一種新型混凝土高溫緩凝減水劑的研究

　　摘　要　介紹利用廣西工業(yè)副產品廢液資源研制復合高溫混凝土緩凝減水劑研究試驗證明：在混凝土中摻入復合劑，在35 ℃～43 ℃強日照高溫條件下，混凝土初凝時間達6 h～7 h，并有減水增強，減少水化熱的效果，可提高混凝土的抗?jié)B性，對鋼筋銹蝕無不利影響，為龍灘水電站大壩碾壓混凝土夏季(高氣溫)施工提供了一個新品種。

　　關鍵詞　混凝土外加劑　凝結時間　混凝土

　　1　前言

　　混凝土外加劑以其摻量少能改善性能并節(jié)約水泥已成為混凝土的第五種材料。目前，國內外外加劑品種繁多，主要有萘系和糖蜜類及木鈣類，萘系減水劑為高效減水劑，減水率一般大于12%，其主要原料為工業(yè)萘，其原材料緊缺、價格上漲快及生產過程中對環(huán)境污染嚴重，造成單價高，難有更大發(fā)展。糖蜜類木鈣類減水劑為普通減水劑，減水率僅為8%～12%，由于其價廉，性能穩(wěn)定，在全國得到廣泛應用。該類外加劑在常溫下，可緩凝1 h～2 h，但在高溫35 ℃以上的強日照條件下，效果達不到要求。

　　龍灘水電站大壩混凝土施工期長、強度大，計劃長年施工，但廣西屬亞熱帶地區(qū)，高溫期長，要求常態(tài)混凝土和碾壓混凝土在高溫條件下初凝時間大于6 h，以保證混凝土層間結合良好和混凝土整體性、勻質性。本研究選用豐富的廣西工業(yè)副產品廢液資源，通過大量的試驗研究，復合成高溫緩凝減水劑，可滿足施工需要，并可獲得較好的環(huán)境效益和社會效益。

　　2　復合緩凝減水劑的組成

　　復合高溫緩凝減水劑是以甘蔗糖蜜酒精糟，經中和噴粉的WST粉狀減水劑為主劑，復合其它緩凝劑、加氣劑等組成。它們分別為：

　　(1)SH高溫緩凝減水劑，最佳摻量為1.7%，下稱SH劑。

　　(2)SR高溫緩凝減水劑，最佳摻量為1.5%，下稱SR劑。

　　3　復合高溫緩凝減水劑的性能

　　3.1　泡沫性能

　　泡沫性能按《混凝土外加劑勻質性試驗方法》GB8077-87要求進行，主要指標為起泡力和消泡時間。以檢驗外加劑的泡沫特性和泡沫穩(wěn)定性，試驗結果見表1。

　　3.2　表面張力，pH值

　　采用1%濃度的外加劑溶液，用界面張力儀測定，結果見表1。

　　3.3　水泥砂漿工作性

　　水泥砂漿工作性主要檢測減水劑對水泥等膠凝材料的分散效果，用減水率表示，減水率越大，表示減水劑對水泥等膠凝材料的分散效果越好。此外，還同時做了摻劑后砂漿擴散度的對比試驗，試驗結果見表1。

　　表1　復合劑勻質性試驗結果

　　項　目　　　　　　　　單位　　　　　　　外加劑品種　　　　　　說明

　　WSTSHSR水(或0摻量) 起泡力mL15.51618-用手搖84次 消泡時間min506070- 表面張力N/m51.942.846.572- pH值　97～97～96.5- 流動度mm166170172137摻量WST　0.4%

　　SH 1.7%

　　SR 1.5% 流動度增加mm2933350 減水率%1012.813.00

　　從表1可見，復合劑有較好的起泡力，泡沫穩(wěn)定性可達1 h左右。復合劑均能降低液體的表面張力，屬于表面活性劑。復合劑對水泥的分散效果較好。

　　3.4　水泥試驗

　　(1)性能試驗。試驗結果見表2。

　　表2　復合劑水泥性能試驗結果

　　項　目單　位試　　驗　　次　　數(shù) 123 復合劑　　SHSR　SHSR　SHSR 復合劑摻量%01.71.501.71.501.71.5 標準稠度%26.625.625.126.025.225.026.225.425.2 安定性　合格合格合格合格合格合格合格合格合格 凝結時間初凝h:min2:008:058:002:108:258:202:308:308:10 終凝2:5013:4013:403:0014:0013:553:2014:0014:00

　　從表2可見，復合劑對水泥有較好的緩凝效果，初凝緩凝時間達6 h左右。

　　(2)水泥水化熱。采用溶解熱法測定摻與不摻外加劑的水泥水化熱，結果見表3。

　　表3　復合劑水泥水化熱試驗結果

　　水泥品種及用量

　　%復合緩凝劑SR

　　%水　化　熱

　　J/g 3d相對變化 10001980 1.5173.9減少24.1

　　從表中可見摻SR復合劑可降低早期水泥水化熱。

　　4　SH、SR高效高溫緩凝減水劑緩凝減水機理

　　SH、SR高效高溫緩凝減水劑是一種陰離子表面活性劑，可降低液體的表面張力，在摻有適當劑量的液相中，水泥顆粒通過表面能吸附了減水劑中的親水表面活化物質，產生一種親水性膠體吸附層，這種吸附層不僅增加了水泥顆粒表面吸附水膜的厚度，增強了水泥顆粒間的流體動力潤滑。同時，在混凝土拌和過程中，可產生許多分布均勻的微小封閉氣泡，在混凝土拌和物中起到了類似滾珠作用，降低了混凝土內摩擦力，從而增加了混凝土拌和物的流動性或保持相同流動性，亦減少拌和用水。這就是SH、SR劑可減少用水量的原因。

　　復合劑含有羥基、芳基等基團結構，這些基團在水泥水化時，吸附在水泥顆粒表面，形成薄膜抑制水泥顆粒的水化反應，熱量釋放減緩，這是SH、SR劑緩凝的主要原因。

　　5　復合緩凝劑對混凝土性能的影響

　　5.1　試驗材料

　　(1)水泥采用廣西柳州魚峰牌525R號普通硅酸鹽水泥。

　　(2)粉煤灰采用田東電廠Ⅲ級灰。

　　(3)常態(tài)混凝土采用南寧河沙，碾壓混凝土采用巖灘電站石灰?guī)r機制人工砂。

　　(4)常態(tài)混凝土采用南寧5 mm～20 mm卵石，碾壓混凝土采用巖灘電站8 mm～20 mm、20 mm～40 mm、40 mm～80 mm(分三級)石灰?guī)r機制人工碎石。[Page]

　　以上材料品質合格。

　　5.2　常態(tài)混凝土性能試驗

　　5.2.1　抗壓強度和凝結時間

　　摻入SH、SR緩凝劑，在保持坍落度基本一致時，可減少用水量12%～16%，降低水灰比0.06～0.09，可提高混凝土強度，與不摻劑混凝土相比，摻SH劑3 d混凝土強度比不摻提高9%～15%，7 d提高10%～29%,28 d提高9%～34%,90 d提高10%～25%。摻SR劑3 d提高10%,7 d提高3%～24%,28 d提高11%～23%,90 d提高11%～23%。摻入SH劑，保持水灰比、坍落度一致時，可節(jié)約水泥12%左右，早期強度與不摻的基本一致，后期還略有提高。

　　在常溫下?lián)絊H、SR緩凝劑的混凝土初凝時間在15 h左右，終凝時間在18 h左右，比不摻的延緩初凝時間7 h～8 h，延緩終凝時間9 h～10 h。在氣溫高達35℃～42℃強日照下，混凝土初凝時間達5 h 30 min～7 h 45 min，終凝時間達6 h 40 min～9 h 17 min。試驗結果見表4。

　　表4　摻復合劑常態(tài)混凝土性能對比試驗結果

　　序號水　灰　比復合劑及慘量

　　銹蝕危害 0.46SH 1.714.67018.026.938.445.515:0018:547:449:06 0.46SR 1.514.65017.525.637.544.915:4819:368:329:48 20.530.53006316.221.630.338.97:008:330021～29

　　室外 0.45SH1.714.35218.228.037.445.314:0017:427:009:09 0.46SR1.512.66217.826.937.443.2153019:458:3011:12 30.480.48005719.126.335.641.43:334:180035～42

　　太陽下曬 0.42SH1.712.75320.829.740.647.26:007:002:272:42 0.42SR1.512.050----5:326:401:592:22 40.480.48006820.628.933.244.53:504:500036～41

　　太陽下曬 0.42SH1.712.06423.032.639.349.06:128:082:223:18 0.42SR1.512.060----6:077:272:172:37 50.530.53006817.224.932.340.5---- 0.45SH1.715.87219.829.136.847.4---- 0.45SR1.514.06519.028.136.046.0----

　　5.2.2　混凝土泌水率和收縮、抗?jié)B試驗

　　按外加劑試驗方法進行混凝土泌水率、收縮和抗?jié)B試驗，試驗結果表明：摻復合劑可減少泌水5%～16%，抗?jié)B標號大于W12，優(yōu)于不摻的，收縮率比為108%，少于120%的標準要求。

　　5.2.3　鋼筋銹蝕

　　鋼筋銹蝕試驗采用在極化砂漿中陽極極化電位曲線作分析，試驗表明：摻SH、SR劑硬化砂漿的V2平均電位迅速達到+689 mV，歷時15 min不下降，即鋼筋(電位)純化膜未破壞，說明復合劑對鋼筋無銹蝕危害。

　　5.3　碾壓混凝土性能試驗

　　5.3.1　抗壓強度和凝結時間

　　按《水工碾壓混凝土試驗規(guī)程》SL48-94進行。碾壓混凝土配合比采用中南勘測設計研究院為龍灘水電站推薦的配合比，其中水泥用量75 kg，田東Ⅲ級灰105 kg/m3，采用石灰人工砂和80 mm～40 mm,40 mm～20 mm,20 mm～8 mm石灰?guī)r碎石，級配比例為大∶中∶小=3∶4∶3。

　　摻入SR劑碾壓混凝土減水率為10%～12%，抗壓強度7 d、28 d提高13%～20%，90 d提高28%～37%。摻SH劑減水率為12%～13%，7 d抗壓強度與不摻基本一致，28 d提高9%～19%，90 d提高22%～43%。在高溫強日照下?lián)絊R劑碾壓混凝土的初凝時間5 h 23 min和6 h 5 min，比不摻延緩初凝時間3 h左右。試驗結果見表5。

　　表5　摻復合劑碾壓混凝土性能對比試驗結果

　　序號水　膠　比復合劑及摻量

　　%VC值

　　s減水率

　　%抗　壓　強　度

　　MPa凝結時間

　　h:min環(huán)境溫度

　　℃收縮率比

　　%抗?jié)B

　　標號 計算實際3 d28 d90 d初凝緩凝 10.580.5809011.020.823.22:57037～43

　　太陽下曬100＞8 0.51SR 1.591112.423.731.76:153:1880.5＞8 0.51SH 1.791210.924.833.1　　-- 20.580.5806011.517.422.32:32037～43

　　太陽下曬-- 0.51SR 1.571113.420.330.15:363:04-- 0.51SH 1.771211.318.927.14:101:38-- 30.580.5806012.119.224.62:22037～43

　　太陽下曬-- 0.51SR 1.581114.623.031.65:253:03--

　　5.3.2　收縮和抗?jié)B

　　碾壓混凝土收縮和抗?jié)B成型均采用壓振法，試驗結果表明：摻SR劑抗?jié)B標號大于W8，優(yōu)于不摻的，收縮率比僅80.5%，遠遠小于標準要求，詳見表5。

　　6　結語

　　(1)SH、SR高溫緩凝劑均可用于常態(tài)和碾壓混凝土。在氣溫的強日曬下，常態(tài)混凝土摻SH劑，混凝土初凝時間可達6 h～7 h；碾壓混凝土摻SR劑初凝時間達6 h左右，這對于混凝土夏季施工十分有利，可避免出現(xiàn)施工冷縫，保證了碾壓混凝土層面的良好結合，從而提高混凝土的質量，保證了混凝土的整體性和勻質性。

　　(2)在混凝土中摻用高溫緩凝減水劑可減少水泥用量和延緩水泥水化熱，減少混凝土的絕熱溫升，有利于大體積混凝土的抗裂防滲。

　　(3)高溫緩凝劑可提高混凝土的抗?jié)B性能，減少干縮，減少泌水，對鋼筋銹蝕無不利影響。

　　(4)高效高溫緩凝劑主要成份為工業(yè)廢液，它的研制成功，將為廣西工業(yè)廢液利用提供有效的途徑，有良好的環(huán)境效益、社會效益和經濟效益。但目前僅限于室內試驗，應繼續(xù)中試試驗及現(xiàn)場應用試驗工作，以使研究不斷完善。

　　作者簡介：何玉珍　女　副所長　高級工程師

　　蘇　瓊　女　工程師

　　黃海祥　男　工程師

　　作者單位：廣西水電科學研究所　南寧　530021