预制梁混凝土凝结时间的影响因素分析

2016-12-06程路军袁天雄王艳黄灿刘离

商品混凝土 2016年3期

关键词：水灰比外加剂水化

程路军，袁天雄，王艳，黄灿，刘离

（中建商品混凝土有限公司，湖北　武汉　430000）

预制梁混凝土凝结时间的影响因素分析

程路军，袁天雄，王艳，黄灿，刘离

（中建商品混凝土有限公司，湖北武汉430000）

本文主要研究了水灰比、温度及外加剂掺量对预制梁混凝土凝结时间的影响。研究发现：随着水灰比或外加剂掺量的增加，预制梁混凝土凝结时间明显增长，w/c=0.31时相对 w/c=0.27时终凝时间延长44%，外加剂掺量为1.5% 时，相对延长45.5%；随着养护温度的提高，预制梁混凝土终凝时间明显缩短，30℃ 较10℃ 缩短约59.8%。

预制梁混凝土；凝结时间；水灰比；外加剂掺量；养护温度

0　引言

武汉市四环线高速公路系列工程某工段有4000 余榀预制梁制备与铺设任务，高峰期每天有14榀预制梁施工计划，需要在8h 内拆模。在整个预制梁的施工过程中，混凝土的凝结时间对模板周转率及台座占用时间起着决定性的作用。无论是从施工工艺的科学性角度出发，还是从工程的经济性角度出发，研究影响预制梁凝结时间的因素，掌握简单有效地控制混凝土凝结时间的方法，都具有重要的现实意义[1]。

1　试验材料与方案

1.1原材料

水泥 (C)：亚东 P·O42.5水泥，3d 抗折强度为5.8MPa，抗压强度为28.1MPa；28d 抗折强度为8.3MPa，抗压强度为50.1MPa。

粉煤灰 (FA)：麻城Ⅰ级粉煤灰，细度（45μm 筛余）为9.0%，烧失量为3.3%，需水量比为94%。

细集料 (S)：岳阳河砂，细度模数为2.5，Ⅱ 区中砂，含泥量1.3%。

粗集料 (G)：5～20mm 连续级配的碎石，含泥量0.2%。

外加剂 (PC)：武汉四环线项目预制梁专用早强型聚羧酸系减水剂，含固量为20.1%，减水率为23.8%。

水 (W)：普通自来水。

1.2试验基准配合比

试验基准配合比如表1所示。

表1　C50 预制梁混凝土基准配合比　kg/m3

1.3试验方案

根据 GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试预制梁混凝土凝结时间。试验分三个部分：

（1）水灰比对预制梁混凝土凝结时间的影响试验，水灰比分别为 0.27、0.28、0.29、0.30 和 0.31，仅根据水灰比大小调整用水量，其它材料用量与基准配合比保持一致进行试验。

（2）外加剂掺量对预制梁混凝土凝结时间的影响试验，将外加剂掺量按 0%、0.5%、1.0%、1.5% 在其它材料用量与理论配合比保持一致时进行试验。

（3）养护温度对预制梁混凝土凝结时间的影响试验，试验条件及材料用量保持一致，仅将试样分别在10℃、15℃、20℃、25℃、30℃ 温度下养护试验。

2　试验结果与分析

2.1水灰比对预制梁混凝土凝结时间的影响

水灰比变化时凝结时间如图1所示变化。

图1　凝结时间随水灰比变化曲线

由图1可知，随着水灰比的增加，预制梁混凝土凝结时间明显增长，w/c=0.31时相对 w/c=0.27时终凝时间延长44%。

大量研究表明[2]，混凝土的凝结时间受水泥水化速率影响，而水化速率受多因素影响，如水泥材料自身组成、细度等以及水化所处环境如温度、湿度等。众所周知，同等水泥用量时，水灰比的变化主要改变胶凝材料与水的相对接触几率，较高水灰比其胶凝材料浓度相对较低，水化产物累计到达一定密实程度的时间相对延长，表现为凝结变缓。

就预制梁混凝土而言，存在相同问题。预制梁混凝土的脱模时间对于整体施工进度影响颇深，因此在预制梁混凝土生产过程中，通过源头把关——严格控制站内混凝土各种组分精确计量，现场控制——严格禁止为了增加混凝土的坍落度加水，两手把控才能有效避免脱模时间延长及强度不足等问题。

2.2外加剂掺量对预制梁混凝土凝结时间的影响

不同外加剂掺量条件下预制梁混凝土凝结时间如图2。

图2　凝结时间随外加剂掺量变化曲线

由图2可知，随着外加剂掺量的增加，预制梁混凝土凝结时间明显增长，外加剂掺量为1.5% 时，相对延长45.5%。

外加剂作为高性能混凝土组成中必不可少的组成，其作用相当重要。与水灰比对预制梁混凝土的凝结时间影响相类似，外加剂的掺入使胶凝材料颗粒分散性增强，使胶凝材料与水分子充分接触，但是外加剂类似于薄膜包裹住胶凝材料颗粒在一定程度上延缓了水泥水化产物的凝结，从而导致混凝土的凝结时间相对延迟[3]。

因此，外加剂的掺入延长了预制梁混凝土的凝结时间，且随着外加剂掺量的增加，其凝结时间呈现增长趋势也表明了外加剂对于预制梁混凝土凝结时间有较大影响。在预制梁混凝土的生产途中须严格控制外加剂掺量，以免掺量的过大导致预制梁混凝土的拆模时间过长。

2.3养护温度对混凝土凝结时间的影响

温度变化时混凝土凝结时间如图3所示。

图3　凝结时间随养护温度变化曲线

由图3可知，随着养护温度的提高，预制梁混凝土终凝时间明显缩短，30℃ 较10℃ 缩短59.8%。

混凝土加水后迅速发生物化反应而凝结硬化进而产生强度，水泥初期水化后产生许多胶体大小的纤维状晶体包裹在水泥颗粒表面，并形成空间网状结构，此时结构强度很低而有明显的可塑性[4]；随着水化的继续进行，水泥颗粒表面不太稳定的包裹层开始破坏而水化反应加速，从饱和的溶液中就析出更稳定的晶体，这些晶体不断长大，依靠多种引力使彼此粘结在一起形成紧密的结构[5]。随后水化继续进行，从溶液中析出新的晶体和水化硅酸钙凝胶不断充满在结构的空间中，进而将骨料也紧密地粘结包裹在一起，形成完整的结构。而分子运动随着温度的增加而变得更加剧烈，从而使整个体系形成稳定的结构时间变短。