長距離混凝土泵送劑及混凝土經(jīng)時損失、力學(xué)性能研究

曲 烈 劉子香李 鵬 王光月王麗娜 馮聰媛 王 超

1天津城建大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（300384） 2天津市飛龍砼外加劑有限公司（300406）3河南省散裝水泥辦公室（450008）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟和城市化的快速發(fā)展,混凝土技術(shù)正朝著機械化、高性能、長距離泵送、無噪聲的發(fā)展方向。在施工過程中，摻入緩凝劑能使新拌混凝土較長時間內(nèi)保持混凝土的工作性[1]。在某些情況下,摻入過多緩凝劑會使混凝土長時間不凝結(jié),強度下降[2-3]。

在20世紀80年代后期，日本研究出了超緩凝劑,這種超緩凝劑能夠任意調(diào)解混凝土的凝結(jié)時間，凝結(jié)時間可達到兩天，且混凝土的物理力學(xué)性能比較穩(wěn)定[4-5]。國內(nèi)緩凝劑的應(yīng)用可以保證混凝土的坍落度在1 ～2 h不損失或者損失很小，可保證正常的混凝土澆筑施工。具體采用聚羧酸減水劑加葡萄糖酸鈉，但這難以保證長距離泵送混凝土的工作性，開發(fā)8個小時甚至更長時間的混凝土坍落度不損失的長距離混凝土泵送劑，已經(jīng)迫在眉捷[6-7]。

楊惠先等人[8]研究了高摻量緩凝劑對水泥凝結(jié)時間和水泥砂漿強度的影響，結(jié)果表明低摻量氧化鋅緩凝效果最好。隨著緩凝劑摻量的增大，水泥砂漿的早期強度會降低，后期強度會增長，氧化鋅在摻量低于0.7%時，幾乎不降低早期強度，28 d抗壓強度還有所提高。鄧君[9]研究了聚羧酸系高效泵送劑和萘系泵送劑的性能，試驗表明聚羧酸系高效泵送劑具有減水率高、分散能力好、流動保持性好、抗壓強度比高等特點，是一種高性能泵送劑。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用水泥為天津振興水泥廠生產(chǎn)的P.O 42.5硅酸鹽水泥，其性能指標見表1；中砂、5 ～20 mm石子為市售產(chǎn)品，其性能指標見表2；聚羧酸減水劑為天津市飛龍砼外加劑廠生產(chǎn)；氧化鋅、酒石酸鉀鈉、檸檬酸、葡萄糖酸鈉、三萜皂苷及引氣劑松香熱聚物均為天津市科威化學(xué)試劑公司所提供。

表1 試驗用水泥的物理力學(xué)性能

表2 試驗用砂子的物理性能

1.2 試驗方案與方法

摻緩凝劑的水泥凈漿凝結(jié)時間試驗設(shè)計:Ref組的水泥凈漿配方為水泥475 kg、用水量155 kg、水灰比為0.33。實際稱取500 g水泥、163 g水。A1、A2、A3、A4摻氧化鋅緩凝劑組試驗:稱取500 g水泥、163 g水，摻聚羧酸減水劑1.1%，再分別加入0.2%、0.4%、0.6%、1.0%；B1、B2、B3、B4 摻酒石酸鉀納緩凝劑組試驗:稱取500 g水泥，163 g水，摻1.1%聚羧酸減水劑，分別加入0.2%、0.4%、0.6%、1.0%酒石酸鉀納。C1、C2、C3、C4 摻檸檬酸緩凝劑組試驗:稱取500 g水泥、163 g水,摻1.1%聚羧酸減水劑,分別加入 0.2%、0.4%、0.6%、1.0%檸檬酸。D1、D2、D3、D4摻葡萄糖酸鈉緩凝劑組試驗:加入0.2%、0.4%、0.6%、1.0%葡萄糖酸鈉。按上述配方制成凈漿，慢速攪拌2 min，停15 s，再快速攪拌2 min，然后出鍋，測定所配凈漿的凝結(jié)時間。

摻緩凝劑水泥膠砂強度試驗設(shè)計。水泥膠砂配方為水泥 450 g、用水量 225 g、標準砂 1 350 g，分別加入氧化鋅0%、0.2%、0.4%、0.6%、1.0%。編號記為 Z0、Z2、Z4、Z6、Z10。 水泥膠砂試件制成后放入標養(yǎng)箱養(yǎng)護，測定3 d、28 d抗折、抗壓強度。

表3 試驗用5～20 mm碎石物理力學(xué)性能

摻泵送劑混凝土的坍落度經(jīng)時損失和力學(xué)性能試驗設(shè)計。Ref組C50混凝土配合比試配試驗:水泥 475 kg、中砂 710 kg、5 ～10 mm 小碎石 111 kg、10 ～20 mm中碎石999 kg（含水率1.0%）、水155 kg，聚羧酸減水劑摻量1.1%、5.22 kg。試驗混凝土的7 d抗壓強度達到54.8 MPa，28 d抗壓強度達到62.3 MPa。

摻聚羧酸減水劑和氧化鋅組試驗:a組混凝土試塊同上配方，聚羧酸減水劑1.3%，氧化鋅摻量0.4%；摻聚羧酸減水劑、氧化鋅組和三萜皂苷組試驗：b、c、d組混凝土試塊同上配方，聚羧酸減水劑1.3%，氧化鋅摻量0.4%，三萜皂苷摻量分別為0.10%、0.15%、0.20%；摻聚羧酸減水劑、氧化鋅和松香熱聚物組試驗:e、f、g組混凝土試塊同上配方，聚羧酸減水劑1.3%，氧化鋅摻量0.4%。松香熱聚物摻量0.10%、0.15%、0.20%。按配方拌制混凝土，測量混凝土坍落度，然后成型混凝土試塊，養(yǎng)護后測量混凝土強度。

試驗方法:水泥膠砂試塊用DKZ-000型電動抗折試驗機測抗折強度，用JYE-300A型全自動恒壓力試驗機測抗壓強度，檢驗方法按《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法）》（GB/T 17671-1999)進行?；炷猎噳K用2 000 kN壓力機測抗壓強度，檢驗方法按 《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》（GB 50081-2002)進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 緩凝劑對水泥凈漿凝結(jié)時間的影響

由圖1可以看出，摻入四種緩凝劑的水泥凈漿凝結(jié)時間均增加。其中氧化鋅的緩凝效果最好。未摻氧化鋅,水泥初凝時間3 h 40 min；摻0.2%氧化鋅，水泥初凝時間40 h 50 min；摻0.2%其他三種緩凝劑，水泥初凝時間16 h 25 min ～20 h 42 min。未摻氧化鋅，水泥終凝時間4 h 35 min；摻0.2%氧化鋅，水泥終凝時間45 h 23 min；摻0.2%其他三種緩凝劑，水泥終凝時間17 h 55 min ～23 h 52 min。摻0.4%氧化鋅，水泥初凝時間51 h 17 min；摻0.4%其他三種緩凝劑，水泥初凝時間23 h 42 min ～28 h 22 min。摻0.4%氧化鋅，水泥終凝時間57 h 30 min；摻0.4%其他三種緩凝劑，水泥終凝時間25 h 8 min ～30 h 42 min。

圖1 緩凝劑對水泥凈漿初凝、終凝時間的影響

隨著緩凝劑摻量增加，水泥初凝時間和終凝時間間隔增加。未摻緩凝劑的初、終凝時間間隔為55 min，摻0.2%氧化鋅量的水泥初、終凝時間間隔為4 h 33 min，摻0.4%氧化鋅量的水泥初、終凝時間間隔為6 h 13 min，摻0.6%氧化鋅量的水泥初、終凝時間間隔為10 h 49 min，摻1.0%氧化鋅量的水泥初、終凝時間間隔為10 h 29 min。

2.2 緩凝劑對水泥膠砂強度的影響

由圖2可以看出，當(dāng)摻0 ～0.4%氧化鋅量時，水泥膠砂的3 d、28 d抗壓、抗折強度隨著摻量的增加而增大，當(dāng)氧化鋅摻量大于0.4%時，水泥膠砂3 d、28 d抗壓、抗折強度隨著摻量的增加而降低。氧化鋅摻量對3 d水泥膠砂強度影響比較大。與未摻氧化鋅組相比，摻0.2%氧化鋅3 d水泥膠砂的抗折強度增長3.33%，3 d抗壓強度增長2.46%；28 d抗折強度增加2.27%，28 d抗壓強度增長0.61%。摻0.4%氧化鋅，水泥膠砂的3 d抗折強度增長6.67%，3d抗壓強度增長5.23%；28 d抗折強度增加4.54%，28 d抗壓強度增長3.48。摻0.6%氧化鋅，水泥膠砂的3 d抗折強度為空白組的70%，3 d抗壓強度為空白組的96.6%；28 d抗折強度為空白組的76%，28 d抗壓強度為空白組的91.6%。摻1.0%氧化鋅，水泥膠砂的3 d抗折強度為空白組的48.3%，3 d抗壓強度為空白組的50.5%；28 d抗折強度為空白組的90.9%，28 d抗壓強度為空白組的87.1%。可見，大摻量加入氧化鋅，會降低水泥膠砂的強度，尤其是降低早期強度；加入少量氧化鋅，可以提高水泥膠砂的早期和后期強度，氧化鋅的最佳摻量為0.4%。

圖2 緩凝劑對3 d、28 d水泥膠砂強度的影響

2.3 泵送劑對混凝土坍落度經(jīng)時損失的影響

一般說來，混凝土泵送劑由減水劑、緩凝劑和引氣劑復(fù)配而成。當(dāng)混凝土的坍落度小于140 mm的時候，混凝土就基本沒有泵送性。由表4、圖3可以看出，空白組坍落度為185 mm，該混凝土在1 h內(nèi)坍落度損失較慢，到2 h時仍具有可泵性，3 h不具有泵送性。

表4 泵送劑對新拌混凝土坍落度的影響

圖3 泵送劑對新拌混凝土坍落度的影響

由a、b、c、d可看出，三萜皂苷摻量為0 ～0.15%時，隨著引氣劑摻量的增加混凝土坍落度將增加；三萜皂苷摻量為0.20%時，混凝土坍落度損失較快?？梢姄饺脒^多的引氣劑，將使混凝土坍落度損失增加。當(dāng)聚羧酸減水劑摻量為1.3%、氧化鋅摻量為0.4%、三萜皂苷引氣劑摻量為0.15%時,混凝土保坍性能最好，其9 h混凝土坍落度為140 mm，仍具有可泵性。在此配比下，1 h混凝凝土坍落度損失為 0%；2 h損失 5%，4 h損失 10%；8 h損失27.5%，9 h損失30%。

由a、e、f、g可看出，隨著松香熱聚物摻量的增加混凝土坍落度增加。當(dāng)聚羧酸減水劑摻量為1.3%、氧化鋅摻量為0.4%、松香熱聚物摻量為0.20%時，混凝土的保坍性能最好，9 h坍落度為140 mm，還具有泵送性。在此配比下，1 h混凝土坍落度損失為5%，2 h損失7.5%，4 h候損失15%，8 h損失35%，9 h損失35%。

由b和e可看出，引氣劑摻量為0.1%時，摻松香熱聚物混凝土初始坍落度比摻三萜皂苷的坍落度高5 mm,兩種混凝土坍落度都隨著時間變化而減小。相比之下，摻松香熱聚物混凝土坍落度損失更快，6 h摻三萜皂苷混凝土還具有泵送性，5 h摻松香熱聚物混凝土具有泵送性。可見，此引氣劑摻量下，摻三萜皂苷混凝土泵送性能優(yōu)于摻松香熱聚物的。

由c和f可看出，引氣劑摻量為0.15%時，摻松香熱聚物混凝土初始坍落度比摻三萜皂苷的坍落度高10 mm，兩種混凝土坍落度都隨著時間變化而減小。相比之下，摻松香熱聚物混凝土坍落度損失更快，9 h摻三萜皂苷混凝土還具有泵送性，6 h摻松香熱聚物混凝土也具有泵送性?？梢?，此引氣劑摻量下，摻三萜皂苷混凝土泵送性能也優(yōu)于摻松香熱聚物的。

由d和g可看出，引氣劑摻量為0.2%時，摻松香熱聚物混凝土初始坍落度和摻三萜皂苷的坍落度相同，兩種混凝土坍落度都隨著時間變化而減小。相比之下，摻三萜皂苷混凝土坍落度損失更快，9 h摻松香熱聚物混凝土還具有泵送性，3 h摻三萜皂苷混凝土就失去泵送性。可見，此引氣劑摻量下，摻松香熱聚物混凝土泵送性能優(yōu)于摻三萜皂苷的。

2.4 泵送劑對混凝土力學(xué)性能的影響

由表5可看出，Ref組混凝土7 d、28 d強度分別為52.1 MPa、59.7 MPa；摻聚羧酸減水劑、氧化鋅緩凝劑混凝土 7 d、28 d強度分別為 52.7 MPa、60.27 MPa；摻聚羧酸減水劑、氧化鋅緩凝劑和0.15%三萜皂苷混凝土7 d、28 d強度分別為54.7 MPa、64.2 MPa；摻聚羧酸減水劑、氧化鋅緩凝劑和0.20%松香熱聚物混凝土7 d、28 d強度分別為54.6 MPa、62.5 MPa。即當(dāng)三萜皂苷摻量為0、15%和松香熱聚物0.20%時,摻兩種引氣劑的混凝土7 d、28 d抗壓強度相差無幾；與Ref組混凝土相比，摻引氣劑混凝土7 d強度提高2.5 ～2.6 MPa，28 d強度提高2.8 ～4.5 MPa。

表5 泵送劑對硬化混凝土抗壓強度的影響（MPa）

3 結(jié)論

1）摻0.4%氧化鋅，水泥初凝時間51 h17 min，終凝時間57 h 30 min，隨著氧化鋅摻量增加初凝、終凝時間間隔明顯增大。氧化鋅在摻量低于0.4%時,幾乎不降低水泥膠砂的早期強度，其28 d抗壓強度還有所提高。

2）當(dāng)摻1.3%聚羧酸減水劑、0.4%氧化鋅和0.15%三萜皂苷引氣劑時，9 h坍落度還有140 mm，具有可泵送性，28 d混凝土抗壓強度滿足設(shè)計要求；當(dāng)摻1.3%聚羧酸減水劑量、0.4%氧化鋅和0.20%松香熱聚物引氣劑時，9 h坍落度還有140 mm，具有泵送性，28 d混凝土抗壓強度也滿足設(shè)計需求。

[1]Carrion Perez.Pumping selection and regulation for waterdistribution networks Planells Alandi,Journal of Irrigation and Drainage Engineering[J],2005,3:273-281.

[2]姚燕,王玲,等.高性能混凝土[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:1-5.

[3]何廷樹,申富強,王福川,等.復(fù)合使用高效減水劑與緩凝劑對水泥水化歷程的影響[J].硅酸鹽學(xué)報,2007,35(6):796-800.

[4]韓越,何廷樹.混凝土緩凝劑的輔助塑化效應(yīng)初探[J].化學(xué)建材,2006,22(3):44-46.

[5]宋伏春,陳冠凱,陳巧珍.大體積早強高強超緩凝泵送混凝土的試驗與施工控制[J].混凝土,1997(4):27-36.

[6]王善拔,季尚行,史紹忠.水泥緩凝機理新假說[J].上海建材學(xué)院學(xué)報,1993,6(2):105-111.

[7]李家輝,胡延燕,范海宏.葡萄糖酸鈉對混凝土強度的影響[J].混凝土,2009,6.

[8]楊惠先,金樹新,金德銀,等.高摻量緩凝劑對水泥凝結(jié)硬化性能的影響[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報,1997,3(1).

[9]鄧君.聚羧酸系高效泵送劑與萘系泵送劑性能對比試驗[B].建筑設(shè)備與建筑材料,2009.