聚羧酸系减水剂对初凝时间及保塑性能的影响

杨欢园 许德明

摘要：高性能减水剂主要包括聚羧酸系减水剂和氨基羧酸系减水剂，其中以聚羧酸系减水剂居多。聚羧酸系减水剂掺量以及组分的不同会对混凝土初凝时间、保塑性能有着很大影响。因此，通过改变减水剂掺量以及组分可以控制混凝土的初凝时间以及保塑性能，从而生产出符合工程实际的混凝土。探讨高性能减水剂的掺量以及组分对于混凝土的初凝时间和保塑性能的具体影响对于指导工程实际具有很大现实意义。

Abstract： High performance water reducer mainly include polycarboxylic acid-type water reducer and aminocarboxylic acid-type water reducer， among which polycarboxylic acid-type water reducer are mostly used. The amount of polycarboxylic acid water reducer and the different components will have a great influence on the initial setting time and plastic retention performance of concrete. Therefore， by changing the amount and composition of water reducer， the initial setting time and plastic retention performance of concrete can be controlled， so as to produce concrete that conforms to the actual project. Discussing the content of high performance water reducer and the specific influence of the components on the initial setting time and plastic retention performance of concrete have great practical significance for guiding the project.

关键词：高墩施工;高性能减水剂;初凝时间;保塑性能

Key words： high pier construction;high performance water reducer;initial setting time;plastic retention performance

中图分类号：TU528.042.2                              文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）11-0271-02

1  聚羧酸系减水剂的掺量对初凝时间、保塑性能的影响

通过添加聚羧酸系减水剂能使混凝土初凝时间和保塑性能得到改善。本次研究目的主要是探究聚羧酸系减水剂对初凝时间与保塑性能的变化影响。

1.1 聚羧酸系减水剂的掺量对初凝时间的影响

本次研究中以贵州产中兴南友外加剂、C40混凝土为例，通过添加不同掺量减水剂的C40混凝土在20℃下初凝时的测定，实验数据整理得到表1。

在表1中，序号2掺量1.1%聚羧酸时、砼初凝时间明显比序号1要长得多，它不能满足连续施工的要求。满足要求的序号1初始坍落度只有80mm，1h后坍落度仍有70mm，在施工过程中能顺利从砼罐车中流出，仍具有良好的保塑性能以及低动力粘度。由此可以看出，只有序号1砼配比初凝时间能接近满足连续施工的要求（且只能采用塔吊加吊斗施工）。按《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》，砼初凝时间是在20℃±2℃时用砼贯入阻力仪，采用筛砂浆法、试针下沉25mm±2mm所达阻力3.5MPa时为砼初凝时刻。一般的，对同一种配比，随温度升高砼初凝时间缩短，反之延长。

1.2 聚羧酸系减水剂的掺量对保塑性能的影响

通过4组不同配合比的C40混凝土在20℃下添加不同剂量中兴南友外加剂的实验，整理得到表2。

从表2中可看出，当减水剂掺量增大时，砼初始坍落度增大，反之减小。

常规掺量的高性能砼其初凝时间明显延长是由于保塑、缓凝组份绝对数量变大，或缓凝、或阻止水化反应的进行。较低掺量的高性能砼胶凝材料数量变大，用水量增加，使水化反应速度加快。因此，较小的初始坍落度、良好的保塑性能就可以达到砼初凝时间5～6h的要求。

2  聚羧酸系减水剂的组份对砼初凝时间、保塑性能的影响

2.1 减水剂的组份

由聚羧酸母液、缓凝、保塑组份、起泡劑（微沫剂）、微量引气剂与消泡剂以及绝大部分的水构成。

2.2 减水剂具体组分搭配

本次实验将用到4种减水剂、减水剂配比见表3。

2.3 减水剂组分影响实验

以下进行减水剂组分影响实验，并将各实验组的具体材料组分描述如下：

①序号1～12的配比。水泥均采用福泉西南P.O42.5水泥，其28d抗压强度为45.0MPa，水泥初凝时间2h29min。对C30、C40碎石采用5～31.5mm连续级配碎石（石灰岩），由19～31.5∶9.5～19∶4.75～9.5mm=20%∶60%∶20%掺配而成。外加剂采用中兴南友聚羧酸高性能减水剂。

②序号13、14的配比。水泥采用贵定海螺盘江P.O42.5水泥，其28d抗压强度为46.0MPa，水泥初凝时间3h22min，其余材料不变。

③序号15减水剂各成分所占比例变为丙烯酸酯217%、葡萄糖酸钠2%、蔗糖3%、起泡剂K12（十二烷基醇硫酸钠）0.25%、极微量引气剂（每100kg成品中再加入0.14L三萜皂甙）、水约77.7%，其余材料与序号13、14相同。

④序号16、17减水剂各成分所占比例变为丙烯酸酯215%、缓释型2.0%、蔗糖5%、起泡剂K12（十二烷基醇硫酸钠）0.2%、极微量引气剂（每100kg成品中再加入0.14L三萜皂甙）、水约77.8%，其余材料与序号15相同。

⑤序号18减水剂中缓凝组份全部变为5%葡萄糖酸钠，其余材料与序号16、17相同。

⑥序号19无减水剂，其余材料同上。

2.4 实验结果总结

①不掺减水剂时，C30砼坍落度损失很大，1h通常可达到80～120mm（对初始坍落度140～200mm）。虽然砼粘度不大，但初凝时间明显比砼规定的5～6h要长一些。这是因为初始坍落度较大的缘故。

高性能减水剂掺量在0.6～0.7%时（此时减水率大约在16～18%左右），对初始坍落度80～90mm左右的砼水胶比一般在0.48～0.52之间。1h坍落度无明显损失（≦10mm），动力粘度低（倒坍落度筒流出时间18～26s）、砼砂率对机制砂大约在40～50%之间。

高性能减水剂掺量在0.9～1.0%时，初始坍落度明显变大。当保塑性能良好时，砼初凝时间也明显比5～6h大。它是由于其内在的缓释型聚羧酸起主要作用，随接枝共聚链的逐渐断开，不断释放出羧酸分子，使得其具有不断的螯合能力以及更强静电斥力而产生强烈持久的分散作用。甚至当缓释型聚羧酸百分含量增加时，随时间延长，砼初始坍落度增加，但3～4h后砼可能离析。

②不掺减水剂时，C40砼采用P.O42.5水泥难以达到配制强度的要求。坍落度损失大，砼初凝时间较规定的5～6h稍长一些。

高性能减水剂掺量在0.7～0.8%左右时，其减水率大约在20%左右。当初始坍落度80～90mm，1h后坍落度无明显损失，砼初凝时间接近规定的5～6h。当掺粉煤灰时，其用量应适当。28～60d砼强度仍可持续增长，粉煤灰的取代率一般在15%左右。

采取上述办法的C40砼要求动力粘度低，其倒坍落度筒流出时间（初始坍落度80～90mm）一般20～26s，时间越短则粘度越小。C40砼水胶比一般在0.36～0.41之间，但砼偏于上限，一般在0.39～0.41之间。通过适当增加胶材用量及用水量，减少减水剂掺量，减小初始坍落度，使得砼配制强度，初凝时间及保塑性能都得到保证，但无疑对减水剂中单体聚羧酸及缓释型改性性能、合适的掺量等提出了更为严厉的内在要求，也绝不是仅仅通过缓凝组份的调整可以实现的。

③砼保塑性能最优先的是砼保坍能力，实验中对C30、C40砼实测1h坍落度损失应≦10mm，在坍落度80～90mm情形下要求非常之高，但通过反复试配调整完全可以达到。

对C30～C40砼，应该主要采用保塑性能好的经过改性的单体聚羧酸配以恰当掺量的缓释型。实在不行时，甚至采用专门的保坍剂，它不求过高的减水率，但追求高保塑性。对C30砼，掺0.6～0.7%高性能减水剂初始坍落度80～90mm时砼初凝时间比不掺减水剂的砼缩短1～2h;对C40砼，掺0.7～0.8%时砼初凝时间比不掺减水剂的砼缩短1h左右。

砼保塑性能是每一类型的砼施工时所必须要求的，砼缓凝时间是相比较不掺减水剂砼而言的。葡萄糖酸钠、蔗糖、聚乙烯醇等都是缓凝剂。砼保塑性能在只有缓凝剂的情形下仍然可能无法保证，它只是外因、内在的条件只能是单体聚羧酸或改性后的缓释型自身的保塑性能。保塑必含有缓凝，但缓凝不一定保塑。过量缓凝成分的加入，并不能改变砼的保塑性能。相反，它使砼初凝时间大为延长，且有可能对砼抗压强度造成永久性的损害。

总之，高性能减水剂对砼的保塑性能主要由单体聚羧酸内在因素所决定，当采用改性聚羧酸及添加缓释型时，对C30、C40砼初始坍落度80～90mm，1h坍损要求≦10mm，砼初凝时间可以满足或接近5～6h的要求。当砼初凝时间6～7h时，最大初始坍落度不应超过180mm，取得组织施工方的同意，并按此组织施工。目前，高墩施工主要以≦C40砼为主。本文所做的研究對砼配比设计无疑具有重要的意义。

参考文献：

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