預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響因素分析

程路軍，袁天雄，王艷，黃燦，劉離

（中建商品混凝土有限公司，湖北　武漢　430000）

預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響因素分析

程路軍，袁天雄，王艷，黃燦，劉離

（中建商品混凝土有限公司，湖北武漢430000）

本文主要研究了水灰比、溫度及外加劑摻量對(duì)預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響。研究發(fā)現(xiàn)：隨著水灰比或外加劑摻量的增加，預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間明顯增長(zhǎng)，w/c=0.31時(shí)相對(duì) w/c=0.27時(shí)終凝時(shí)間延長(zhǎng)44%，外加劑摻量為1.5% 時(shí)，相對(duì)延長(zhǎng)45.5%；隨著養(yǎng)護(hù)溫度的提高，預(yù)制梁混凝土終凝時(shí)間明顯縮短，30℃ 較10℃ 縮短約59.8%。

預(yù)制梁混凝土；凝結(jié)時(shí)間；水灰比；外加劑摻量；養(yǎng)護(hù)溫度

0　引言

武漢市四環(huán)線高速公路系列工程某工段有4000 余榀預(yù)制梁制備與鋪設(shè)任務(wù)，高峰期每天有14榀預(yù)制梁施工計(jì)劃，需要在8h 內(nèi)拆模。在整個(gè)預(yù)制梁的施工過(guò)程中，混凝土的凝結(jié)時(shí)間對(duì)模板周轉(zhuǎn)率及臺(tái)座占用時(shí)間起著決定性的作用。無(wú)論是從施工工藝的科學(xué)性角度出發(fā)，還是從工程的經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，研究影響預(yù)制梁凝結(jié)時(shí)間的因素，掌握簡(jiǎn)單有效地控制混凝土凝結(jié)時(shí)間的方法，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

1　試驗(yàn)材料與方案

1.1原材料

水泥 (C)：亞?wèn)| P·O42.5水泥，3d 抗折強(qiáng)度為5.8MPa，抗壓強(qiáng)度為28.1MPa；28d 抗折強(qiáng)度為8.3MPa，抗壓強(qiáng)度為50.1MPa。

粉煤灰 (FA)：麻城Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度（45μm 篩余）為9.0%，燒失量為3.3%，需水量比為94%。

細(xì)集料 (S)：岳陽(yáng)河砂，細(xì)度模數(shù)為2.5，Ⅱ 區(qū)中砂，含泥量1.3%。

粗集料 (G)：5～20mm 連續(xù)級(jí)配的碎石，含泥量0.2%。

外加劑 (PC)：武漢四環(huán)線項(xiàng)目預(yù)制梁專用早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑，含固量為20.1%，減水率為23.8%。

水 (W)：普通自來(lái)水。

1.2試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比

試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比如表1所示。

表1　C50 預(yù)制梁混凝土基準(zhǔn)配合比　kg/m3

1.3試驗(yàn)方案

根據(jù) GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間。試驗(yàn)分三個(gè)部分：

（1）水灰比對(duì)預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響試驗(yàn)，水灰比分別為 0.27、0.28、0.29、0.30 和 0.31，僅根據(jù)水灰比大小調(diào)整用水量，其它材料用量與基準(zhǔn)配合比保持一致進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）外加劑摻量對(duì)預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響試驗(yàn)，將外加劑摻量按 0%、0.5%、1.0%、1.5% 在其它材料用量與理論配合比保持一致時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。

（3）養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響試驗(yàn)，試驗(yàn)條件及材料用量保持一致，僅將試樣分別在10℃、15℃、20℃、25℃、30℃ 溫度下養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1水灰比對(duì)預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響

水灰比變化時(shí)凝結(jié)時(shí)間如圖1所示變化。

圖1　凝結(jié)時(shí)間隨水灰比變化曲線

由圖1可知，隨著水灰比的增加，預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間明顯增長(zhǎng)，w/c=0.31時(shí)相對(duì) w/c=0.27時(shí)終凝時(shí)間延長(zhǎng)44%。

大量研究表明[2]，混凝土的凝結(jié)時(shí)間受水泥水化速率影響，而水化速率受多因素影響，如水泥材料自身組成、細(xì)度等以及水化所處環(huán)境如溫度、濕度等。眾所周知，同等水泥用量時(shí)，水灰比的變化主要改變膠凝材料與水的相對(duì)接觸幾率，較高水灰比其膠凝材料濃度相對(duì)較低，水化產(chǎn)物累計(jì)到達(dá)一定密實(shí)程度的時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，表現(xiàn)為凝結(jié)變緩。

就預(yù)制梁混凝土而言，存在相同問(wèn)題。預(yù)制梁混凝土的脫模時(shí)間對(duì)于整體施工進(jìn)度影響頗深，因此在預(yù)制梁混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)源頭把關(guān)——嚴(yán)格控制站內(nèi)混凝土各種組分精確計(jì)量，現(xiàn)場(chǎng)控制——嚴(yán)格禁止為了增加混凝土的坍落度加水，兩手把控才能有效避免脫模時(shí)間延長(zhǎng)及強(qiáng)度不足等問(wèn)題。

2.2外加劑摻量對(duì)預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響

不同外加劑摻量條件下預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間如圖2。

圖2　凝結(jié)時(shí)間隨外加劑摻量變化曲線

由圖2可知，隨著外加劑摻量的增加，預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間明顯增長(zhǎng)，外加劑摻量為1.5% 時(shí)，相對(duì)延長(zhǎng)45.5%。

外加劑作為高性能混凝土組成中必不可少的組成，其作用相當(dāng)重要。與水灰比對(duì)預(yù)制梁混凝土的凝結(jié)時(shí)間影響相類似，外加劑的摻入使膠凝材料顆粒分散性增強(qiáng)，使膠凝材料與水分子充分接觸，但是外加劑類似于薄膜包裹住膠凝材料顆粒在一定程度上延緩了水泥水化產(chǎn)物的凝結(jié)，從而導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時(shí)間相對(duì)延遲[3]。

因此，外加劑的摻入延長(zhǎng)了預(yù)制梁混凝土的凝結(jié)時(shí)間，且隨著外加劑摻量的增加，其凝結(jié)時(shí)間呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)也表明了外加劑對(duì)于預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間有較大影響。在預(yù)制梁混凝土的生產(chǎn)途中須嚴(yán)格控制外加劑摻量，以免摻量的過(guò)大導(dǎo)致預(yù)制梁混凝土的拆模時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

2.3養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響

溫度變化時(shí)混凝土凝結(jié)時(shí)間如圖3所示。

圖3　凝結(jié)時(shí)間隨養(yǎng)護(hù)溫度變化曲線

由圖3可知，隨著養(yǎng)護(hù)溫度的提高，預(yù)制梁混凝土終凝時(shí)間明顯縮短，30℃ 較10℃ 縮短59.8%。

混凝土加水后迅速發(fā)生物化反應(yīng)而凝結(jié)硬化進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)度，水泥初期水化后產(chǎn)生許多膠體大小的纖維狀晶體包裹在水泥顆粒表面，并形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度很低而有明顯的可塑性[4]；隨著水化的繼續(xù)進(jìn)行，水泥顆粒表面不太穩(wěn)定的包裹層開(kāi)始破壞而水化反應(yīng)加速，從飽和的溶液中就析出更穩(wěn)定的晶體，這些晶體不斷長(zhǎng)大，依靠多種引力使彼此粘結(jié)在一起形成緊密的結(jié)構(gòu)[5]。隨后水化繼續(xù)進(jìn)行，從溶液中析出新的晶體和水化硅酸鈣凝膠不斷充滿在結(jié)構(gòu)的空間中，進(jìn)而將骨料也緊密地粘結(jié)包裹在一起，形成完整的結(jié)構(gòu)。而分子運(yùn)動(dòng)隨著溫度的增加而變得更加劇烈，從而使整個(gè)體系形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)時(shí)間變短。

3　結(jié)論

（1）隨著水灰比增加，預(yù)制梁混凝土凝結(jié)時(shí)間明顯增長(zhǎng)，w/c=0.31時(shí)相對(duì) w/c=0.27時(shí)終凝時(shí)間延長(zhǎng)44%。

（2）隨著外加劑產(chǎn)量的增加，預(yù)制梁混凝土的凝結(jié)時(shí)間顯著增加，外加劑摻量為1.5% 時(shí)相對(duì)于 0% 摻量時(shí)凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)45.5%。

（3）隨著養(yǎng)護(hù)溫度的提高，預(yù)制梁混凝土終凝時(shí)間明顯縮短，30℃ 較10℃ 縮短約59.8%。

[1] 賈增厚，孟小明，靖奪盛．混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響因素分析[J]．建材技術(shù)與應(yīng)用，2011.6:22-23．

[2] 姜曉妮，孫長(zhǎng)永，高桂波．配合比參數(shù)對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響[J]．低溫建筑技術(shù)，2009.7:16-17．

[3] 姜曉妮，劉征涯，高桂波．混凝土外加劑組分對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響[J]．21世紀(jì)建筑材料，2009.4:38-40．

[4] 匡成鋼．鋼纖維粉煤灰再生混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[D]．湘潭大學(xué)[A]，2013．

[5] 員文．振動(dòng)環(huán)境下混凝土建筑物損毀都位的修復(fù)研究[J]．建筑，2010.13:65-67．

［通訊地址］武漢市東湖高新區(qū)華光大道18號(hào)高科大廈16樓（430000）

程路軍（1990—），男，助理工程師，在中建商品混凝土有限公司從事混凝土技術(shù)研發(fā)及質(zhì)量管理工作。