緩凝劑種類及摻量對(duì)高溫環(huán)境用預(yù)應(yīng)力孔道壓漿料性能的影響

張舒，楊杰，宋普濤，夏京亮，王晶，冷發(fā)光

（1.中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011；2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

柬埔寨金邊—西哈努克港高速公路位于柬埔寨西南部（簡(jiǎn)稱金港高速），全長(zhǎng)187.050 km，由中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司投資建設(shè)，是柬埔寨境內(nèi)的第一條高速公路，也是柬埔寨境內(nèi)首條全線采用中國(guó)公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的高速公路。

設(shè)計(jì)文件表明，金港高速預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)較多，項(xiàng)目所屬公路預(yù)應(yīng)力橋梁中預(yù)應(yīng)力壓漿材料用量很大?？紤]到國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，柬埔寨境內(nèi)的壓漿料很難滿足中國(guó)公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)而難以用于金港高速的生產(chǎn)與應(yīng)用。因此，以當(dāng)?shù)卮笞谠牧蠟榛A(chǔ)，參照國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，開展基于當(dāng)?shù)卮笞诓牧系膲簼{料制備及性能研究，是解決上述問(wèn)題的重要技術(shù)措施。

柬埔寨為典型的熱帶雨林氣候，晝間溫度可達(dá)30℃以上，高溫環(huán)境導(dǎo)致壓漿料水化速度加快，流動(dòng)度損失加快，進(jìn)而導(dǎo)致壓漿料壓注過(guò)程存在堵泵等施工問(wèn)題以及注漿不密實(shí)等質(zhì)量問(wèn)題[1-5]。緩凝劑是延緩水泥基材料水化速度的關(guān)鍵外加劑，可延長(zhǎng)水泥基材料的凝結(jié)時(shí)間，抑制其流動(dòng)度損失。研究發(fā)現(xiàn)，緩凝劑的種類及摻量不同，對(duì)水泥基材料凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)度損失、強(qiáng)度及耐久性的影響也不同[6-11]。因此，亟待結(jié)合金港高速大宗原材料的性能開展緩凝劑種類及摻量對(duì)壓漿料性能影響的研究，以期提出性能符合JTG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》要求，且適用于30℃以上高溫環(huán)境預(yù)應(yīng)力壓漿料的配制技術(shù)，為金港高速預(yù)應(yīng)力壓漿料的制備提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：柬埔寨馬德望海螺水泥廠生產(chǎn)的海螺牌P·Ⅰ52.5硅酸鹽水泥，3 d抗 壓強(qiáng) 度32.5 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度59.6 MPa。

（2）緩凝劑：硼酸（PS），純度≧99.9%，白色粉末，60~140目；檸檬酸鈉（NS），純度99.5%，白色結(jié)晶粉末；酒石酸（JS），密度1.788 g/cm3，純度99.5%，白色結(jié)晶粉末。

（3）其他外加劑：本研究壓漿料中選用的其他外加劑包括聚羧酸減水劑、塑性膨脹劑、消泡劑、保水劑，其他外加劑中各成分的質(zhì)量比分別為79∶15∶5∶1，其他外加劑在壓漿料中的質(zhì)量百分比為0.2%。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）壓漿料攪拌、壓力泌水率、自由膨脹率、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參照J(rèn)TG/T 3650—2020進(jìn)行。（2）壓漿料抗氯離子滲透性能試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。（3）壓漿料流動(dòng)度試驗(yàn)時(shí)，將室內(nèi)試驗(yàn)溫度調(diào)整至（31±1）℃，測(cè)試方法參照J(rèn)TG/T 3650—2022進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

不同緩凝劑及摻量的壓漿料制備試驗(yàn)方案見表1，其中試驗(yàn)用壓漿料粉料總質(zhì)量為3000 g，水料比為0.28，用水量為840 g，水泥用量為2994 g，其他外加劑用量為6 g。檸檬酸鈉、硼酸和酒石酸的摻量分別占?jí)簼{料總質(zhì)量的0.03%、0.06%、0.09%、0.12%。

表1 壓漿料制備試驗(yàn)方案 g

不同緩凝劑及摻量下壓漿料的性能如表2所示。

表2 不同緩凝劑及摻量下壓漿料的性能

2.1 緩凝劑對(duì)壓漿料流動(dòng)性的影響

由表2可知，A0組壓漿料的初期流動(dòng)度為18 s，0.5 h流動(dòng)度為30 s，1 h流動(dòng)度為45 s，流動(dòng)度不符合JTG/T 3650—2020要求，除A0及A1組壓漿料外，其他組壓漿料的流動(dòng)度均符合要求。隨著緩凝劑摻量的增加，壓漿料的初期流動(dòng)度、0.5 h及1 h流動(dòng)度先逐漸減小，緩凝劑摻量為0.12%時(shí)，摻不同緩凝劑壓漿料的流動(dòng)度最小。緩凝劑種類不同，不同緩凝劑摻量下壓漿料流動(dòng)度變化情況不同，相對(duì)而言，在高溫環(huán)境下?lián)骄剖岬膲簼{料流動(dòng)度改善作用最明顯，硼酸次之，檸檬酸鈉最弱。酒石酸摻量為0.12%時(shí)壓漿料的流動(dòng)性最佳，此時(shí)壓漿料的初期、0.5 h、1 h流動(dòng)度分別為15、16、16 s。

緩凝劑的摻入抑制了壓漿料的水化，延緩了壓漿料的水化速度，壓漿料的流動(dòng)度保持能力提升，流動(dòng)性能得到改善[12-15]。不同緩凝劑在高溫環(huán)境下對(duì)壓漿料水化抑制作用不同，對(duì)流動(dòng)性能的改善效果也不同。

2.2 緩凝劑對(duì)壓漿料壓力泌水率的影響

由表2可知，各組壓漿料0.22 MPa壓力泌水率均滿足JTG/T 3650—2020標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著緩凝劑摻量的增加，壓漿料的壓力泌水率逐漸增大，緩凝劑摻量為0.12%時(shí)，各組壓漿料的壓力泌水率均達(dá)最大。緩凝劑種類不同，不同緩凝劑摻量下壓漿料壓力泌水率的變化情況不同，相對(duì)而言，摻酒石酸時(shí)壓漿料的壓力泌水率增加最明顯，硼酸次之，檸檬酸鈉最小。不同緩凝劑對(duì)壓漿料的流動(dòng)度改善效果不同，這可能與緩凝劑有一定的“減水”作用有關(guān)，緩凝劑的“減水”作用越好，壓漿料漿體中“釋放”的自由水?dāng)?shù)量越多，壓力泌水率就越大。

2.3 緩凝劑對(duì)壓漿料自由膨脹率的影響

由表2可知，各組配合比的3 h及24 h自由膨脹率均符合JTG/T 3650—2020標(biāo)準(zhǔn)要求。未摻緩凝劑的基準(zhǔn)組A0自由膨脹率最大，A0的3 h自由膨脹率為1.25%，24 h膨脹率為1.52%，隨著緩凝劑摻量的增加，壓漿料的3 h及24 h自由膨脹率均逐漸減小，緩凝劑摻量為0.12%時(shí)壓漿料的3 h及24 h自由膨脹率最小。

緩凝劑種類不同，不同緩凝劑摻量下壓漿料膨脹率的變化情況不同，相對(duì)而言，摻酒石酸對(duì)壓漿料3 h及24 h膨脹率的影響最明顯，硼酸次之，檸檬酸鈉最小。酒石酸摻量為0.12%時(shí)壓漿料的膨脹率最小，此時(shí)壓漿料的3 h及24 h膨脹率分別為0.92%及1.15%。

2.4 緩凝劑對(duì)壓漿料抗氯離子侵蝕性能的影響

由表2可知，未摻緩凝劑的基準(zhǔn)組壓漿料A0的56 d電通量最低，為2510 C，隨著緩凝劑摻量的增加，壓漿料的電通量逐漸增大，緩凝劑摻量為0.12%時(shí)，壓漿料的電通量最大。緩凝劑種類不同，不同緩凝劑摻量下壓漿料電通量的變化情況不同，相對(duì)而言，摻酒石酸對(duì)壓漿料56 d電通量的影響最明顯，硼酸次之，檸檬酸鈉最小。酒石酸摻量為0.12%時(shí)，壓漿料的56 d電通量最高，為2622 C。緩凝劑對(duì)壓漿料水化程度及晶型結(jié)構(gòu)變化影響的差異，使得壓漿料的微觀孔結(jié)構(gòu)也有不同的變化，進(jìn)而影響壓漿料的抗氯離子侵蝕性能。

2.5 緩凝劑對(duì)壓漿料抗壓及抗折強(qiáng)度的影響

不同緩凝劑及摻量下壓漿料的抗壓、抗折強(qiáng)度如表3所示。

表3 緩凝劑對(duì)壓漿料抗壓、抗折強(qiáng)度的影響

由表3可見：（1）基準(zhǔn)組壓漿料A0的3、7、28 d抗壓強(qiáng)度符合JTG/T 3650—2020標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)比組A4、A7、A8及A11的3 d與7 d抗壓強(qiáng)度不符合JTG/T 3650—2020的要求，對(duì)比組A12的3、7、28 d抗壓強(qiáng)度均不符合JTG/T 3650—2020標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著緩凝劑摻量的增加，壓漿料的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，緩凝劑摻量為0.12%時(shí)，壓漿料的各齡期抗壓強(qiáng)度最低。緩凝劑種類不同，不同緩凝劑摻量下壓漿料抗壓強(qiáng)度的變化情況不同，相對(duì)而言，摻酒石酸對(duì)壓漿料各齡期抗壓強(qiáng)度的影響最明顯，硼酸次之，檸檬酸鈉最小。酒石酸摻量為0.12%時(shí)，壓漿料的各齡期抗壓強(qiáng)度最低，此時(shí)壓漿料的3、7、28 d抗壓強(qiáng)度分別為17.6、37.1、49.1 MPa。（2）基準(zhǔn)組壓漿料A0的3、7、28 d抗折強(qiáng)度符合JTG/T 3650—2020標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)比組A4和A7的3、7 d抗折強(qiáng)度不符合JTG/T 3650—2020標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)比組A8、A11及A12的3、7、28 d抗折強(qiáng)度均不符合JTG/T 3650—2020標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著緩凝劑摻量的增加，壓漿料的抗折強(qiáng)度逐漸降低，緩凝劑摻量為0.12%時(shí)，壓漿料的各齡期抗折強(qiáng)度最低。緩凝劑種類不同，不同緩凝劑摻量下壓漿料抗折強(qiáng)度的變化情況不同，相對(duì)而言，摻酒石酸對(duì)壓漿料各齡期抗折強(qiáng)度的影響作用最明顯，硼酸次之，檸檬酸鈉最小。酒石酸摻量為0.12%時(shí)壓漿料的各齡期抗折強(qiáng)度最低，此時(shí)壓漿料的3、7、28 d抗折強(qiáng)度分別為3.8、4.8、9.4 MPa。

緩凝劑的摻入抑制了壓漿料的水化，延緩了壓漿料的水化速度，對(duì)早齡期強(qiáng)度影響很明顯，導(dǎo)致壓漿料3 d及7 d抗壓強(qiáng)度明顯降低。緩凝劑的摻入對(duì)壓漿料水化產(chǎn)物的晶型結(jié)構(gòu)也有一定的影響，導(dǎo)致了壓漿料28 d抗壓強(qiáng)度的降低。緩凝劑種類對(duì)壓漿料水化程度及晶型結(jié)構(gòu)變化影響的差異，導(dǎo)致了壓漿料的各齡期強(qiáng)度的不同[16-20]。

總體而言，緩凝劑對(duì)壓漿料的流動(dòng)度及流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失有很顯著的改善作用，但對(duì)壓漿料的壓力泌水率、膨脹率、強(qiáng)度、電通量有不利的影響，在保證壓漿料各項(xiàng)性能均符合JTG/T 3650—2020要求的基礎(chǔ)上，壓漿料中檸檬酸鈉的摻量不宜大于0.09%，硼酸的摻量不宜大于0.06%，酒石酸的摻量不宜大于0.06%。

3 結(jié)論

（1）在高溫環(huán)境下緩凝劑對(duì)壓漿料的流動(dòng)度及流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失有很顯著的改善作用，相對(duì)而言，摻酒石酸對(duì)壓漿料流動(dòng)度改善作用最明顯，硼酸次之，檸檬酸鈉最弱。

（2）緩凝劑對(duì)壓漿料的壓力泌水率、膨脹率有負(fù)面的影響，導(dǎo)致壓漿料壓力泌水率增大、膨脹率減小，相對(duì)而言，酒石酸對(duì)壓漿料壓力泌水率和膨脹率影響最明顯，硼酸次之，檸檬酸鈉最弱。

（3）緩凝劑對(duì)壓漿料的各齡期強(qiáng)度和電通量也有負(fù)面影響，導(dǎo)致壓漿料各齡期抗壓及抗折強(qiáng)度降低、電通量增大，相對(duì)而言，酒石酸對(duì)壓漿料強(qiáng)度和電通量的影響最明顯，硼酸次之，檸檬酸鈉最弱。

（4）在保證壓漿料各項(xiàng)性能均符合JTG/T 3650—2020標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，壓漿料中檸檬酸鈉摻量不宜大于0.09%，硼酸摻量不宜大于0.06%，酒石酸摻量不宜大于0.06%。