缓凝剂对混凝土性能的影响研究

侯维红，刘燕，刘虎，张晓果

（武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉 430083）

缓凝剂对混凝土性能的影响研究

侯维红，刘燕，刘虎，张晓果

（武汉三源特种建材有限责任公司，湖北 武汉 430083）

本文研究了葡萄糖酸钠和β环糊精对胶凝材料水化热及温升曲线，对混凝土温升曲线、抗压强度、凝结时间和坍落度损失的影响。结果表明：掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07% β环糊精能在一定程度上降低水泥水化热，分别降低 9.6% 和 5.1%，但并未降低净浆水化升温曲线最高温度，峰值时间较基准相比分别延迟了 10h 和 12.9h；掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07% β环糊精混凝土较基准相比，水化最高温度分别降低了 2.7℃ 和 2.1℃，温峰时间延迟 10h 和 12.9h；混凝土 28d 抗压强度分别提高5.0% 和 7.1%，终凝时间分别延迟 6h 和 8h，1h 坍落度损失减小 20mm 和 35mm。这说明缓凝剂在一定程度可以降低混凝土温升峰值，但作用有限；对控制坍落度损失有较好效果，对混凝土最终强度无不良影响。

缓凝剂；水化热；混凝土温升曲线；抗压强度

0 前言

缓凝剂是一种能延缓水泥水化反应，从而延长混凝土凝结时间的外加剂[1]。在夏季施工中，适量掺加缓凝剂能使新拌混凝土长时间保持较好塑性，便于施工；在大体积混凝土施工中，为使混凝土不会因水化热的过度集中而产生温度裂缝，掺加缓凝剂是重要的手段之一[2]。因此有必要对缓凝剂在混凝土中的应用进行系统研究。

本文就葡萄糖酸钠和β环糊精这两种缓凝剂对水泥水化热及温升曲线，对混凝土温升曲线、抗压强度、凝结时间和坍落度的影响进行了较为系统的研究。本文的试验结果对缓凝剂在混凝土的应用研究具有一定的指导作用。

1 试验

1.1 原材料

净浆用水泥：按照 GB 8076－2008 附录 A 中《混凝土外加剂性能检验用基准水泥技术条件》要求的基准水泥。标准砂：厦门某公司生产，符合 GB 178－77《水泥强度试验用标准砂》规定要求的标准砂。水泥：武汉亚东水泥有限公司，P·O 42.5 水泥。粉煤灰：武汉市青山热电厂 Ⅱ 级粉煤灰。矿渣粉：武汉市青山热电厂磨细矿渣粉。砂：产自本地河砂，二级中砂，细度模数 2.68。碎石：本地产石灰石矿，粒径5～25 mm，级配良好。减水剂：自制聚羧酸减水剂。葡萄糖酸钠：工业级，市售。β环糊精：工业级，市售。

试验所用胶凝材料的化学分析如表 1 所示。

表1 胶凝材料化学分析结果 %

1.2 试验方法

1.2.1 水泥水化热

采用法国 SETARAM 公司 C80 微量热仪测定复合胶凝材料、掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07% β环糊精的复合体系的 3d水化热放热曲线。每次称量胶凝材料总量为 0.5g，按 C45 混凝土配合比中胶凝材料比例准确称量，水灰比固定为 1:1。

1.2.2 净浆温升

采用自主组装的水泥砂浆水化热温升测量装置[3]测定 3个样品净浆温升曲线。每次称量基准胶凝材料量为 1.5 kg，水灰比固定为 0.35。

1.2.3 净浆流动度

按照 GB/T 8077－2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中试验方法测定水泥净浆流动度和 1h 流动度损失。

1.2.4 混凝土温升

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试验室小体积混凝土温升曲线监测：采用自主组装的混凝土温升试验保温盒[4]对 C45 混凝土进行保温，采用多路数据采集仪对混凝土拌合物进行连续温升监测，待温度降至室温后拆模。试件尺寸为 550mm×500mm×500mm。

1.2.5 混凝土抗压强度、凝结时间、1h坍落度变化

按照 GB 8076－2008《混凝土外加剂》中规定试验方法测定混凝土抗压强度、凝结时间和 1h 坍落度变化。混凝土试验配合比采用湖北省武汉市某混凝土搅拌站 C45 实际配合比，具体见表 2。

表2 C45 混凝土配合比 kg/m 3

2 试验结果与分析

2.1 缓凝剂对胶凝材料净浆性能的影响

2.1.1 缓凝剂对胶凝材料水化热的影响

图1 为基准胶材、掺 0.07% 葡萄糖酸钠和β环糊精的胶凝材料 3d 水化热放热曲线，3d 水化放热总量见表 3。

图1 缓凝剂对复合胶凝材料放热曲线的影响

表3 掺缓凝剂胶凝材料 3d 水化热值

从图 1 中可以看出，与基准胶材相比掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07% β环糊精的复合体系第一个放热峰和第二个放热峰均有降低，3d 水化热从 309.77J/g 分别降低到 280.12J/g 和294.09J/g，分别降低了 9.6% 和 5.1%。这说明，缓凝剂的加入，能一定程度抑制胶凝体系早期水化速率，延长了水泥水化诱导期，推迟放热峰的出现；但对第二放热峰值无明显调控作用。这与文献报道的结果基本相一致[5]。

2.1.2 缓凝剂对胶凝材料净浆温升的影响

图2 净浆水化温升曲线

表4 掺缓凝剂胶凝材料净浆温升值

2.1.3 缓凝剂对胶凝材料净浆流动度的影响

表5 为基准净浆掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07%β 环糊精复合胶凝材料净浆的流动度数据。结果表明，与基准体系相比，掺 0.07% 葡萄糖酸钠和环糊精复合体系初始流动度和1h 流动度较基准均有明显提高，1h 流动度损失降低。这说明缓凝剂具有一定的减水作用和较好的保塑作用。缓凝剂的加入，抑制了胶凝体系早期水化速率，浆料可以在较长时间保持塑性[6]，流动度损失减小。

表5 掺缓凝剂胶凝材料净浆流动度

2.2 缓凝剂对混凝土性能的影响

2.2.1 缓凝剂对混凝土温升的影响

图3 混凝土温升曲线

图3 为掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07%β环糊精的 C45 混凝土温升曲线，具体温升值见表 6。数据表明，与基准混凝土相比，掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07%β环糊精的混凝土水化最高温度分别降低 2.7℃ 和 2.1℃，温峰时间分别延迟 16.9h和 28.8h。这说明，掺入合适掺量的缓凝剂可以延缓混凝土水化进程，在外界具有一定散热条件下，掺入合适掺量的缓凝剂可以一定程度降低混凝土结构温升。但是通过单独加入缓凝剂的方法来控制混凝土温升具有局限性。

表6 混凝土温升值

2.2.2 缓凝剂对混凝土抗压强度的影响

表7 列出了基准掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07%β 环糊精的 C45 混凝土抗压强度。结果表明，掺入两种缓凝剂，混凝土 7d 和 28d 抗压强度均有提高，28d 抗压强度分别由52.1MPa 提高到 54.7MPa 和 55.8MPa，提高了 5% 和 7.1%。这说明，缓凝剂只是延缓了混凝土早期水化进程，并未抑制混凝土最终水化程度。而且缓凝剂的加入，使得水泥颗粒周围溶液中的水化产物分布的更加均匀，有利于水泥颗粒充分水化，提高混凝土中后期强度[7]。

表7 混凝土抗压强度

2.2.3 缓凝剂对混凝土终凝时间的的影响

表8 列出了基准掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07%β 环糊精的 C45 混凝土凝结时间。结果表明，与基准混凝土相比，掺0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07%β 环糊精初凝时间和终凝时间均有延长，终凝时间分别延长 6h 和 8h。在工程应用中，应根据具体需求选择合适的缓凝剂和掺量。

表8 混凝土凝结时间

2.2.4 缓凝剂对混凝土 1h 坍落度损失的影响

表9 列出了基准掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07%β 环糊精的 C45 混凝土的坍落变化。结果表明，与基准混凝土相比，掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07%β 环糊精初始坍落度和 1h 坍落度均有明显提高，掺 0.07%β 环糊精的混凝土 1h 坍落度损失只有 5mm。这与净浆流动度变化趋势相一致。说明葡萄糖酸钠和β环糊精均具有明显的辅助塑化效应，可以有效减少混凝土坍落度经时损失。

表9 缓凝剂对混凝土 1h 坍落度变化的影响

4 结论

（1）掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07% β环糊精能一定程度降低水泥水化热，分别降低了9.6% 和 5.1%，说明这两种缓凝剂都能抑制水泥早期水化速率。

（2）较基准混凝土相比，掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07% β环糊精混凝土水化最高温度分别降低了 2.7℃ 和 2.1℃，温峰时间延迟 10h 和 12.9h。这说明缓凝剂可以延缓混凝土水化放热温峰出现时间，在外界具有一定散热条件下可以降低混凝土最高温升。但通过单独加入缓凝剂的方法来控制混凝土温升具有局限性。

（3）掺0.07%葡萄糖酸钠和 0.07% β环糊精混凝土 28d抗压强度分别提高 5.0% 和 7.1%，缓凝剂只是延缓了混凝土早期水化进程，并未抑制混凝土最终水化程度。

（4）掺 0.07% 葡萄糖酸钠和β环糊精混凝土终凝时间分别延迟 6h 和 8h。在工程应用中，应根据具体需求选择合适的缓凝剂和掺量。

（5）掺 0.07% 葡萄糖酸钠和 0.07% β环糊精混凝土 1h坍落度损失减小 20mm 和 35mm。说明葡萄糖酸钠和β环糊精均具有明显的辅助塑化效应，可以有效减少混凝土坍落度经时损失。

[1] 宋少民，王林. 混凝土学[M]. 武汉：武汉理工出版社，2013:87-88.

[2] 黄宗凯，赵自勉，胡小勇. 缓凝剂对混凝土性能的影响[J].江西建材，2012(6):22-23

[3] 吴翠娥，刘虎，张晓果. 水泥砂浆水化热温升测量装置[P].中国：CN 204789573 U, 2015-11-18.

[4] 金涛，曹佳栋. 混凝土温升试验用保温盒[P]．中国：CN 204789572 U，2015-11-18.

[5] 杨毅，马士良，王涛，等．混凝土温升抑制抗裂技术在镇江西津湾低下停车场工程中的应用[J]．混凝土，2015(8):143-145．

[6] 沈焱，王香港，余振新，等．葡萄糖酸钠对混凝土基本性能的影响[J]．江苏建材，2008(5)71-72．

[7] 王振军，何廷树．缓凝剂作用机理及对水泥混凝土性能影响[J]．公路，2006(7): 149-153．

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

Study on the effect of the retarder on the concrete performance

Hou Weihong, Liu Yan, Liu Hu, Zhang Xiaoguo
( Wuhan Sanyuan Special Building Materials Co., Ltd., Wuhan 430083)

This paper researched the effect of the sodium gluconate and β-cyclodextrins on the hydration heat of cement, temperature raising curves of cementing material and concrete, concrete compressive strength, setting time and slump loss. The results showed that, compared to the reference system, the hydration heat of cement can be reduced in a certain degree with 0.07% of sodium gluconate and β-cyclodextrins, by 9.6% and 5.1% respectively. However, the highest temperature of cement paste hydration was not reduced. And the peak times delay 10h and 12.9h compared to the reference cement system. The top hit of concrete hydration was reduced by 2.7℃ and 2.1℃, and the final setting times delay 6h and 8h, and the slump loss after 1h was reduced 20mm and 35mm. This shows that retarder can reduce the highest hydration temperature of concrete in a certain degree, with a good effect on controlling the slump loss, and not reducing the final strength of concrete.

retarder; hydration heat; temperature curve of concrete; compressive strength

侯维红（1979—），男，高级工程师。