聚羧酸減水劑控制混凝土保坍時間與凝結(jié)時間技術(shù)研究

夏銀 馮青 楊朋 陳寧淵 薛飛 周玉峰 嚴(yán)尚勇

摘要 文章針對混凝土在施工過程中常遇到的保坍時間過短和凝結(jié)時間過長的問題，提出了一種以聚羧酸減水劑為主要控制劑的新技術(shù)。通過復(fù)配不同摻量的復(fù)合型緩凝劑與保坍母液，探究聚羧酸減水劑對混凝土保坍時間和凝結(jié)時間的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚羧酸減水劑的加入可以顯著延長混凝土的保坍時間，也可以有效控制混凝土的凝結(jié)時間，確保施工進(jìn)度和質(zhì)量。通過對聚羧酸減水劑性質(zhì)和作用機(jī)理的研究，揭示了其在混凝土工程中的應(yīng)用潛力，為混凝土施工提供了一種有效的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞 聚羧酸減水劑；復(fù)合型緩凝劑；保坍時間；凝結(jié)時間

中圖分類號TU528.042.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）07-0056-04

0 引言

因道路擁堵，長距離運(yùn)輸，超高泵送，大體積混凝土等因素，導(dǎo)致對混凝土保坍性能與凝結(jié)時間要求越來越高。保坍時間的控制對確?；炷恋臐仓阅苁种匾?yàn)檩^長的保坍時間可以使混凝土施工更容易，降低較長輸送距離或較復(fù)雜的工程形狀時的施工難度[1]。凝結(jié)過程是指混凝土中的水泥顆粒與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成凝膠體系的過程，凝膠的形成使混凝土能夠獲得一定的強(qiáng)度和硬度。凝結(jié)時間的控制對確保混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展和施工進(jìn)度都十分重要，然而，聚羧酸減水劑的應(yīng)用存在一些問題，例如劑量控制、配合比設(shè)計(jì)等因素，都會對其效果產(chǎn)生影響[2-5]。因此，該文旨在通過對混凝土中聚羧酸減水劑的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，探討不同的保坍母液與復(fù)合型緩凝劑對保坍時間和凝結(jié)時間的影響，從而提高混凝土的工作性能和施工性能，為工程實(shí)踐提供理論和技術(shù)支持。

1 混凝土保坍時間與凝結(jié)時間

聚羧酸減水劑是一種常用的混凝土外加劑，將其摻入混凝土當(dāng)中可以有效調(diào)節(jié)和改善混凝土性能，用于控制混凝土的保坍時間和凝結(jié)時間?；炷镣饧觿┑膽?yīng)用不僅有利于完善混凝土性能，還有助于增強(qiáng)混凝土施工的整體質(zhì)效。它可以增加混凝土的流動性，降低黏性，提高抗裂性能，并有效控制水膠比。在聚羧酸減水劑的應(yīng)用研究中，保坍時間的控制是一個重要的考慮因素。保坍時間是指混凝土從攪拌到采樣后的時間內(nèi)，保持適宜坍落度的能力[6]。聚羧酸減水劑可以通過在混凝土中形成穩(wěn)定的分散體系，延長水泥顆粒的分散時間，從而延長保坍時間。研究表明，通過調(diào)節(jié)聚羧酸減水劑的用量和分子結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同保坍時間要求的混凝土施工。

凝結(jié)時間的控制也是聚羧酸減水劑研究的重點(diǎn)之一。凝結(jié)時間是指混凝土從攪拌到開始凝結(jié)的時間。過長的凝結(jié)時間可能導(dǎo)致混凝土硬化不完全，無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度。聚羧酸減水劑可以通過調(diào)節(jié)分散劑的分子結(jié)構(gòu)，改變它們與水泥顆粒之間的相互作用，從而控制凝結(jié)時間。研究表明，改變聚羧酸減水劑的結(jié)構(gòu)或添加其他輔助劑，可以靈活調(diào)控凝結(jié)時間，滿足不同工程對混凝土硬化時間的要求[7-8]。

總的來說，聚羧酸減水劑控制混凝土保坍時間和凝結(jié)時間的技術(shù)研究包括調(diào)節(jié)聚羧酸減水劑的用量、結(jié)構(gòu)和添加其他輔助劑等方法，以實(shí)現(xiàn)混凝土在施工過程中的理想坍落度和硬化時間。

2 保坍母液與緩凝劑的作用

在高溫的夏季，要想保持混凝土穩(wěn)定的可塑性狀態(tài)，保坍母液的選擇和使用尤為重要。合適的保坍母液能夠穩(wěn)定保持混凝土的擴(kuò)展度和流動性，保證混凝土能夠順利泵送至指定地點(diǎn)，工程質(zhì)量更高也更可靠。

在混凝土中摻入復(fù)合型緩凝劑的目的是延緩水泥的水化熱，使新拌混凝土能在較長時間內(nèi)保持適宜坍落度，從而調(diào)節(jié)新拌混凝土的凝結(jié)時間。復(fù)合型緩凝劑可通過調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，改善混凝土的工作進(jìn)度以及可操作時間。當(dāng)公路工程施工需要延長混凝土凝結(jié)時間、提高混凝土的長效塑性時，會選擇使用復(fù)合型緩凝劑，在此環(huán)節(jié)，緩凝劑可發(fā)揮延長凝結(jié)搗實(shí)時間、推遲水化放熱、減少裂縫概率和縮小坍落度損失等作用。應(yīng)用復(fù)合型緩凝劑時，必須基于實(shí)際施工環(huán)境進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)，從而確定復(fù)合型緩凝劑最佳用量。

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55—2011）。

《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）。

《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3420—2020）。

《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080—2016）。

《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）。

《混凝土外加劑技術(shù)實(shí)用大全》。

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)要求

坍落度指標(biāo)：≥200 mm。

擴(kuò)展度指標(biāo)：≥500 mm。

保坍時間：緩凝劑一定，調(diào)整不同的保坍母液，得出不同的保坍母液對應(yīng)的保坍時間。

凝結(jié)時間：保坍母液一定，調(diào)整不同的緩凝劑用量，得出不同的緩凝劑用量對應(yīng)的凝結(jié)時間。

工作性能：流動性、黏聚性、保坍性、保水性、包裹性能良好，無離析、無泌水、無抓底。

3.3 原材料的選擇

總體選取原則：材料質(zhì)量穩(wěn)定，技術(shù)成熟，具有實(shí)用先例，就地取材，樣品易取易得。

3.3.1 水泥選擇

水泥為普通硅酸鹽水泥P·O42.5，性能指標(biāo)見表1，為貴陽海螺水泥廠生產(chǎn)。

3.3.2 砂石材料選擇

經(jīng)試驗(yàn)，納晴十標(biāo)料場砂石材料極為穩(wěn)定，巖石母材強(qiáng)度高，各項(xiàng)試驗(yàn)檢測性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，擬選取該料場砂石材料開展對比試驗(yàn)。

3.3.3 摻和料的選擇

摻和料可以選擇硅灰、礦粉及粉煤灰等，因考慮硅灰添加不方便，礦粉價格高于粉煤灰，所以選擇經(jīng)濟(jì)、易于添加的粉煤灰作為摻和料。

3.4 原材料質(zhì)量要求

巖石母材：巖石的抗壓強(qiáng)度滿足要求，即抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度不應(yīng)小于1.5，堿活性滿足要求。

粗骨料：堅(jiān)硬度高，粗骨料應(yīng)具有較高的硬度和強(qiáng)度，不易被壓碎和磨損。骨料表面光滑，粗骨料表面應(yīng)光滑、平整，不應(yīng)有裂縫和凹凸不平的情況。含塵量低，粗骨料應(yīng)具有較低的含塵量，不應(yīng)有泥土、腐葉、樹根等雜質(zhì)。針片狀顆粒含量≤7%，含泥量（重量比）≤0.5%，泥塊含量（重量比）≤0.25%，壓碎指標(biāo)≤10%，級配合格。

細(xì)骨料：亞甲藍(lán)值≤0.5，細(xì)度模數(shù)2.6～2.9，0.075 mm以下含量10%左右，壓碎值≤10，級配合格。

水泥：滿足GB 175—2007要求。

粉煤灰：滿足GB/T 1596—2005要求。

減水劑：滿足GB 8076—2008聚羧酸高性能減水劑要求，減水率大于25%，通過調(diào)整不同的保坍母液用量與緩凝劑用量控制不同的保坍時間與凝結(jié)時間。

3.5 原材料的檢驗(yàn)結(jié)果

巖石母材檢驗(yàn)結(jié)果：抗壓強(qiáng)度120 MPa左右，無堿活性。

粗骨料：針片狀含量0.7%，含泥量0.2%，泥塊含量0.0%，壓碎值7.8。

細(xì)骨料：亞甲藍(lán)值0.5，細(xì)度模數(shù)2.8，壓碎值8.0%，0.075 mm以下含量6%，級配滿足規(guī)范要求。

水泥：初凝時間190 min，終凝時間260 min，安定性合格，比表面積345 kg/m2，3 d抗折強(qiáng)度5.2 MPa，28 d抗折強(qiáng)度6.2 MPa，3 d抗壓強(qiáng)度23.5 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度46.8 MPa，氯離子含量0.025%，堿含量0.60%。

減水劑：減水率28%，7 d抗壓強(qiáng)度比160，28 d抗壓強(qiáng)度比150。

3.6 混凝土配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用配合比按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55—2011）進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的配合比應(yīng)使混凝土具有良好的和易性，參考數(shù)據(jù)如表2所示?；炷涟韬衔镄阅軠y試按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080—2016）的要求進(jìn)行。配合比試驗(yàn)溫度為25 ℃，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號為C50。

（1）聚羧酸減水劑保坍母液用量為10%，分別使用2%，4%，6%，8%，10%的復(fù)合型緩凝劑復(fù)配進(jìn)行對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3、圖1。

表3、圖1試驗(yàn)結(jié)果表明：保坍母液一定，不同比例的緩凝劑，緩凝劑越多，保坍效果越好，凝結(jié)時間越長；每增加2%的緩凝劑，初凝時間延長3～5 h，終凝時間相應(yīng)也延長3～5 h。復(fù)合緩凝劑和保坍母液使用是相輔相成的，超長保坍需要足夠量的復(fù)合緩凝劑支撐。在試驗(yàn)比例范圍內(nèi)，緩凝劑越多，混凝土工作性能越好。

（2）聚羧酸減水劑復(fù)合型緩凝劑為3%，分別使用8%，12%，14%，18%，22%的保坍母液復(fù)配進(jìn)行對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4、圖2。

表4、圖2試驗(yàn)結(jié)果表明：緩凝劑一定，不同比例的保坍母液，保坍母液越多，保坍效果越好，保坍時間越長，凝結(jié)時間也相應(yīng)地延長；保坍母液的用量影響凝結(jié)時間的長短，每增加4%的保坍母液，初凝時間延長1～2 h，終凝時間延長2～3 h；保坍母液用量達(dá)到18%時，混凝土從出機(jī)6 h基本沒有坍落度損失，滿足超長保坍，超高泵送等混凝土的施工要求。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

（1）對超長保坍混凝土的應(yīng)用調(diào)整，凱里同心村2號大橋C80超長保坍自密實(shí)混凝土澆筑，通過調(diào)整減水劑保坍母液用量，延長了混凝土保坍時間?；炷凉ぷ餍阅芰己茫? h沒有坍落、擴(kuò)展度損失，滿足現(xiàn)場施工要求，順利完成混凝土澆筑。

（2）納晴五標(biāo)白水河特大橋C60自密實(shí)混凝土澆筑，通過調(diào)整減水劑保坍母液用量，混凝土工作性能良好，7 h沒有坍落、擴(kuò)展度損失，滿足現(xiàn)場施工要求，順利完成混凝土澆筑。

（3）對超長凝結(jié)時間混凝土的應(yīng)用調(diào)整，貴金十標(biāo)金烽烏江特大橋C30錨定大體積混凝土澆筑，通過試驗(yàn)確定復(fù)合型緩凝劑用量，初凝時間為28 h，終凝時間32 h。延長了凝結(jié)時間、推遲了水化放熱、減少了裂縫產(chǎn)生的概率，以及縮小了坍落度損失。

（4）對超高泵送混凝土的應(yīng)用調(diào)整，納晴十標(biāo)六枝特大橋（垂直泵送距離約200 m）C60超高泵送混凝土，通過調(diào)整保坍母液與復(fù)合型緩凝劑用量比例，混凝土工作性能滿足現(xiàn)場施工要求，混凝土順利澆筑。

5 總結(jié)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚羧酸減水劑對混凝土保坍時間與凝結(jié)時間具有顯著的調(diào)控效果。聚羧酸減水劑的加入可以顯著延長混凝土的保坍時間，使其在施工過程中具有較長的可操作性。同時，適量的聚羧酸減水劑摻量也可以有效控制混凝土的凝結(jié)時間，確保施工進(jìn)度和質(zhì)量。通過調(diào)整聚羧酸減水劑配方，使用不同的保坍比例，形成穩(wěn)定的分散體系，控制水泥顆粒的運(yùn)動速度和方向，使混凝土保持適宜的坍落度，從而控制混凝土的保坍時間方便施工操作。通過復(fù)配不同比例的復(fù)合型緩凝劑，聚羧酸減水劑吸附在水泥顆粒表面，改變水泥顆粒之間的相互作用力，從而抑制水泥顆粒的集聚和膠凝反應(yīng)的進(jìn)行，延緩混凝土的凝結(jié)時間。聚羧酸減水劑的保坍和復(fù)合型緩凝劑添加量直接影響混凝土的保坍時間與凝結(jié)時間控制效果。添加量適中能夠?qū)崿F(xiàn)理想的保坍時間控制，添加量過少容易導(dǎo)致混凝土凝結(jié)過快，造成嚴(yán)重的蜂窩麻面等外觀問題，而過量添加則可能導(dǎo)致混凝土保坍時間過長或者無法凝結(jié)。準(zhǔn)確控制混凝土的保坍時間和凝結(jié)時間，可以提高混凝土的施工效率。施工人員可以在保坍時間內(nèi)充分利用混凝土的流動性來完成澆筑和振搗工作，確?；炷恋臐仓|(zhì)量和工藝。總而言之，聚羧酸減水劑是一種有效控制混凝土保坍時間與凝結(jié)時間的技術(shù)手段。合理選擇適量的保坍和復(fù)合型緩凝劑的用量，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的混凝土施工控制，以滿足工程施工的要求，為混凝土施工提供了一種有效的技術(shù)手段。將來的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化聚羧酸減水劑的配方和應(yīng)用方式，以滿足不同混凝土工程的需求。

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