不同外加剂对SAC胶凝材料性能的影响研究

仲丽兵

【摘 要】为了掌握不同外加剂与SAC胶凝材料适应性，通过对聚羧酸减水剂、硼砂、柠檬酸、碳酸锂、亚硝酸钙对SAC胶凝材料，结果表明：聚羧酸减水剂、硼砂、柠檬酸、碳酸锂、亚硝酸钙与SAC胶凝材料有良好的适配性，可用作为SAC胶凝材料的减水剂和调凝剂，但单一外加剂无法满足一般工程对凝结时间、强度等的要求，需要多种外加复配方可达到设计要求；自主合成一种复合型外加剂FH-1，以0.6%（质量比）掺入SAC胶凝材料可使其初、终凝时间分别达到36min和44min，可使胶砂3h、1d、3d抗压强度分别达到33.1MPa、50.2MPa、61.8M。

【关键词】SAC水泥；外加剂；外加剂适应性；抗压强度

0 前言

外加剂是现代混凝土不可缺少的组分之一，是改善混凝土使用性能的一种重要方法和技术。掺少量外加剂可以改善新拌混凝土的工作性能，提高硬化混凝土的物理力学性能和耐久性。同时，外加剂的研究和应用促进了混凝土生产和施工工艺，以及新型混凝土业的发展。水泥混凝土外加剂使用的历史很长，己成为混凝土的必要组分，被认为是继钢筋混凝土、预应力混凝土技术以后的第三次技术大突破。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

1）SAC胶凝材料

2）其它外加剂

1.2 试验方法

1）胶砂强度试验

胶砂强度试验依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程规程》（JTG E30-2005）中的相关方法进行，但6养护中，养生条件为20℃、90%相对湿度养生箱养生，脱模时间为入模后2.5小时即可。试件尺寸为：40mm×40mm×160mm，分别测定其3h、1d、3d、7d抗压、抗折强度。

2）减水剂与水泥适应性试验

减水剂与水泥适应性试验参照《水泥与减水剂相容性试验方法》（JCT 1083-2008）中的试验方法进行。

2 試验结果与分析

萘系减水剂对SAC水泥相容性较差、减水效果较差，聚羧酸减水剂与SAC水泥相容性好，减水效果理想，本文将对聚羧酸减水剂与SAC水泥的相容性及对SAC性能的影响进行研究。进行了不同水灰比时聚羧酸减水剂和SAC的适应性试验，测试时间为加水后5min。

当水灰比分别为0.2、0.3、0.4时聚羧酸减水剂的饱和掺量为0.5%、0.3%、0.15%。水灰比在0.2时，聚羧酸减水剂掺量大于0.5%时，净浆流动度达到并保持在230mm左右，而水灰比在0.3时，减水剂掺量在0.25%时就可使流动达310mm，水灰比在0.4时，减水剂掺量仅需0.15%就可使流动度达到340mm。由此可见随着水灰比的增大，减水剂的饱和掺量在逐渐降低，且在较低的掺量下就能使净浆获得较高的流动度，由此可见聚羧酸减水剂和SAC水泥有良好的相容性。

随聚羧酸减水剂用量的增加，同等流动度的胶砂1d、3d抗压强度都在逐渐增加，当减水剂用量达到0.2%后，胶砂试件的抗压强度增长速度变缓。按照水泥减水剂的强度增强理论分析：在聚羧酸减水剂低掺量时，随减水剂掺量增加用水量减少，使胶砂水灰比降低，继而使胶砂强度增加；但随着减水剂用量增加达到0.2%后，减水剂减水效果趋于饱和，增加聚羧酸减水剂会加剧其引气效果，使得减水剂对胶砂强度增强效果减弱，甚至呈负面影响。

同等流动度下减水剂用量不同减水率也不同，其中当减水剂用量为0.1%时水灰比为0.37，减水率约为21.4%；当减水剂用量为0.2%时水灰比为0.3，其减水率为35.7%；当减水剂用量为0.3%时水灰比为0.29，减水率可达38.6%。

可看出硼砂具有缓凝作用，随着硼砂掺量的增加SAC水泥的初、终凝时间逐渐延长，抗压强度则逐渐减小；当硼砂掺量为0.1%时初凝时间延长至21min，终凝时间延长至53min，其初凝时间较短，现场施工可工作时间较短，难以实现拌合施工任务；当硼砂掺量为0.2%时初凝时间基本可以满足施工要求，但其终凝时间相对较长、小时强度低，难以实现3-6小时开放交通的要求；当硼砂掺量为0.3%时，初、终凝时间大幅延长，3h时胶砂无法脱模测试强度，3天抗压强度仅为标号强度的1/2，28天抗压强度远低于未掺硼砂的胶砂；硼砂延长终凝时间的效果优于初凝时间，硼砂在较低掺量（0.2%以下）时，对胶砂后期强度无明显减弱作用，但当掺量较高（大于0.3%）时，对胶砂后期强度发展不利。

可看出柠檬酸掺入SAC水泥时也是一种有效的缓凝剂，柠檬酸作为SAC水泥缓凝剂时，对其胶砂小时强度基本无影响，但对后期强度发展影响较大，用作SAC水泥外加剂时掺量不宜超过0.10%；表3、4是氯化锂和亚硝酸钠两种早强剂掺入SAC水泥后凝结时间和抗压强度的测试结果：

碳酸锂对SAC水泥凝集时间和抗压强度的影响结果可看出，碳酸锂对SAC水泥有明显的早强效果，其原因是碳酸锂可缩短SAC水泥水化反应诱导期并加速SAC水泥水化。当在SAC水泥中掺入0.02%碳酸锂，可使SAC胶砂3h抗压强度提高10MPa。

亚硝酸钠对SAC水泥凝结时间也有明显的影响，同时缩短SAC水泥的初、终凝时间，但不及碳酸锂激烈，其掺量约为碳酸锂掺量的10倍；亚硝酸钙掺入SAC水泥能有效提高其小时强度，且随掺量的增加而逐渐明显，当掺量为1.5%时，可使3h、6h强度分别提高7.8、6.2MPa；同时也能大幅提高SAC水泥的后期强度，当掺量为1.5%时，可使SAC水泥3d强度提高8.2MPa，使28天强度提高12MPa。

复合型外加剂FH-1对胶凝材料性能的影响

通过前面研究可见，SAC水泥用于快速修复工程时，仅用单一的缓凝剂或早强剂都无法使SAC水泥性能达到设计要求。为了实现设计中对凝结时间、强度等多重要求，本文自主研制了一种复合型外加剂FH-1，FH-1是由硼砂、酒石酸钠、碳酸锂、亚硝酸钙以及聚羧酸减水剂复合而成的外加剂。

当FH-1掺量为0.6%时，可满足快速修复工程对胶凝材料的基本要求，从而使SAC水泥初凝时间大于30min、终凝时间小于60min，3-6h抗压强度大于32MPa，后期强度大于65MPa。

3 试验结论

本文研究了聚减水剂、调凝剂、改性剂等对胶凝材料的性能影响，主要结论有：

1）聚羧酸减水剂、硼砂、柠檬酸、碳酸锂、亚硝酸钙与SAC胶凝材料有良好的适配性，可用作为SAC胶凝材料的减水剂和调凝剂，但单一外加剂无法满足一般工程对凝结时间、强度等的要求，需要多种外加复配方可达到设计要求；

2）自主合成一种复合型外加剂FH-1，以0.6%（质量比）掺入SAC胶凝材料可使其初、终凝时间分别达到36min和44min，可使胶砂3h、1d、3d抗压强度分别达到33.1MPa、50.2MPa、61.8M。

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