不同外加劑對(duì)SAC膠凝材料性能的影響研究

仲麗兵

【摘 要】為了掌握不同外加劑與SAC膠凝材料適應(yīng)性，通過(guò)對(duì)聚羧酸減水劑、硼砂、檸檬酸、碳酸鋰、亞硝酸鈣對(duì)SAC膠凝材料，結(jié)果表明：聚羧酸減水劑、硼砂、檸檬酸、碳酸鋰、亞硝酸鈣與SAC膠凝材料有良好的適配性，可用作為SAC膠凝材料的減水劑和調(diào)凝劑，但單一外加劑無(wú)法滿足一般工程對(duì)凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等的要求，需要多種外加復(fù)配方可達(dá)到設(shè)計(jì)要求；自主合成一種復(fù)合型外加劑FH-1，以0.6%（質(zhì)量比）摻入SAC膠凝材料可使其初、終凝時(shí)間分別達(dá)到36min和44min，可使膠砂3h、1d、3d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到33.1MPa、50.2MPa、61.8M。

【關(guān)鍵詞】SAC水泥；外加劑；外加劑適應(yīng)性；抗壓強(qiáng)度

0 前言

外加劑是現(xiàn)代混凝土不可缺少的組分之一，是改善混凝土使用性能的一種重要方法和技術(shù)。摻少量外加劑可以改善新拌混凝土的工作性能，提高硬化混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性。同時(shí)，外加劑的研究和應(yīng)用促進(jìn)了混凝土生產(chǎn)和施工工藝，以及新型混凝土業(yè)的發(fā)展。水泥混凝土外加劑使用的歷史很長(zhǎng)，己成為混凝土的必要組分，被認(rèn)為是繼鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)以后的第三次技術(shù)大突破。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1）SAC膠凝材料

2）其它外加劑

1.2 試驗(yàn)方法

1）膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)

膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程規(guī)程》（JTG E30-2005）中的相關(guān)方法進(jìn)行，但6養(yǎng)護(hù)中，養(yǎng)生條件為20℃、90%相對(duì)濕度養(yǎng)生箱養(yǎng)生，脫模時(shí)間為入模后2.5小時(shí)即可。試件尺寸為：40mm×40mm×160mm，分別測(cè)定其3h、1d、3d、7d抗壓、抗折強(qiáng)度。

2）減水劑與水泥適應(yīng)性試驗(yàn)

減水劑與水泥適應(yīng)性試驗(yàn)參照《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》（JCT 1083-2008）中的試驗(yàn)方法進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

萘系減水劑對(duì)SAC水泥相容性較差、減水效果較差，聚羧酸減水劑與SAC水泥相容性好，減水效果理想，本文將對(duì)聚羧酸減水劑與SAC水泥的相容性及對(duì)SAC性能的影響進(jìn)行研究。進(jìn)行了不同水灰比時(shí)聚羧酸減水劑和SAC的適應(yīng)性試驗(yàn)，測(cè)試時(shí)間為加水后5min。

當(dāng)水灰比分別為0.2、0.3、0.4時(shí)聚羧酸減水劑的飽和摻量為0.5%、0.3%、0.15%。水灰比在0.2時(shí)，聚羧酸減水劑摻量大于0.5%時(shí)，凈漿流動(dòng)度達(dá)到并保持在230mm左右，而水灰比在0.3時(shí)，減水劑摻量在0.25%時(shí)就可使流動(dòng)達(dá)310mm，水灰比在0.4時(shí)，減水劑摻量?jī)H需0.15%就可使流動(dòng)度達(dá)到340mm。由此可見(jiàn)隨著水灰比的增大，減水劑的飽和摻量在逐漸降低，且在較低的摻量下就能使凈漿獲得較高的流動(dòng)度，由此可見(jiàn)聚羧酸減水劑和SAC水泥有良好的相容性。

隨聚羧酸減水劑用量的增加，同等流動(dòng)度的膠砂1d、3d抗壓強(qiáng)度都在逐漸增加，當(dāng)減水劑用量達(dá)到0.2%后，膠砂試件的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速度變緩。按照水泥減水劑的強(qiáng)度增強(qiáng)理論分析：在聚羧酸減水劑低摻量時(shí)，隨減水劑摻量增加用水量減少，使膠砂水灰比降低，繼而使膠砂強(qiáng)度增加；但隨著減水劑用量增加達(dá)到0.2%后，減水劑減水效果趨于飽和，增加聚羧酸減水劑會(huì)加劇其引氣效果，使得減水劑對(duì)膠砂強(qiáng)度增強(qiáng)效果減弱，甚至呈負(fù)面影響。

同等流動(dòng)度下減水劑用量不同減水率也不同，其中當(dāng)減水劑用量為0.1%時(shí)水灰比為0.37，減水率約為21.4%；當(dāng)減水劑用量為0.2%時(shí)水灰比為0.3，其減水率為35.7%；當(dāng)減水劑用量為0.3%時(shí)水灰比為0.29，減水率可達(dá)38.6%。

可看出硼砂具有緩凝作用，隨著硼砂摻量的增加SAC水泥的初、終凝時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度則逐漸減??；當(dāng)硼砂摻量為0.1%時(shí)初凝時(shí)間延長(zhǎng)至21min，終凝時(shí)間延長(zhǎng)至53min，其初凝時(shí)間較短，現(xiàn)場(chǎng)施工可工作時(shí)間較短，難以實(shí)現(xiàn)拌合施工任務(wù)；當(dāng)硼砂摻量為0.2%時(shí)初凝時(shí)間基本可以滿足施工要求，但其終凝時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)、小時(shí)強(qiáng)度低，難以實(shí)現(xiàn)3-6小時(shí)開(kāi)放交通的要求；當(dāng)硼砂摻量為0.3%時(shí)，初、終凝時(shí)間大幅延長(zhǎng)，3h時(shí)膠砂無(wú)法脫模測(cè)試強(qiáng)度，3天抗壓強(qiáng)度僅為標(biāo)號(hào)強(qiáng)度的1/2，28天抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)低于未摻硼砂的膠砂；硼砂延長(zhǎng)終凝時(shí)間的效果優(yōu)于初凝時(shí)間，硼砂在較低摻量（0.2%以下）時(shí)，對(duì)膠砂后期強(qiáng)度無(wú)明顯減弱作用，但當(dāng)摻量較高（大于0.3%）時(shí)，對(duì)膠砂后期強(qiáng)度發(fā)展不利。

可看出檸檬酸摻入SAC水泥時(shí)也是一種有效的緩凝劑，檸檬酸作為SAC水泥緩凝劑時(shí)，對(duì)其膠砂小時(shí)強(qiáng)度基本無(wú)影響，但對(duì)后期強(qiáng)度發(fā)展影響較大，用作SAC水泥外加劑時(shí)摻量不宜超過(guò)0.10%；表3、4是氯化鋰和亞硝酸鈉兩種早強(qiáng)劑摻入SAC水泥后凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果：

碳酸鋰對(duì)SAC水泥凝集時(shí)間和抗壓強(qiáng)度的影響結(jié)果可看出，碳酸鋰對(duì)SAC水泥有明顯的早強(qiáng)效果，其原因是碳酸鋰可縮短SAC水泥水化反應(yīng)誘導(dǎo)期并加速SAC水泥水化。當(dāng)在SAC水泥中摻入0.02%碳酸鋰，可使SAC膠砂3h抗壓強(qiáng)度提高10MPa。

亞硝酸鈉對(duì)SAC水泥凝結(jié)時(shí)間也有明顯的影響，同時(shí)縮短SAC水泥的初、終凝時(shí)間，但不及碳酸鋰激烈，其摻量約為碳酸鋰摻量的10倍；亞硝酸鈣摻入SAC水泥能有效提高其小時(shí)強(qiáng)度，且隨摻量的增加而逐漸明顯，當(dāng)摻量為1.5%時(shí)，可使3h、6h強(qiáng)度分別提高7.8、6.2MPa；同時(shí)也能大幅提高SAC水泥的后期強(qiáng)度，當(dāng)摻量為1.5%時(shí)，可使SAC水泥3d強(qiáng)度提高8.2MPa，使28天強(qiáng)度提高12MPa。

復(fù)合型外加劑FH-1對(duì)膠凝材料性能的影響

通過(guò)前面研究可見(jiàn)，SAC水泥用于快速修復(fù)工程時(shí)，僅用單一的緩凝劑或早強(qiáng)劑都無(wú)法使SAC水泥性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中對(duì)凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等多重要求，本文自主研制了一種復(fù)合型外加劑FH-1，F(xiàn)H-1是由硼砂、酒石酸鈉、碳酸鋰、亞硝酸鈣以及聚羧酸減水劑復(fù)合而成的外加劑。

當(dāng)FH-1摻量為0.6%時(shí)，可滿足快速修復(fù)工程對(duì)膠凝材料的基本要求，從而使SAC水泥初凝時(shí)間大于30min、終凝時(shí)間小于60min，3-6h抗壓強(qiáng)度大于32MPa，后期強(qiáng)度大于65MPa。

3 試驗(yàn)結(jié)論

本文研究了聚減水劑、調(diào)凝劑、改性劑等對(duì)膠凝材料的性能影響，主要結(jié)論有：

1）聚羧酸減水劑、硼砂、檸檬酸、碳酸鋰、亞硝酸鈣與SAC膠凝材料有良好的適配性，可用作為SAC膠凝材料的減水劑和調(diào)凝劑，但單一外加劑無(wú)法滿足一般工程對(duì)凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等的要求，需要多種外加復(fù)配方可達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

2）自主合成一種復(fù)合型外加劑FH-1，以0.6%（質(zhì)量比）摻入SAC膠凝材料可使其初、終凝時(shí)間分別達(dá)到36min和44min，可使膠砂3h、1d、3d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到33.1MPa、50.2MPa、61.8M。

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