超緩凝型聚羧酸減水劑的研制及應(yīng)用

杜保立

（深圳港創(chuàng)建材股份有限公司）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化得到進一步的推動，這也就促使了一些超高、超大、超深的工程出現(xiàn)。尤其是隨著車站的建設(shè)，在深基坑的支護結(jié)構(gòu)中采用鉆孔咬合樁工藝，對混凝土的凝結(jié)時間有較高要求，要求混凝土的終凝時間要達到72h 以上，且必須要滿足混凝土的施工質(zhì)量要求[1-3]。而目前國內(nèi)市場上的減水劑對混凝土終凝時間的控制一般在10 個小時左右，難以達到鉆孔咬合樁工藝的要求，因此研制出一種凝結(jié)時間在72h 以上的超緩凝型聚羧酸減水劑勢在必行。

本試驗中以聚羧酸減水劑來復(fù)配三種不同的緩凝組份以及它們的復(fù)配混合物D 來探究不同的混凝組份對水泥凈漿的流動度和凝結(jié)時間以及混凝土各項工作性能的影響。

1 超緩凝型聚羧酸減水劑的研制

1.1 原材料

⑴聚羧酸高性能減水劑，自制；

⑵葡萄糖酸鈉，諸城曙光生物科技有限公司，工業(yè)級；

⑶某多羥基醛，天津市致遠化學試劑有限公司，分析純；

⑷某有機酸類，天津市致遠化學試劑有限公司，分析純。

1.2 性能測試方法

水泥凈漿流動度試驗按照GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》中規(guī)定的相關(guān)標準執(zhí)行，折固摻量為0.10%，實驗用水為自來水，所用水泥為基準水泥。

水泥凝結(jié)時間試驗按照GBT1346—2011 水泥標準稠度、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法。

混凝土試驗按照GB 8076-2008《混凝土外加劑》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，制作的抗壓試件規(guī)格為100mm×100mm×100mm。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 葡萄糖酸鈉復(fù)配聚羧酸減水劑對水泥凈漿的影響

以自制5%濃度聚羧酸高性能減水劑作為空白組，分別外摻葡萄糖酸鈉0.2%～1.4%作為對照組，以0.8%的減水劑摻量，根據(jù)水泥凈漿流動度試驗方法，記錄凈漿初始流動度、1 小時凈漿流動度及初、終凝時間，數(shù)據(jù)結(jié)果如圖1、圖2。

圖1 10%濃度聚羧酸減水劑外摻葡萄糖酸鈉對水泥凈漿的影響

圖2 不同葡萄糖酸鈉摻量對水泥凈漿凝結(jié)時間的影響

綜合圖1、圖2 分析得出，相較于空白組，隨著葡萄糖酸鈉的摻量逐漸增加，與聚羧酸減水劑復(fù)配后對水泥凈漿流動性能也逐漸增大，并且對水泥凈漿的初凝時間和終凝時間也逐漸延長；但隨著葡萄糖酸鈉的摻量達到1.8%之后，對水泥凈漿效果反而下降，且對水泥凈漿的初凝和終凝時間的延長效果逐漸降低。這是由于葡萄糖酸鈉的摻量增加會促進Aft 的生成，大量生成的Aft 會消耗更多的自由水，使水泥漿體迅速稠化；當葡萄糖酸鈉摻量較低時，生成少量的Aft 不會促進漿體凝結(jié)，又能抑制硅酸三鈣的水化，所以可以達到延長凝結(jié)時間的效果[4]。

2.2 某多羥基醛復(fù)配聚羧酸減水劑對水泥凈漿的影響

本試驗選用某多羥基醛作為單摻的緩凝組分，與自制聚羧酸減水劑復(fù)配，按照上述試驗方法進行水泥凈漿凝結(jié)時間和流動度對比實驗，結(jié)果如圖3、圖4。

圖3 10%濃度聚羧酸減水劑外摻有機糖A 對水泥凈漿的影響

圖4 不同有機糖A 摻量對水泥凈漿凝結(jié)時間的影響

由圖3 可知，該有機糖類A 與聚羧酸減水劑復(fù)配后，稍減少了水泥凈漿流動度，即增加了水泥漿體的可塑性。

由圖4 可知，隨著有機糖A 的摻量增加，大幅延長了水泥凈漿的初凝時間和終凝時間，在聚羧酸減水劑中1%的摻量比空白組延長2 倍的終凝時間。考慮到對聚羧酸減水率的影響和實際需求效果，故摻量不宜過高。

2.3 有機酸類復(fù)配聚羧酸減水劑對水泥凈漿的影響

選用自制聚羧酸減水劑與有機酸復(fù)配，探究不同摻量下有機酸緩凝組分對水泥凈漿的性能效果，試驗結(jié)果如圖5、圖6。

圖5 10%濃度聚羧酸減水劑外摻有機酸B 對水泥凈漿的影響

圖6 不同有機酸B 摻量對水泥凈漿凝結(jié)時間的影響

從圖5 和圖6 可以看出，摻入有機酸B 的聚羧酸減水劑對水泥凈漿流動性能有較好的提升，隨著有機酸B的摻量在減水劑中逐漸增加，對水泥凈漿的緩凝效果也逐漸增強。這是由于在聚羧酸減水劑的強分散效應(yīng)下，檸檬酸與溶液中的二價鈣離子形成絡(luò)合物而抑制了氫氧化鈣的結(jié)晶析出[5]。

2.4 三種緩凝組分與聚羧酸減水劑復(fù)合添加的最優(yōu)探究

分別對三種緩凝組分按照不同比例互摻，與自制聚羧酸減水劑復(fù)配，參照國標進行水泥凈漿試驗，試驗結(jié)果如表1。

表1 三種緩凝組分復(fù)核添加比例對水泥凈漿的影響

通過三種緩凝劑按不同比例互摻得到混合物D，復(fù)配自制聚羧酸減水劑，為得到72 小時凝結(jié)時間，混合物D 在減水劑中含量為18%。綜合對比D-2 到D-7 六個復(fù)摻比例，為減少緩凝組分對外加劑減水率的影響，并考慮經(jīng)濟適用原則，最終選用D-7 組，PN:A:M=3:5:2。

3 超緩凝型聚羧酸減水劑及三組分緩凝復(fù)配混合物D 性能測試

3.1 試驗原材料

水泥：華潤P.O 42.5R；粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰；礦粉：S95 級礦渣粉；砂：中砂，細度模數(shù)為2.8；石：5～25 石子連續(xù)級配。

3.2 混凝土試驗

本實驗研制的超緩凝型聚羧酸減水劑應(yīng)用于某商混站，并要求混凝土符合深基坑的支護結(jié)構(gòu)中鉆孔咬合樁工藝需求，早期強度要求較低，終凝時間控制在72 小時左右，對自制的超緩凝型聚羧酸減水劑CH-1 和緩凝混合物D 組分摻量確定，并測定混凝土凝結(jié)時間和7d、28d、60d 抗壓強度，控制坍落度在(200±20)mm，采用標號為C35 配合比進行性能測試，檢測配合比如表2。

表2 C35 超緩凝混凝土配合比 (kg/m3)

混凝土試驗結(jié)果如表3。

表3 混凝土工作性、凝結(jié)時間和抗壓強度試驗結(jié)果

由表3 可知，在減水劑相同摻量下，三組分緩凝混合物D 復(fù)配摻量從5%、10%、15%、20%四個梯度增加。從工作性來看，混凝土的流動性和保水性均較好，利于混凝土施工泵送；從終凝時間結(jié)果上看，15%和20%達到目標要求，分別達到74h、78h；從混凝土7d、28d 強度來看，隨著緩凝組分的增加，已經(jīng)影響了混凝土強度的增長，考慮到過多的緩凝組分會影響水泥水化延緩和強度增長，混合物D 摻量為15%較為合適。

綜上可知，自制的超緩凝型聚羧酸減水劑CH-1 延緩了水泥的水化速度，并且對混凝土的流動性、粘聚性和保水性都有較好的增效作用。

4 結(jié)論

通過試驗得出葡萄糖酸鈉、有機糖類、有機酸類與自制聚羧酸減水劑復(fù)配以及三組分混合復(fù)配對水泥水化的影響關(guān)系，緩凝效果為：有機糖D＞葡萄糖酸鈉PN＞有機酸M。試驗結(jié)果表明：這三種緩凝組份分別與聚羧酸減水劑復(fù)配使用時，可以延長混凝土的初凝和終凝時間；這三者的混合物與聚羧酸減水劑復(fù)配時，有利于減少混凝土坍落度的經(jīng)時損失，同時凝結(jié)時間進一步延長。