硫代硫酸鈉和聚羧酸減水劑復(fù)配對混凝土性能的影響研究

1 前 言

近些年來，伴隨著我國社會、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對美好生活的期望越來越高，國家和地方政府均加大了對公路、航空、鐵路、住宅等基礎(chǔ)設(shè)施以及城市地下綜合管廊、海綿城市、美麗鄉(xiāng)村等新興產(chǎn)業(yè)的投入和建設(shè)力度。全國各地如火如荼的工程建設(shè)，極大地帶動了水泥、水泥制品、混凝土以及混凝土外加劑等工程相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。在這些工程相關(guān)的產(chǎn)業(yè)中，發(fā)展最為迅速，科技含量最高的就是混凝土外加劑。在我們的很多工程施工中，為了保證施工安全、質(zhì)量，提高施工效率，縮短工期，就必須采用摻加早強(qiáng)減水劑、早強(qiáng)劑、促凝劑等方式來提高混凝土的早期強(qiáng)度。例如，在低溫條件下進(jìn)行混凝土作業(yè)，生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件、水泥制品以及實(shí)施搶修、應(yīng)急工程，都會大量地使用早強(qiáng)劑以及早強(qiáng)減水劑。我國北方地區(qū)進(jìn)入冬季以后以及南方地區(qū)在冬季氣溫降至-5℃以下的施工中都會經(jīng)常采用摻加早強(qiáng)劑和早強(qiáng)減水劑的技術(shù)措施，以促使混凝土盡快達(dá)到臨界強(qiáng)度，防止混凝土凍壞[1]。在大量的工程實(shí)踐中，廣大工程技術(shù)人員多選用復(fù)合型的早強(qiáng)減水劑。

目前，我國已用于工程實(shí)踐的早強(qiáng)型復(fù)合減水劑產(chǎn)品還不多見。而且，已面世的產(chǎn)品中，其產(chǎn)品開發(fā)思路大多采用復(fù)配方式進(jìn)行，具體是指采用氨基磺酸鹽系、萘系等為代表的第二代減水劑與無機(jī)早強(qiáng)劑進(jìn)行復(fù)合使用。采用這種方法開發(fā)的產(chǎn)品，其對混凝土的促凝、早強(qiáng)效果比較明顯。但是，它也面臨著摻量高，混凝土坍落度經(jīng)時損失快，混凝土成型后表觀質(zhì)量不佳，且對環(huán)境有一定程度的負(fù)面影響等問題，給混凝土施工留下了很多風(fēng)險(xiǎn)。如果將早強(qiáng)劑組分與高效減水劑組分復(fù)合使用，則增塑、減水、早強(qiáng)和后期增強(qiáng)效果都是相當(dāng)大的[2]。在本文的研究中，課題組使用以高性能著稱的第三代混凝土減水劑-聚羧酸系減水劑作為母體，與早強(qiáng)性能優(yōu)異的硫代硫酸鈉進(jìn)行復(fù)合使用。重點(diǎn)考察其復(fù)配后的物理、化學(xué)相容性，并通過單因素參數(shù)試驗(yàn)，系統(tǒng)研究在低溫條件下，硫代硫酸鈉在不同摻量條件時對混凝土各項(xiàng)施工性能指標(biāo)的影響，嘗試了一種開發(fā)早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑的試驗(yàn)方法。

2 試驗(yàn)樣品與試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)采用一種常規(guī)減水型聚羧酸減水劑產(chǎn)品（產(chǎn)品型號CCL-02）作為母體與不同摻量的硫代硫酸鈉早強(qiáng)劑進(jìn)行復(fù)配。聚羧酸減水劑的含固量為11.2%，推薦摻量為1.6%-2.0%，當(dāng)摻量為1.8%時，其減水率為29%；硫代硫酸鈉早強(qiáng)劑采用的是江蘇優(yōu)帝雅化工有限公司生產(chǎn)的工業(yè)級產(chǎn)品，含量98%；水泥采用的是四川某廠家生產(chǎn)的42.5R普硅水泥，其性能指標(biāo)為：細(xì)度0.6%（采用80um篩試驗(yàn)），燒失量2.15%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量26%，初凝時間170min，終凝時間235min，28天抗壓強(qiáng)度51.5 MPa；采用成都本地所產(chǎn)的中砂作為試驗(yàn)用砂，其含泥量為2.6%，細(xì)度模數(shù)2.8；混凝土配比試驗(yàn)所用石子為四川綿竹所產(chǎn)的連續(xù)級配碎石（粒徑5-31.5mm），其表觀密度為2780kg/m3，孔隙率41%，含泥量0.3%；試驗(yàn)所用的粉煤灰為四川某火力發(fā)電廠出產(chǎn)的II級粉煤灰。

2.2 試驗(yàn)方法

為了研究硫代硫酸鈉早強(qiáng)劑、聚羧酸系減水劑復(fù)合使用對混凝土性能的影響，課題組按照設(shè)計(jì)的摻加比例，先將硫代硫酸鈉和聚羧酸減水劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，并混合均勻后，再?zhǔn)確稱量摻加進(jìn)混凝土中。表1給出了硫代硫酸鈉和聚羧酸系減水劑的復(fù)配技術(shù)方案，并給出了在3℃的溫度條件下硫代硫酸鈉在聚羧酸減水劑中的溶解情況。從表1中可以看出，硫代硫酸鈉和聚羧酸減水劑的相容性情況良好?；炷猎囼?yàn)所采用的配合比如表2所示；不同凝期的混凝土試塊均放在同一溫度、濕度環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度設(shè)置為3℃。

表1 硫代硫酸鈉、聚羧酸系減水劑的復(fù)配方案

表2 混凝土試驗(yàn)配合比（kg/m3）

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 硫代硫酸鈉摻量對混凝土坍落度的影響

統(tǒng)一設(shè)定聚羧酸減水劑摻量為1.8%，研究硫代硫酸鈉在不同摻量條件下對混凝土坍落度及擴(kuò)展度的影響。試驗(yàn)結(jié)果如表3、圖1所示。從表3、圖1中的數(shù)據(jù)分析中可以得出，在試驗(yàn)所設(shè)定的摻量區(qū)間內(nèi)：1）硫代硫酸鈉的摻入對混凝土的初始坍落度、擴(kuò)展度有輕微負(fù)面影響；2）硫代硫酸鈉的加入對聚羧酸減水劑的保坍效果基本無負(fù)面影響。故，從有效保障混凝土施工性能的角度考慮，硫代硫酸鈉可以作為一種較為理想的可和聚羧酸減水劑復(fù)合使用的無機(jī)早強(qiáng)劑。

圖1 硫代硫酸鈉摻量對混凝土坍落度的影響

表3 硫代硫酸鈉摻量對混凝土坍落度的影響

3.2 硫代硫酸鈉摻量對混凝土凝結(jié)時間的影響

統(tǒng)一設(shè)定聚羧酸減水劑摻量為1.8%，研究硫代硫酸鈉在不同摻量條件下對混凝土凝結(jié)時間的影響。其試驗(yàn)結(jié)果如表4、圖2所示。對表4、圖2的數(shù)據(jù)分析可以得出，不同摻量的硫代硫酸鈉早強(qiáng)劑的加入對混凝土的凝結(jié)時間產(chǎn)生了不同的影響，且具有一定的規(guī)律性。具體表現(xiàn)為：在試驗(yàn)設(shè)定的摻量范圍內(nèi)，隨著硫代硫酸鈉摻加量的上升，混凝土的凝結(jié)時間逐漸下降，從不摻硫代硫酸鈉時的22h30min下降到摻量1.5%時的14h35min，凝結(jié)時間縮短了7h55min。這充分說明，低溫環(huán)境下，在聚羧酸減水劑的工程應(yīng)用中，可以通過摻加一定量的硫代硫酸鈉早強(qiáng)劑，來促進(jìn)水泥的水化速度，縮短混凝土凝結(jié)時間和拆模時間。最終，實(shí)現(xiàn)提高施工效率，縮短施工工期，降低施工成本的目的。

3.3 硫代硫酸鈉摻量對混凝土強(qiáng)度的影響

統(tǒng)一設(shè)定聚羧酸減水劑摻量為1.8%，研究硫代硫酸鈉在不同摻量條件下對混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的影響。其試驗(yàn)結(jié)果見表5、圖3。從表5、圖3的數(shù)據(jù)分析中，可以得出：1）通過摻加硫代硫酸鈉，可以明顯提高混凝土的1天早期強(qiáng)度，且隨著摻量的提高，混凝土強(qiáng)度的提高幅度越大。當(dāng)摻量為1.5 %時，混凝土1天早期強(qiáng)度提升了3.7MPa，提升幅度高達(dá)58%；2）摻入硫代硫酸鈉早強(qiáng)劑對混凝土的3天強(qiáng)度影響很小；3）硫代硫酸鈉早強(qiáng)劑的加入，對混凝土的28天強(qiáng)度有較大影響。當(dāng)硫代硫酸鈉摻入量≤0.6%時對低溫環(huán)境下混凝土的28天強(qiáng)度有一定提升，當(dāng)摻量超過0.9%后對混凝土的28強(qiáng)度有較大的負(fù)面影響。故，從不影響混凝土的28天最終評價(jià)強(qiáng)度考慮，當(dāng)和聚羧酸減水劑復(fù)配使用時，硫代硫酸鈉早強(qiáng)劑的摻量不宜超過0.6%。

表4 硫代硫酸鈉摻量對混凝土凝結(jié)時間的影響

表5 硫代硫酸鈉摻量對混凝土強(qiáng)度的影響

圖3 硫代硫酸鈉摻量對混凝土強(qiáng)度的影響

4 結(jié) 語

1）硫代硫酸鈉和聚羧酸減水劑的物理、化學(xué)相容性良好。

2）將硫代硫酸鈉摻入混凝土后，基本不影響聚羧酸減水劑的減水、保塑性能。硫代硫酸鈉可以和聚羧酸減水劑復(fù)合使用，并作為一種理想的早強(qiáng)減水劑。

3）硫代硫酸鈉和聚羧酸減水劑復(fù)合使用時，硫代硫酸鈉早強(qiáng)劑的摻入可以有效提高混凝土的1天強(qiáng)度，對混凝土的3天強(qiáng)度影響很小，并且，當(dāng)硫代硫酸鈉早強(qiáng)劑摻量≤0.6%時，還可以有效提高混凝土的28天評定強(qiáng)度。

4）聚羧酸減水劑和硫代硫酸鈉復(fù)合配制早強(qiáng)型減水劑時的推薦摻量分別為：聚羧酸減水劑1.8%，硫代硫酸鈉0.6%。

[1]田培,劉加平,王玲,冉千平.混凝土外加劑手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[2]施惠生,孫振平,鄧愷.混凝土外加劑實(shí)用技術(shù)大全M].北京：中國建材工業(yè)出版社,2008.