水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿早期性能的影響

吳翠娥，劉虎，李磊，辜振睿

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿早期性能的影響

吳翠娥，劉虎，李磊，辜振睿

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

本文將一種自制水化熱抑制劑與膨脹劑復(fù)合使用于砂漿體系，研究了該水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿早期強(qiáng)度發(fā)展、膨脹速率和 3d 水化放熱曲線的影響，同時(shí)選取五種市售樣進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，這六種水化熱抑制劑均能有效延緩膨脹砂漿早期水化進(jìn)程，膠凝材料水化放熱峰出現(xiàn)時(shí)間延遲，3d 總放熱量降低 13.7%；但大部分市售水化熱抑制劑降低了膨脹砂漿3d 抗壓強(qiáng)度和限制膨脹率，自制水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿 3d 抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯影響，7d 限制膨脹率提高了 16.3%，這說(shuō)明自制的水化熱抑制劑產(chǎn)品能有效調(diào)控膨脹砂漿強(qiáng)度和限制膨脹率的協(xié)調(diào)發(fā)展。

聚羧酸減水劑；水化熱抑制劑；膨脹砂漿；抗壓強(qiáng)度；限制膨脹率

0　前言

隨著建筑工程設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)升高（混凝土中水泥用量提高）以及水泥性能變化（水泥顆粒變細(xì)和 C3S 含量增高），混凝土結(jié)構(gòu)因溫度應(yīng)力引起的裂縫日漸增多。研究和工程實(shí)踐表明，補(bǔ)償收縮混凝土不僅能夠補(bǔ)償干燥收縮，對(duì)溫降收縮也有補(bǔ)償作用；但是由于溫降收縮是因混凝土溫升所致，如果能夠?qū)⒅鲃?dòng)控溫與被動(dòng)補(bǔ)償兩者相結(jié)合，效果會(huì)更好[1]。

水化熱抑制劑在實(shí)際膨脹混凝土工程中的應(yīng)用研究已有報(bào)道[2-5]：日本在上世紀(jì)九十年代末研制成功抑制水化熱的“電化CSA100R”[2]、中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院研制的抑制水化熱型混凝土膨脹劑 HCSA-R[3]、江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司研制的復(fù)合 CaO 膨脹劑和水化熱調(diào)控材料的HME-V 混凝土高效抗裂劑[4]。其中水化熱抑制劑與傳統(tǒng)緩凝劑相比最顯著的區(qū)別在于：緩凝劑對(duì)削弱放熱速率和溫度峰值并無(wú)明顯作用；水化熱抑制劑能大幅緩解了水泥水化集中放熱程度，削弱了溫峰和溫降過(guò)程，顯著降低混凝土結(jié)構(gòu)的溫度開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)[6]。

但對(duì)水化熱抑制劑與膨脹劑復(fù)合使用后的早期性能研究少有報(bào)道。因此，本文選用市售及自配共六種水化熱抑制劑與膨脹劑復(fù)合進(jìn)行砂漿試驗(yàn)，研究水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿早期強(qiáng)度發(fā)展、脫模時(shí)間、限制膨脹發(fā)展速率及水化放熱曲線的影響。

1　試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

水泥：基準(zhǔn)水泥 P·O42.5，中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院生產(chǎn)。

膨脹劑：FQY 膨脹劑，武漢三源特種建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

砂：標(biāo)準(zhǔn)砂。

水化熱抑制劑：對(duì)比樣品 1#～6#，市售及自配，具體見(jiàn)表 1。

表1　6種水化熱抑制劑來(lái)源

1.2試驗(yàn)方法

膨脹砂漿的脫模強(qiáng)度、限制膨脹率的檢測(cè)按照 GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》中方法進(jìn)行，膨脹劑內(nèi)摻10%；試驗(yàn)中制定兩種不同脫模制度，一是脫模強(qiáng)度達(dá)到 GB23439—2009《混凝土膨脹劑》中規(guī)定的 (10±2)MPa 時(shí)脫模，二是自膨脹砂漿加水?dāng)嚢杵鹩?jì)時(shí) 12h 脫模；膨脹砂漿膨脹速率用各時(shí)間段內(nèi)膨脹微應(yīng)變總值及單位小時(shí)微應(yīng)變值進(jìn)行對(duì)比；膨脹砂漿試體脫模前均在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，脫模后入水養(yǎng)護(hù)。

10% 膨脹劑 + 90% 水泥復(fù)合膠凝材料的水化熱測(cè)定：采用法國(guó) SETARAM 公司 C80 微量熱儀測(cè)定空白（不摻抑制劑）、摻 0.07% 2#、3#、6# 水化熱抑制劑的復(fù)合膠凝材料的3d 水化熱放熱曲線。

2　試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿早期強(qiáng)度發(fā)展、脫模時(shí)間的影響

摻有不同水化熱抑制劑的膨脹砂漿脫模時(shí)間見(jiàn)表 2，膨脹砂漿早期強(qiáng)度發(fā)展見(jiàn)圖 1。從加入水化熱抑制劑后，膨脹砂漿早期強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)出共性（除 1# 樣），即水化熱抑制劑均不同程度地降低了膨脹砂漿早期強(qiáng)度，這證明水化熱抑制劑能有效地延緩膨脹砂漿中膠凝材料的早期水化進(jìn)程，削減內(nèi)部集中放熱。但摻入市售的 5 種水化熱抑制劑，膨脹砂漿 3d 抗壓強(qiáng)度均有不同程度地降低，5# 樣由 39.5MPa 降低至 34.3MPa，降低了 12.9%，而自制水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿3d 抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯影響。這可能與不同水化熱抑制劑自身參與膠凝材料水化進(jìn)程的官能基團(tuán)有關(guān)。

表2　摻有水化熱抑制劑的膨脹砂漿脫模時(shí)間

圖1　摻有水化熱抑制劑的膨脹砂漿強(qiáng)度發(fā)展

自攪拌加水起計(jì)時(shí) 12h，加入水化熱抑制劑后的膨脹砂漿強(qiáng)度為 1.5～2.5MPa；按照 GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》中規(guī)定，膨脹砂漿強(qiáng)度達(dá)到 (10±2)MPa 時(shí)脫模，與空白樣對(duì)比，脫模時(shí)間受水化熱抑制劑影響而延遲 1～6h。

2.2不同脫模時(shí)間對(duì)膨脹砂漿限制膨脹率的影響

不同脫模時(shí)間下水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿限制膨脹率的影響見(jiàn)圖 2。從圖 2 可以看出，摻入水化熱抑制劑后，12h 脫模與脫模強(qiáng)度達(dá)到 (10±2)MPa 后脫模這兩種不同脫模制度下，膨脹砂漿的 1d 限制膨脹率相差不大，12h 脫模砂漿的3d、7d 限制膨脹率較相差 1.5～2/萬(wàn)。兩種脫模制度下，摻入市售水化熱抑制劑，膨脹砂漿 1d、3d 和 7d 限制膨脹率均有不同程度降低，3# 樣 7d 限制膨脹率由 10.4/萬(wàn)降到 8.0/萬(wàn)，降低了 23.1%；摻入自制的水化熱抑制劑，膨脹砂漿早期限制膨脹率與空白樣相比，3d 和 7d 限制膨脹率較空白均有增長(zhǎng)，7d 限制膨脹率提高到 12.1/萬(wàn)，提高了 16.3%，這說(shuō)明自制的水化熱抑制劑產(chǎn)品能有效調(diào)控膨脹砂漿強(qiáng)度和限制膨脹率的協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖2　不同脫模時(shí)間下?lián)接兴療嵋种苿┑呐蛎浬皾{限制膨脹率

2.3水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿膨脹速率的影響

水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿各時(shí)間段膨脹微應(yīng)變的影響見(jiàn)表 3。可以得出，無(wú)論是否摻入水化熱抑制劑，12～48h 是膨脹砂漿膨脹速率最快的階段，且膨脹速率隨時(shí)間推移而降低。因此在實(shí)際工程中，應(yīng)注意早期模板拆除后及時(shí)養(yǎng)護(hù)；摻入水化熱抑制劑后，由于不同官能基團(tuán)的作用，膨脹速率下降趨勢(shì)不同，部分市售樣（如 1# 樣、2# 樣和 3# 樣）膨脹砂漿試體 24h 后的膨脹速率下降幅度大于空白樣，最終膨脹砂漿 3d、7d 限制膨脹率低于空白樣；自制的 6# 樣膨脹砂漿試體 24h 后的膨脹速率與空白樣基本相當(dāng)，在調(diào)控早期水化歷程的同時(shí)，不影響后期性能。

表3　摻有水化熱抑制劑的膨脹砂漿各時(shí)段膨脹微應(yīng)變

2.4水化熱抑制劑對(duì)砂漿膠凝材料早期水化進(jìn)程的影響

圖 3 為摻水化熱抑制劑的砂漿膠凝材料 3d 水化放熱曲線，3d 水化總放熱量見(jiàn)表 4。從圖中可以看出，加入水化熱抑制劑后，水泥水化第二個(gè)放熱峰峰值均有降低，自制的 6#樣降低最明顯；市售的 2#、3# 樣峰值出現(xiàn)時(shí)間比空白明顯延遲，這與砂漿脫模時(shí)間延遲規(guī)律相一致。在水膠比相同情況下，3d 總放熱量較空白降低，摻入市售的 2#、3# 樣，3d 總放熱量分別降低 9.0% 和 5.1%，自制水化熱抑制劑降低13.7%。這說(shuō)明水化熱抑制劑能有效地延緩膠凝材料的早期水化進(jìn)程，削減內(nèi)部集中放熱，有利于緩解混凝土溫度開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3　水化熱抑制劑對(duì)砂漿膠凝材料放熱曲線的影響

表4　摻水化熱抑制劑膠凝材料 3d 水化熱

3　結(jié)論

（1）摻入水化熱抑制劑后，按照 GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》中規(guī)定的 (10±2)MPa 脫模，時(shí)間較空白樣延遲 1～6h；水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿抗壓強(qiáng)度和限制膨脹率的影響因抑制劑不同而結(jié)果不一，大部分市售水化熱抑制劑降低了膨脹砂漿 3d 抗壓強(qiáng)度和限制膨脹率，自制水化熱抑制劑對(duì)膨脹砂漿 3d 抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯影響，7d 限制膨脹率提高了16.3%。

（2）膨脹砂漿膨脹速率最快的時(shí)間段集中在 12～48h，超過(guò) 48h 后膨脹速率開(kāi)始下降；與空白樣對(duì)比，市售 1#、2#和 3# 樣品的膨脹砂漿，膨脹速率最快階段時(shí)間范圍縮短，下降快，導(dǎo)致膨脹砂漿 7d 限制膨脹率降低；自制的 6# 樣品的膨脹砂漿膨脹速率與空白樣基本一致。

（3）水化熱抑制劑能有效地延緩膠凝材料的早期水化進(jìn)程，3d 水化熱降低 13.7%。

[[1] 趙順增，劉立．抑制水化熱型混凝土膨脹劑HCSA-R的性能[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2010,(2): 7-9．

[2]日本電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社，游寶坤譯．“電氣”CSA100R [J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2008,(4): 16-24．

[3] 賈福杰，張加奇，聶風(fēng)義，等．水化熱抑制型膨脹劑 HCSA-R 在工程中的應(yīng)用[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2013,(1): 5-8．

[4] 田倩，王育江，張守治，等．基于溫度場(chǎng)和膨脹歷程雙重調(diào)控的側(cè)墻結(jié)構(gòu)防裂技術(shù)[J]．混凝土與水泥制品，2014,(5): 20-24．

[5] 陳大年．使用糊精作水化熱抑制劑的水工混凝土[J]．建材工業(yè)信息，1989,(1): 4．

[6] 徐文，王育江，姚婷，等．溫度場(chǎng)與膨脹歷程雙重調(diào)控抑制混凝土開(kāi)裂技術(shù)[J]．新型建筑材料，2014,(1): 39-41, 45．

［通訊地址］武漢市青山區(qū)工人村都市工業(yè)園（南）E 區(qū) 12號(hào)（430083）

Effect of hydration heat inhibitors on the early performance of expansive mortar

Wu Cuie, Liu Hu, Li Lei, Gu Zhenrui
(Wuhan Sanyuan Special Building Materials Co., Ltd., Wuhan 430083)

In this paper, the influences of a self-madehydration heat inhibitor compounding with expansive agent on the early strength development, expansion rate and the 3-day hydration curves of the mortar were investigated, and five saled samples were selected for the contrast tests. Results show that, the hydration heat inhibitors retardthe early hydration process of expansive mortar, the hydrated exothermic peak of cementitious materials moves, 3-day total heat release reduces 13.7% than the blank sample; most saled hydration heat inhibitors reduce 3-day compressive strength and limit expansion ratio of the expansion mortar, self-made hydration heat inhibitorhas no obvious effect on 3-daycompressive strength, 7-day limit expansion ratio improves 16.3% than the blank. Self-made hydration heat inhibitor can effectively control the harmonious development of strength and limit expansion ratioin expansion mortar.

hydration heat inhibitor; expansive mortar; compressive strength; limit expansion ratio

吳翠娥（1966—），女，高級(jí)工程師。