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(chǎn)品廢液資源研制復(fù)合高溫混凝土緩凝減水劑研究試驗(yàn)證明：在混凝土中摻入復(fù)合劑，在35 ℃～43 ℃強(qiáng)日照高溫條件下，混凝土初凝時(shí)間達(dá)6 h～7 h，并有減水增強(qiáng)，減少水化熱的效果，可提高混凝土的抗?jié)B性，對(duì)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(gè)新品種。

　　關(guān)鍵詞　混凝土外加劑　凝結(jié)時(shí)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(nèi)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(jià)格上漲快及生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，造成單價(jià)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(jià)廉，性能穩(wěn)定，在全國得到廣泛應(yīng)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(qiáng)日照條件下，效果達(dá)不到要求。

　　龍灘水電站大壩混凝土施工期長、強(qiáng)度大，計(jì)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(shí)間大于6 h，以保證混凝土層間結(jié)合良好和混凝土整體性、勻質(zhì)性。本研究選用豐富的廣西工業(yè)副產(chǎn)品廢液資源，通過大量的試驗(yàn)研究，復(fù)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(huì)效益。

　　2　復(fù)合緩凝減水劑的組成

　　復(fù)合高溫緩凝減水劑是以甘蔗糖蜜酒精糟，經(jīng)中和噴粉的WST粉狀減水劑為主劑，復(fù)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(fù)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(zhì)性試驗(yàn)方法》GB8077-87要求進(jìn)行，主要指標(biāo)為起泡力和消泡時(shí)間。以檢驗(yàn)外加劑的泡沫特性和泡沫穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)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(jié)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(duì)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(duì)水泥等膠凝材料的分散效果越好。此外，還同時(shí)做了摻劑后砂漿擴(kuò)散度的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

　　表1　復(fù)合劑勻質(zhì)性試驗(yàn)結(jié)果

　　項(xiàng)　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(shí)間min506070- 表面張力N/m51.942.846.572- pH值　97～97～96.5- 流動(dòng)度mm166170172137摻量WST　0.4%

　　SH 1.7%

　　SR 1.5% 流動(dòng)度增加mm2933350 減水率%1012.813.00

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

　　3.4　水泥試驗(yàn)

　　(1)性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

　　表2　復(fù)合劑水泥性能試驗(yàn)結(jié)果

　　項(xiàng)　目單　位試　　驗(yàn)　　次　　數(shù) 123 復(fù)合劑　　SHSR　SHSR　SHSR 復(fù)合劑摻量%01.71.501.71.501.71.5 標(biāo)準(zhǔn)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(jié)時(shí)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(fù)合劑對(duì)水泥有較好的緩凝效果，初凝緩凝時(shí)間達(dá)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(jié)果見表3。

　　表3　復(fù)合劑水泥水化熱試驗(yàn)結(jié)果

　　水泥品種及用量

　　%復(fù)合緩凝劑SR

　　%水　化　熱

　　J/g 3d相對(duì)變化 10001980 1.5173.9減少24.1

　　從表中可見摻SR復(fù)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(jī)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(dāng)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(zhì)，產(chǎn)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(qiáng)了水泥顆粒間的流體動(dòng)力潤滑。同時(shí)，在混凝土拌和過程中，可產(chǎn)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(nèi)摩擦力，從而增加了混凝土拌和物的流動(dòng)性或保持相同流動(dòng)性，亦減少拌和用水。這就是SH、SR劑可減少用水量的原因。

　　復(fù)合劑含有羥基、芳基等基團(tuán)結(jié)構(gòu)，這些基團(tuán)在水泥水化時(shí)，吸附在水泥顆粒表面，形成薄膜抑制水泥顆粒的水化反應(yīng)，熱量釋放減緩，這是SH、SR劑緩凝的主要原因。

　　5　復(fù)合緩凝劑對(duì)混凝土性能的影響

　　5.1　試驗(yàn)材料

　　(1)水泥采用廣西柳州魚峰牌525R號(hào)普通硅酸鹽水泥。

　　(2)粉煤灰采用田東電廠Ⅲ級(jí)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(jī)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(jí))石灰?guī)r機(jī)制人工碎石。[Page]

　　以上材料品質(zhì)合格。

　　5.2　常態(tài)混凝土性能試驗(yàn)

　　5.2.1　抗壓強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間

　　摻入SH、SR緩凝劑，在保持坍落度基本一致時(shí)，可減少用水量12%～16%，降低水灰比0.06～0.09，可提高混凝土強(qiáng)度，與不摻劑混凝土相比，摻SH劑3 d混凝土強(qiáng)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(shí)，可節(jié)約水泥12%左右，早期強(qiáng)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(shí)間在15 h左右，終凝時(shí)間在18 h左右，比不摻的延緩初凝時(shí)間7 h～8 h，延緩終凝時(shí)間9 h～10 h。在氣溫高達(dá)35℃～42℃強(qiáng)日照下，混凝土初凝時(shí)間達(dá)5 h 30 min～7 h 45 min，終凝時(shí)間達(dá)6 h 40 min～9 h 17 min。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

　　表4　摻復(fù)合劑常態(tài)混凝土性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

　　序號(hào)水　灰　比復(fù)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(yàn)

　　按外加劑試驗(yàn)方法進(jìn)行混凝土泌水率、收縮和抗?jié)B試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：摻復(fù)合劑可減少泌水5%～16%，抗?jié)B標(biāo)號(hào)大于W12，優(yōu)于不摻的，收縮率比為108%，少于120%的標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　5.2.3　鋼筋銹蝕

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

　　5.3　碾壓混凝土性能試驗(yàn)

　　5.3.1　抗壓強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間

　　按《水工碾壓混凝土試驗(yàn)規(guī)程》SL48-94進(jìn)行。碾壓混凝土配合比采用中南勘測設(shè)計(jì)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(jí)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(jí)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(qiáng)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(qiáng)度與不摻基本一致，28 d提高9%～19%，90 d提高22%～43%。在高溫強(qiáng)日照下?lián)絊R劑碾壓混凝土的初凝時(shí)間5 h 23 min和6 h 5 min，比不摻延緩初凝時(shí)間3 h左右。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

　　表5　摻復(fù)合劑碾壓混凝土性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

　　序號(hào)水　膠　比復(fù)合劑及摻量

　　%VC值

　　s減水率

　　%抗　壓　強(qiáng)　度

　　MPa凝結(jié)時(shí)間

　　h:min環(huán)境溫度

　　℃收縮率比

　　%抗?jié)B

　　標(biāo)號(hào) 計(jì)算實(shí)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(yàn)結(jié)果表明：摻SR劑抗?jié)B標(biāo)號(hào)大于W8，優(yōu)于不摻的，收縮率比僅80.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求，詳見表5。

　　6　結(jié)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(qiáng)日曬下，常態(tài)混凝土摻SH劑，混凝土初凝時(shí)間可達(dá)6 h～7 h；碾壓混凝土摻SR劑初凝時(shí)間達(dá)6 h左右，這對(duì)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(jié)合，從而提高混凝土的質(zhì)量，保證了混凝土的整體性和勻質(zhì)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(duì)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但目前僅限于室內(nèi)試驗(yàn)，應(yīng)繼續(xù)中試試驗(yàn)及現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)工作，以使研究不斷完善。

　　作者簡介：何玉珍　女　副所長　高級(jí)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(xué)研究所　南寧　530021