聚羧酸系減水劑對(duì)初凝時(shí)間及保塑性能的影響

楊歡園 許德明

摘要：高性能減水劑主要包括聚羧酸系減水劑和氨基羧酸系減水劑，其中以聚羧酸系減水劑居多。聚羧酸系減水劑摻量以及組分的不同會(huì)對(duì)混凝土初凝時(shí)間、保塑性能有著很大影響。因此，通過改變減水劑摻量以及組分可以控制混凝土的初凝時(shí)間以及保塑性能，從而生產(chǎn)出符合工程實(shí)際的混凝土。探討高性能減水劑的摻量以及組分對(duì)于混凝土的初凝時(shí)間和保塑性能的具體影響對(duì)于指導(dǎo)工程實(shí)際具有很大現(xiàn)實(shí)意義。

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.

關(guān)鍵詞：高墩施工;高性能減水劑;初凝時(shí)間;保塑性能

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

中圖分類號(hào)：TU528.042.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）11-0271-02

1? 聚羧酸系減水劑的摻量對(duì)初凝時(shí)間、保塑性能的影響

通過添加聚羧酸系減水劑能使混凝土初凝時(shí)間和保塑性能得到改善。本次研究目的主要是探究聚羧酸系減水劑對(duì)初凝時(shí)間與保塑性能的變化影響。

1.1 聚羧酸系減水劑的摻量對(duì)初凝時(shí)間的影響

本次研究中以貴州產(chǎn)中興南友外加劑、C40混凝土為例，通過添加不同摻量減水劑的C40混凝土在20℃下初凝時(shí)的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理得到表1。

在表1中，序號(hào)2摻量1.1%聚羧酸時(shí)、砼初凝時(shí)間明顯比序號(hào)1要長得多，它不能滿足連續(xù)施工的要求。滿足要求的序號(hào)1初始坍落度只有80mm，1h后坍落度仍有70mm，在施工過程中能順利從砼罐車中流出，仍具有良好的保塑性能以及低動(dòng)力粘度。由此可以看出，只有序號(hào)1砼配比初凝時(shí)間能接近滿足連續(xù)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試驗(yàn)規(guī)程》，砼初凝時(shí)間是在20℃±2℃時(shí)用砼貫入阻力儀，采用篩砂漿法、試針下沉25mm±2mm所達(dá)阻力3.5MPa時(shí)為砼初凝時(shí)刻。一般的，對(duì)同一種配比，隨溫度升高砼初凝時(shí)間縮短，反之延長。

1.2 聚羧酸系減水劑的摻量對(duì)保塑性能的影響

通過4組不同配合比的C40混凝土在20℃下添加不同劑量中興南友外加劑的實(shí)驗(yàn)，整理得到表2。

從表2中可看出，當(dāng)減水劑摻量增大時(shí)，砼初始坍落度增大，反之減小。

常規(guī)摻量的高性能砼其初凝時(shí)間明顯延長是由于保塑、緩凝組份絕對(duì)數(shù)量變大，或緩凝、或阻止水化反應(yīng)的進(jìn)行。較低摻量的高性能砼膠凝材料數(shù)量變大，用水量增加，使水化反應(yīng)速度加快。因此，較小的初始坍落度、良好的保塑性能就可以達(dá)到砼初凝時(shí)間5～6h的要求。

2? 聚羧酸系減水劑的組份對(duì)砼初凝時(shí)間、保塑性能的影響

2.1 減水劑的組份

由聚羧酸母液、緩凝、保塑組份、起泡劑（微沫劑）、微量引氣劑與消泡劑以及絕大部分的水構(gòu)成。

2.2 減水劑具體組分搭配

本次實(shí)驗(yàn)將用到4種減水劑、減水劑配比見表3。

2.3 減水劑組分影響實(shí)驗(yàn)

以下進(jìn)行減水劑組分影響實(shí)驗(yàn)，并將各實(shí)驗(yàn)組的具體材料組分描述如下：

①序號(hào)1～12的配比。水泥均采用福泉西南P.O42.5水泥，其28d抗壓強(qiáng)度為45.0MPa，水泥初凝時(shí)間2h29min。對(duì)C30、C40碎石采用5～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石（石灰?guī)r），由19～31.5∶9.5～19∶4.75～9.5mm=20%∶60%∶20%摻配而成。外加劑采用中興南友聚羧酸高性能減水劑。

②序號(hào)13、14的配比。水泥采用貴定海螺盤江P.O42.5水泥，其28d抗壓強(qiáng)度為46.0MPa，水泥初凝時(shí)間3h22min，其余材料不變。

③序號(hào)15減水劑各成分所占比例變?yōu)楸┧狨?17%、葡萄糖酸鈉2%、蔗糖3%、起泡劑K12（十二烷基醇硫酸鈉）0.25%、極微量引氣劑（每100kg成品中再加入0.14L三萜皂甙）、水約77.7%，其余材料與序號(hào)13、14相同。

④序號(hào)16、17減水劑各成分所占比例變?yōu)楸┧狨?15%、緩釋型2.0%、蔗糖5%、起泡劑K12（十二烷基醇硫酸鈉）0.2%、極微量引氣劑（每100kg成品中再加入0.14L三萜皂甙）、水約77.8%，其余材料與序號(hào)15相同。

⑤序號(hào)18減水劑中緩凝組份全部變?yōu)?%葡萄糖酸鈉，其余材料與序號(hào)16、17相同。

⑥序號(hào)19無減水劑，其余材料同上。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)

①不摻減水劑時(shí)，C30砼坍落度損失很大，1h通?？蛇_(dá)到80～120mm（對(duì)初始坍落度140～200mm）。雖然砼粘度不大，但初凝時(shí)間明顯比砼規(guī)定的5～6h要長一些。這是因?yàn)槌跏继涠容^大的緣故。

高性能減水劑摻量在0.6～0.7%時(shí)（此時(shí)減水率大約在16～18%左右），對(duì)初始坍落度80～90mm左右的砼水膠比一般在0.48～0.52之間。1h坍落度無明顯損失（≦10mm），動(dòng)力粘度低（倒坍落度筒流出時(shí)間18～26s）、砼砂率對(duì)機(jī)制砂大約在40～50%之間。

高性能減水劑摻量在0.9～1.0%時(shí)，初始坍落度明顯變大。當(dāng)保塑性能良好時(shí)，砼初凝時(shí)間也明顯比5～6h大。它是由于其內(nèi)在的緩釋型聚羧酸起主要作用，隨接枝共聚鏈的逐漸斷開，不斷釋放出羧酸分子，使得其具有不斷的螯合能力以及更強(qiáng)靜電斥力而產(chǎn)生強(qiáng)烈持久的分散作用。甚至當(dāng)緩釋型聚羧酸百分含量增加時(shí)，隨時(shí)間延長，砼初始坍落度增加，但3～4h后砼可能離析。

②不摻減水劑時(shí)，C40砼采用P.O42.5水泥難以達(dá)到配制強(qiáng)度的要求。坍落度損失大，砼初凝時(shí)間較規(guī)定的5～6h稍長一些。

高性能減水劑摻量在0.7～0.8%左右時(shí)，其減水率大約在20%左右。當(dāng)初始坍落度80～90mm，1h后坍落度無明顯損失，砼初凝時(shí)間接近規(guī)定的5～6h。當(dāng)摻粉煤灰時(shí)，其用量應(yīng)適當(dāng)。28～60d砼強(qiáng)度仍可持續(xù)增長，粉煤灰的取代率一般在15%左右。

采取上述辦法的C40砼要求動(dòng)力粘度低，其倒坍落度筒流出時(shí)間（初始坍落度80～90mm）一般20～26s，時(shí)間越短則粘度越小。C40砼水膠比一般在0.36～0.41之間，但砼偏于上限，一般在0.39～0.41之間。通過適當(dāng)增加膠材用量及用水量，減少減水劑摻量，減小初始坍落度，使得砼配制強(qiáng)度，初凝時(shí)間及保塑性能都得到保證，但無疑對(duì)減水劑中單體聚羧酸及緩釋型改性性能、合適的摻量等提出了更為嚴(yán)厲的內(nèi)在要求，也絕不是僅僅通過緩凝組份的調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)的。

③砼保塑性能最優(yōu)先的是砼保坍能力，實(shí)驗(yàn)中對(duì)C30、C40砼實(shí)測(cè)1h坍落度損失應(yīng)≦10mm，在坍落度80～90mm情形下要求非常之高，但通過反復(fù)試配調(diào)整完全可以達(dá)到。

對(duì)C30～C40砼，應(yīng)該主要采用保塑性能好的經(jīng)過改性的單體聚羧酸配以恰當(dāng)摻量的緩釋型。實(shí)在不行時(shí)，甚至采用專門的保坍劑，它不求過高的減水率，但追求高保塑性。對(duì)C30砼，摻0.6～0.7%高性能減水劑初始坍落度80～90mm時(shí)砼初凝時(shí)間比不摻減水劑的砼縮短1～2h;對(duì)C40砼，摻0.7～0.8%時(shí)砼初凝時(shí)間比不摻減水劑的砼縮短1h左右。

砼保塑性能是每一類型的砼施工時(shí)所必須要求的，砼緩凝時(shí)間是相比較不摻減水劑砼而言的。葡萄糖酸鈉、蔗糖、聚乙烯醇等都是緩凝劑。砼保塑性能在只有緩凝劑的情形下仍然可能無法保證，它只是外因、內(nèi)在的條件只能是單體聚羧酸或改性后的緩釋型自身的保塑性能。保塑必含有緩凝，但緩凝不一定保塑。過量緩凝成分的加入，并不能改變砼的保塑性能。相反，它使砼初凝時(shí)間大為延長，且有可能對(duì)砼抗壓強(qiáng)度造成永久性的損害。

總之，高性能減水劑對(duì)砼的保塑性能主要由單體聚羧酸內(nèi)在因素所決定，當(dāng)采用改性聚羧酸及添加緩釋型時(shí)，對(duì)C30、C40砼初始坍落度80～90mm，1h坍損要求≦10mm，砼初凝時(shí)間可以滿足或接近5～6h的要求。當(dāng)砼初凝時(shí)間6～7h時(shí)，最大初始坍落度不應(yīng)超過180mm，取得組織施工方的同意，并按此組織施工。目前，高墩施工主要以≦C40砼為主。本文所做的研究對(duì)砼配比設(shè)計(jì)無疑具有重要的意義。

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