緩凝劑對(duì)混凝土性能的影響研究

（溫州市涂吉建筑材料有限公司，浙江 溫州 325024）

0 前言

混凝土應(yīng)用范圍廣、使用量大，是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵建筑材料，在鐵路工程、水電工程、工民建以及海防工程等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用?，F(xiàn)代混凝土的發(fā)展以高性能減水劑為依托，通過調(diào)節(jié)外加劑的組分獲得不同狀態(tài)和應(yīng)用性能的混凝土，緩凝組分的加入不僅增加了混凝土凝結(jié)時(shí)間，也為工地高效施工提供了可能。另有研究發(fā)現(xiàn)，緩凝劑的加入可以降低大體積混凝土水化熱，削減溫升值，有利于大體積混凝土裂縫控制[1-3]。目前常用的緩凝劑分為有機(jī)緩凝劑和無機(jī)緩凝劑，無機(jī)緩凝劑以磷酸鹽、偏磷酸鹽等為主，有機(jī)緩凝劑以糖類、糖蜜以及檸檬酸等為主[4]。不同的緩凝劑具有不同的應(yīng)用特性和對(duì)混凝土的性能的影響也會(huì)有差異，需要更多試驗(yàn)資料和應(yīng)用數(shù)據(jù)支撐，以便更恰當(dāng)?shù)厥褂镁從齽?，為調(diào)節(jié)混凝土的各項(xiàng)性能服務(wù)。

本文研究了白糖、葡萄糖酸鈉（簡稱葡鈉）及檸檬酸三種典型的緩凝劑，通過調(diào)節(jié)摻量，研究緩凝劑對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間、保坍性能的影響，關(guān)注緩凝劑用量對(duì)混凝土早期和后期強(qiáng)度發(fā)展，希望為緩凝劑在混凝土中的應(yīng)用提供理論和實(shí)際參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥為海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰：Ⅱ級(jí)灰，需水比為 98%；礦粉為 S95，比表面積為405m2/kg。水泥的性能指標(biāo)結(jié)果見表 1。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

（2）外加劑為標(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸減水劑，摻量根據(jù)實(shí)際需要確定，推薦為 2.0% 左右。

（3）所用白糖、葡萄糖酸鈉和檸檬酸均為固體，市購，純度滿足試驗(yàn)要求。

（4）試驗(yàn)用中砂為機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為 3.0，石粉含量 8.0%，MB 值為 1.3；細(xì)砂為河砂，細(xì)度模數(shù)1.2，含泥量 1.0%。石子由大石（10～0mm）和小石（5～10mm）組成，壓碎值為 10.0%。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）將白糖、葡鈉和檸檬酸按照膠凝材料用量的0.02%、0.04%、0.06%、0.08% 稱量好，然后加入拌和水中預(yù)溶混合，隨拌和水一起加入混凝土攪拌。

（2）混凝土凝結(jié)時(shí)間及保坍性能測試按照 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，試驗(yàn)溫度為 25℃，濕度為 60%。

（3）摻入緩凝劑后的混凝土抗壓強(qiáng)度測試按照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，成型 100mm×100mm×100mm 試塊，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測定混凝土指定齡期的抗壓強(qiáng)度。

1.3 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)采用 C30 混凝土，配合比及各原材料用量見表2。

表2 混凝土配合比 k g/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 緩凝劑摻量對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響

混凝土在澆筑施工過程中，需要混凝土保持一定的塑性，為后續(xù)工序開展?fàn)幦r(shí)間，需要混凝土具有一定的凝結(jié)時(shí)間。白糖、葡鈉和檸檬酸對(duì)于調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間各有特點(diǎn)，對(duì)此進(jìn)行了測試，結(jié)果見表 3。

表3 結(jié)果顯示，不同緩凝劑對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)幅度不一。在同摻量下，白糖的緩凝效果最明顯，能夠有效提高混凝土初凝和終凝時(shí)間，尤其是當(dāng)緩凝劑摻量為 0.08% 時(shí)，混凝土初凝和終凝時(shí)間增幅較大，出現(xiàn)較強(qiáng)的緩凝作用。從試驗(yàn)結(jié)果看，同摻量下白糖緩凝作用最強(qiáng)，其次是葡鈉，最后是檸檬酸。

對(duì)于相同緩凝劑，摻量增加，混凝土凝結(jié)時(shí)間都相應(yīng)增加，其中加入白糖后混凝土凝結(jié)時(shí)間反應(yīng)更為敏感，而加入檸檬酸的混凝土對(duì)摻量提高反應(yīng)相對(duì)平緩，增長幅度較小。

幾種緩凝劑加入后都能夠阻止水泥的早期水化，但作用機(jī)理不盡相同。白糖通過溶解后產(chǎn)生的羥基吸附在水泥顆粒表面形成氫鍵，通過氫鍵的鍵合作用在水泥顆粒形成一層水膜，從而抑制了水泥水化[5]。葡萄糖酸鈉和檸檬酸類似，通過與水泥水化反應(yīng)生成的氫氧化鈣、水化硅酸鈣等礦物生成不穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而延緩水泥早期水化進(jìn)程，但這種絡(luò)合物不穩(wěn)定，隨著水化進(jìn)行，會(huì)逐步分解，對(duì)水泥后期水化影響較小[6]。

表3 摻入不同緩凝劑的混凝土凝結(jié)時(shí)間

2.2 緩凝劑摻量對(duì)混凝土保坍性能的影響

適量的緩凝劑加入后混凝土凝結(jié)時(shí)間延長，水泥水化反應(yīng)減緩，對(duì)于混凝土保持一定的塑性有利，對(duì)此，周漢章通過研究發(fā)現(xiàn)緩凝劑的加入可以提高混凝土保坍性能[7]。表 4 為加入緩凝劑后混凝土的保坍性能測試結(jié)果。

表4 緩凝劑對(duì)混凝土保坍性能的影響

表 4 結(jié)果顯示，白糖和檸檬酸的加入對(duì)混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度基本無影響；葡鈉摻量提高，混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度有所提高。葡鈉本身通過吸附在水泥顆粒表面阻止了水泥水化速率，釋放較多的游離水，因此水泥漿體分散作用增強(qiáng)[8]。

緩凝劑摻量提高，混凝土的保坍能力增強(qiáng)，白糖摻量增加，混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失減小，特別是摻量提高至 0.04% 以上時(shí)，混凝土塑性得到明顯改善。而葡鈉和檸檬酸摻量提高，混凝土保坍效果相對(duì)較弱，同摻量時(shí)檸檬酸經(jīng)時(shí)保坍能力低于葡鈉和白糖。

2.3 緩凝劑摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

緩凝劑的加入既要維持混凝土具有一定的塑性，凝結(jié)時(shí)間延長，同時(shí)也要防止出現(xiàn)緩凝時(shí)間過長，或假凝、閃凝等不正常凝結(jié)現(xiàn)象的出現(xiàn)，以免對(duì)混凝土強(qiáng)度造成不良影響。測試了緩凝劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表 5、圖 1。

表5 緩凝劑摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖1 不同緩凝劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

表5 和圖 1 結(jié)果表明緩凝劑的加入對(duì)混凝土 3d 和7d 強(qiáng)度造成影響，尤其是隨白糖和檸檬酸摻量增加，混凝土 3d 抗壓強(qiáng)度總體下降明顯；葡鈉對(duì)混凝土 3d 強(qiáng)度影響較大，7d 抗壓強(qiáng)度在摻量低于 0.06% 時(shí)甚至略高于空白組。

隨著水泥水化的進(jìn)行，吸附在水泥顆粒表面的緩凝劑分子形成的能壘被突破，水化產(chǎn)物得以均勻分布并提供膠結(jié)能力[9]，從而使得混凝土 28d 和 60d 強(qiáng)度得以增長，同時(shí)研究[1]發(fā)現(xiàn)緩凝劑能夠削減水泥放熱峰值，對(duì)于控制混凝土溫升值及減少混凝土內(nèi)部缺陷有利。

對(duì)于三種緩凝劑，葡鈉對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響較小，后期抗壓強(qiáng)度增長較好，在混凝土凝結(jié)時(shí)間較長時(shí)60d 抗壓強(qiáng)度發(fā)展良好。

3 結(jié)論

（1）不同緩凝劑對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響大小不同。在同摻量下，白糖的緩凝效果最明顯，其次是葡鈉，最后是檸檬酸。且混凝土凝結(jié)時(shí)間在白糖摻量提高時(shí)反應(yīng)較為敏感，檸檬酸的敏感度最低。

（2）緩凝劑的加入有利于改善混凝土工作性能，葡鈉摻量提高時(shí)混凝土初始流動(dòng)性改善，但白糖對(duì)混凝土保坍能力改善更為明顯，同摻量時(shí)檸檬酸經(jīng)時(shí)保坍能力低于葡鈉和白糖。

（3）緩凝劑對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響較大，白糖和檸檬酸加入后混凝土 3d 和 7d 強(qiáng)度增長乏力，甚至有所下降，葡鈉對(duì)混凝土 3d 強(qiáng)度影響相對(duì)較大，7d 強(qiáng)度影響較小。隨著水泥水化的進(jìn)行，加入緩凝劑的混凝土28d 和 60d 強(qiáng)度增長較快，且凝結(jié)時(shí)間較長的混凝土后期強(qiáng)度依然可以得到彌補(bǔ)，摻葡鈉的混凝土后期強(qiáng)度增長占優(yōu)。