建筑材料科学研究总院生产。

膨胀剂：FQY 膨胀剂，武汉三源特种建材有限责任公司生产。

砂：标准砂。

水化热抑制剂：对比样品 1#～6#，市售及自配，具体见表 1。

表1　6种水化热抑制剂来源

1.2试验方法

膨胀砂浆的脱模强度、限制膨胀率的检测按照 GB 23439—2009《混凝土膨胀剂》中方法进行，膨胀剂内掺10%；试验中制定两种不同脱模制度，一是脱模强度达到 GB23439—2009《混凝土膨胀剂》中规定的 (10±2)MPa 时脱模，二是自膨胀砂浆加水搅拌起计时 12h 脱模；膨胀砂浆膨胀速率用各时间段内膨胀微应变总值及单位小时微应变值进行对比；膨胀砂浆试体脱模前均在标准条件下养护，脱模后入水养护。

10% 膨胀剂 + 90% 水泥复合胶凝材料的水化热测定：采用法国 SETARAM 公司 C80 微量热仪测定空白（不掺抑制剂）、掺 0.07% 2#、3#、6# 水化热抑制剂的复合胶凝材料的3d 水化热放热曲线。

2　试验结果分析

2.1水化热抑制剂对膨胀砂浆早期强度发展、脱模时间的影响

掺有不同水化热抑制剂的膨胀砂浆脱模时间见表 2，膨胀砂浆早期强度发展见图 1。从加入水化热抑制剂后，膨胀砂浆早期强度发展趋势呈现出共性（除 1# 样），即水化热抑制剂均不同程度地降低了膨胀砂浆早期强度，这证明水化热抑制剂能有效地延缓膨胀砂浆中胶凝材料的早期水化进程，削减内部集中放热。但掺入市售的 5 种水化热抑制剂，膨胀砂浆 3d 抗压强度均有不同程度地降低，5# 样由 39.5MPa 降低至 34.3MPa，降低了 12.9%，而自制水化热抑制剂对膨胀砂浆3d 抗压强度无明显影响。这可能与不同水化热抑制剂自身参与胶凝材料水化进程的官能基团有关。

表2　掺有水化热抑制剂的膨胀砂浆脱模时间

图1　掺有水化热抑制剂的膨胀砂浆强度发展

自搅拌加水起计时 12h，加入水化热抑制剂后的膨胀砂浆强度为 1.5～2.5MPa；按照 GB 23439—2009《混凝土膨胀剂》中规定，膨胀砂浆强度达到 (10±2)MPa 时脱模，与空白样对比，脱模时间受水化热抑制剂影响而延迟 1～6h。

2.2不同脱模时间对膨胀砂浆限制膨胀率的影响

不同脱模时间下水化热抑制剂对膨胀砂浆限制膨胀率的影响见图 2。从图 2 可以看出，掺入水化热抑制剂后，12h 脱模与脱模强度达到 (10±2)MPa 后脱模这两种不同脱模制度下，膨胀砂浆的 1d 限制膨胀率相差不大，12h 脱模砂浆的3d、7d 限制膨胀率较相差 1.5～2/万。两种脱模制度下，掺入市售水化热抑制剂，膨胀砂浆 1d、3d 和 7d 限制膨胀率均有不同程度降低，3# 样 7d 限制膨胀率由 10.4/万降到 8.0/万，降低了 23.1%；掺入自制的水化热抑制剂，膨胀砂浆早期限制膨胀率与空白样相比，3d 和 7d 限制膨胀率较空白均有增长，7d 限制膨胀率提高到 12.1/万，提高了 16.3%，这说明自制的水化热抑制剂产品能有效调控膨胀砂浆强度和限制膨胀率的协调发展。

图2　不同脱模时间下掺有水化热抑制剂的膨胀砂浆限制膨胀率

2.3水化热抑制剂对膨胀砂浆膨胀速率的影响

水化热抑制剂对膨胀砂浆各时间段膨胀微应变的影响见表 3。可以得出，无论是否掺入水化热抑制剂，12～48h 是膨胀砂浆膨胀速率最快的阶段，且膨胀速率随时间推移而降低。因此在实际工程中，应注意早期模板拆除后及时养护；掺入水化热抑制剂后，由于不同官能基团的作用，膨胀速率下降趋势不同，部分市售样（如 1# 样、2# 样和 3# 样）膨胀砂浆试体 24h 后的膨胀速率下降幅度大于空白样，最终膨胀砂浆 3d、7d 限制膨胀率低于空白样；自制的 6# 样膨胀砂浆试体 24h 后的膨胀速率与空白样基本相当，在调控早期水化历程的同时，不影响后期性能。

表3　掺有水化热抑制剂的膨胀砂浆各时段膨胀微应变

2.4水化热抑制剂对砂浆胶凝材料早期水化进程的影响

图 3 为掺水化热抑制剂的砂浆胶凝材料 3d 水化放热曲线，3d 水化总放热量见表 4。从图中可以看出，加入水化热抑制剂后，水泥水化第二个放热峰峰值均有降低，自制的 6#样降低最明显；市售的 2#、3# 样峰值出现时间比空白明显延迟，这与砂浆脱模时间延迟规律相一致。在水胶比相同情况下，3d 总放热量较空白降低，掺入市售的 2#、3# 样，3d 总放热量分别降低 9.0% 和 5.1%，自制水化热抑制剂降低13.7%。这说明水化热抑制剂能有效地延缓胶凝材料的早期水化进程，削减内部集中放热，有利于缓解混凝土温度开裂的风险。

图3　水化热抑制剂对砂浆胶凝材料放热曲线的影响

表4　掺水化热抑制剂胶凝材料 3d 水化热

3　结论

（1）掺入水化热抑制剂后，按照 GB 23439—2009《混凝土膨胀剂》中规定的 (10±2)MPa 脱模，时间较空白样延迟 1～6h；水化热抑制剂对膨胀砂浆抗压强度和限制膨胀率的影响因抑制剂不同而结果不一，大部分市售水化热抑制剂降低了膨胀砂浆 3d 抗压强度和限制膨胀率，自制水化热抑制剂对膨胀砂浆 3d 抗压强度无明显影响，7d 限制膨胀率提高了16.3%。

（2）膨胀砂浆膨胀速率最快的时间段集中在 12～48h，超过 48h 后膨胀速率开始下降；与空白样对比，市售 1#、2#和 3# 样品的膨胀砂浆，膨胀速率最快阶段时间范围缩短，下降快，导致膨胀砂浆 7d 限制膨胀率降低；自制的 6# 样品的膨胀砂浆膨胀速率与空白样基本一致。

（3）水化热抑制剂能有效地延缓胶凝材料的早期水化进程，3d 水化热降低 13.7%。

[[1] 赵顺增，刘立．抑制水化热型混凝土膨胀剂HCSA-R的性能[J]．膨胀剂与膨胀混凝土，2010,(2): 7-9．

[2]日本电气化学工业株式会社，游宝坤译．“电气”CSA100R [J]．膨胀剂与膨胀混凝土，2008,(4): 16-24．

[3] 贾福杰，张加奇，聂风义，等．水化热抑制型膨胀剂 HCSA-R 在工程中的应用[J]．膨胀剂与膨胀混凝土，2013,(1): 5-8．

[4] 田倩，王育江，张守治，等．基于温度场和膨胀历程双重调控的侧墙结构防裂技术[J]．混凝土与水泥制品，2014,(5): 20-24．

[5] 陈大年．使用糊精作水化热抑制剂的水工混凝土[J]．建材工业信息，1989,(1): 4．

[6] 徐文，王育江，姚婷，等．温度场与膨胀历程双重调控抑制混凝土开裂技术[J]．新型建筑材料，2014,(1): 39-41, 45．

［通讯地址］武汉市青山区工人村都市工业园（南）E 区 12号（430083）

Effect of hydration heat inhibitors on the early performance of expansive mortar

Wu Cuie, Liu Hu, Li Lei, Gu Zhenrui
(Wuhan Sanyuan Special Building Materials Co., Ltd., Wuhan 430083)

In this paper, the influences of a self-madehydration heat inhibitor compounding with expansive agent on the early strength development, expansion rate and the 3-day hydration curves of the mortar were investigated, and five saled samples were selected for the contrast tests. Results show that, the hydration heat inhibitors retardthe early hydration process of expansive mortar, the hydrated exothermic peak of cementitious materials moves, 3-day total heat release reduces 13.7% than the blank sample; most saled hydration heat inhibitors reduce 3-day compressive strength and limit expansion ratio of the expansion mortar, self-made hydration heat inhibitorhas no obvious effect on 3-daycompressive strength, 7-day limit expansion ratio improves 16.3% than the blank. Self-made hydration heat inhibitor can effectively control the harmonious development of strength and limit expansion ratioin expansion mortar.

hydration heat inhibitor; expansive mortar; compressive strength; limit expansion ratio

吴翠娥（1966—），女，高级工程师。