水泥溫度對外加劑應(yīng)用性能的影響

魏亞輝

（溫州市豐源混凝土有限公司，浙江 溫州 325026）

0 前言

混凝土作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)建筑材料，需求量旺盛，這導(dǎo)致水泥、礦物摻合料、砂石等原材料消耗速度加快，使得混凝土原材料質(zhì)量波動愈加頻繁，應(yīng)用于混凝土中帶來了各種生產(chǎn)問題，給工程安全帶來了潛在隱患[1]。

水泥是混凝土主要的膠凝材料，起到膠結(jié)作用，通過和水反應(yīng)，將混凝土原材料膠結(jié)為完整的復(fù)合結(jié)構(gòu)。剛生產(chǎn)的水泥溫度高，局部溫度達(dá)到 100℃ 以上，高溫水泥水化快[2]、需水量高，應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)后用水量升高，坍損嚴(yán)重，尤其在大體積工程中短時間放出大量水化熱，易造成工程體積穩(wěn)定性不良，因此需要將水泥入庫陳化，提高水泥的穩(wěn)定性。但不少企業(yè)迫于水泥供應(yīng)緊張，運(yùn)來的水泥往往來不及冷卻就直接用于混凝土生產(chǎn)，或者水泥庫外表皮受到高溫炙烤，導(dǎo)致水泥溫度升高，因此在混凝土生產(chǎn)過程中要對熱水泥帶來的各種影響進(jìn)行探究。

當(dāng)前聚羧酸外加劑具有高效、環(huán)保、減水率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代混凝土的第五組分，但由于自身分子特點(diǎn)，易受原材料波動而引起適應(yīng)性不良問題。本文選取不同溫度的水泥，研究熱水泥與聚羧酸外加劑的適應(yīng)性問題，以期為混凝土生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥為紅獅 P·O42.5 水泥，水泥的性能指標(biāo)見表1。粉煤灰為Ⅱ級灰，需水比為 96%。礦粉為S95，含水率 0.5%。

表1 試驗(yàn)水泥性能指標(biāo)結(jié)果

（2）細(xì)集料采用機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為 2.8，MB 值為 2.0，石粉含量為 10%。

（3）石子為碎石，連續(xù)級配，由 5～10mm 小石和 10～25mm 的大石按照 3:7 混合而成，壓碎值為10.0%。

（4）外加劑為緩凝型聚羧酸高性能減水劑，含固為 18%，淺黃色液體。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）不同溫度水泥的制備：將同一批次陳放 7 天自然冷卻降溫的水泥，取若干份進(jìn)行混合，放置烘箱內(nèi)，設(shè)置溫度分別為 20℃、40℃、60℃ 、80℃、100℃，密封備用。

（2）水泥凈漿試驗(yàn)按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

（3）混凝土工作性能試驗(yàn)按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行?；炷量箟簭?qiáng)度參照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

（4）試驗(yàn)混凝土配合比

采用典型的 C30 混凝土，混凝土配比及各原材料用量見表2。

表2 C30 混凝土配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 水泥溫度對外加劑適應(yīng)性的影響

采用水泥用量 300g，水 87g，外加劑摻量為1.5%，測試不同溫度的水泥對水泥凈漿流動度的影響。結(jié)果見表3、圖1。

表3 不同溫度水泥的凈漿流動度

圖1 水泥溫度對水泥凈漿流動度的影響

表3 和圖1 結(jié)果顯示，水泥溫度升高，相同外加劑摻量下水泥凈漿流動度呈下降趨勢，當(dāng)水泥溫度在40℃ 以下時，水泥凈漿流動度降低幅度相對較小，之后水泥溫度升高，水泥凈漿流動度大幅下降。水泥溫度升高，水泥水化速率加快，尤其縮短水泥誘導(dǎo)期時間，水泥短期釋放大量水化熱，使得水泥硬化速度加快，水泥凈漿流動性降低，當(dāng)水泥溫度達(dá)到 100℃ 時，水泥凈漿基本無流動性，水化十分迅速。

2.2 水泥溫度對外加劑摻量的影響

采用水泥膠砂流動度試驗(yàn)，水泥用量 450g，水180g，標(biāo)準(zhǔn)砂 1350g，外加劑用量為水泥膠砂擴(kuò)展度為(180±5)mm 時的摻量，研究熱水泥對外加劑摻量的影響，結(jié)果見表4、圖2。

表4 水泥溫度對外加劑摻量的影響

圖2 水泥溫度對外加劑摻量的影響

表4 和圖2 結(jié)果所示，水泥溫度提高，達(dá)到相同砂漿流動度的外加劑摻量隨之增加，60℃ 以下的水泥外加劑摻量增幅相對較小，超過 60℃ 后的熱水泥外加劑摻量急劇上升。水泥在高溫下發(fā)生快速水化反應(yīng)，短期生成大量的水化產(chǎn)物，聚羧酸分子吸附在水泥顆粒的同向電荷數(shù)量降低，從而使得外加劑的摻量增加。

2.3 水泥溫度對混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響

混凝土企業(yè)出于生產(chǎn)效率的考慮，運(yùn)輸?shù)臒崴鄟聿患瓣惙爬鋮s就應(yīng)用于生產(chǎn)，這就引起外加劑適應(yīng)性不良、混凝土工作性能損失較快等問題，熱水泥引起的抗壓強(qiáng)度等問題也隨之產(chǎn)生。為研究不同溫度水泥對混凝土性能的影響，外加劑摻量為初始混凝土擴(kuò)展度在(580±10)mm 時的用量，測試結(jié)果見表5。

水泥溫度主要影響水泥水化放熱速率和放熱量，加速混凝土凝結(jié)。水泥溫度提高，達(dá)到相同混凝土狀態(tài)，外加劑摻量隨之增加，但混凝土經(jīng)時坍落度損失加快，盡管通過大幅提升外加劑摻量，100℃的熱水泥混凝土初始流動性良好，但依然無法阻止混凝土坍落度顯著損失。

當(dāng)水泥溫度在 60℃ 以下時，混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度隨水泥溫度增長而小幅增長，這是因?yàn)榛炷馏w系中水泥水化產(chǎn)物增多，對混凝土早期強(qiáng)度提升起到支撐作用[3]。但由于水泥溫度持續(xù)升高會造成水化產(chǎn)物的無序分布，內(nèi)部缺陷增多[4]，使得混凝土 7d 強(qiáng)度下降。同時，由于熱水泥早期水化較多，混凝土后期增長乏力，對混凝土結(jié)構(gòu)帶來不利影響。

表5 摻入不同溫度水泥的混凝土性能結(jié)果

2.4 水泥溫度對混凝土外加劑緩凝效果的影響

保持適度的凝結(jié)時間對于混凝土高效施工、降低有害裂縫、降低水化熱等十分必要[5]，水泥溫度的改變對水泥水化速率造成影響，采用表2 所示 C30 配比進(jìn)行拌和成型，測試了混凝土初凝和終凝時間，結(jié)果見表6、圖3。

表6 不同水泥溫度對混凝土外加劑緩凝效果的影響

圖3 水泥溫度對混凝土凝結(jié)時間影響

從試驗(yàn)結(jié)果可知，混凝土凝結(jié)時間隨著水泥溫度升高而降低，當(dāng)水泥溫度超過 60℃ 時混凝土快速凝結(jié)，產(chǎn)生硬化。水泥溫度高時水化放熱增加，加速水泥水化進(jìn)程，從而使得混凝土凝結(jié)時間縮短。

3 結(jié)論

（1）水泥溫度上升，水泥與外加劑的適應(yīng)性下降，相同外加劑摻量時的水泥凈漿流動度隨溫度升高而降低。

（2）水泥溫度升高，水化放熱加快，外加劑的調(diào)控作用減弱，且水泥溫度高于 60℃ 時，外加劑摻量增加明顯。

（3）混凝土達(dá)到相同流動性時，熱水泥需要更多的外加劑摻量，高溫水泥經(jīng)時坍損增加。水泥溫度低于60℃時，溫度提高，混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度略有增加，但溫度升高都會使混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度增長乏力。

（4）溫度升高，混凝土凝結(jié)時間縮短，當(dāng)水泥溫度超過 60℃ 時混凝土硬化速度加快，外加劑的緩凝效果減弱。