水化熱抑制劑對膨脹砂漿早期性能的影響

吳翠娥，劉虎，李磊，辜振睿

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

水化熱抑制劑對膨脹砂漿早期性能的影響

吳翠娥，劉虎，李磊，辜振睿

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

本文將一種自制水化熱抑制劑與膨脹劑復(fù)合使用于砂漿體系，研究了該水化熱抑制劑對膨脹砂漿早期強度發(fā)展、膨脹速率和 3d 水化放熱曲線的影響，同時選取五種市售樣進行了對比試驗。結(jié)果表明，這六種水化熱抑制劑均能有效延緩膨脹砂漿早期水化進程，膠凝材料水化放熱峰出現(xiàn)時間延遲，3d 總放熱量降低 13.7%；但大部分市售水化熱抑制劑降低了膨脹砂漿3d 抗壓強度和限制膨脹率，自制水化熱抑制劑對膨脹砂漿 3d 抗壓強度無明顯影響，7d 限制膨脹率提高了 16.3%，這說明自制的水化熱抑制劑產(chǎn)品能有效調(diào)控膨脹砂漿強度和限制膨脹率的協(xié)調(diào)發(fā)展。

聚羧酸減水劑；水化熱抑制劑；膨脹砂漿；抗壓強度；限制膨脹率

0　前言

隨著建筑工程設(shè)計強度等級升高（混凝土中水泥用量提高）以及水泥性能變化（水泥顆粒變細(xì)和 C3S 含量增高），混凝土結(jié)構(gòu)因溫度應(yīng)力引起的裂縫日漸增多。研究和工程實踐表明，補償收縮混凝土不僅能夠補償干燥收縮，對溫降收縮也有補償作用；但是由于溫降收縮是因混凝土溫升所致，如果能夠?qū)⒅鲃涌販嘏c被動補償兩者相結(jié)合，效果會更好[1]。

水化熱抑制劑在實際膨脹混凝土工程中的應(yīng)用研究已有報道[2-5]：日本在上世紀(jì)九十年代末研制成功抑制水化熱的“電化CSA100R”[2]、中國建筑材料科學(xué)研究總院研制的抑制水化熱型混凝土膨脹劑 HCSA-R[3]、江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司研制的復(fù)合 CaO 膨脹劑和水化熱調(diào)控材料的HME-V 混凝土高效抗裂劑[4]。其中水化熱抑制劑與傳統(tǒng)緩凝劑相比最顯著的區(qū)別在于：緩凝劑對削弱放熱速率和溫度峰值并無明顯作用；水化熱抑制劑能大幅緩解了水泥水化集中放熱程度，削弱了溫峰和溫降過程，顯著降低混凝土結(jié)構(gòu)的溫度開裂風(fēng)險[6]。

但對水化熱抑制劑與膨脹劑復(fù)合使用后的早期性能研究少有報道。因此，本文選用市售及自配共六種水化熱抑制劑與膨脹劑復(fù)合進行砂漿試驗，研究水化熱抑制劑對膨脹砂漿早期強度發(fā)展、脫模時間、限制膨脹發(fā)展速率及水化放熱曲線的影響。

1　試驗材料與方法

1.1試驗材料

水泥：基準(zhǔn)水泥 P·O42.5，中國建筑材料科學(xué)研究總院生產(chǎn)。

膨脹劑：FQY 膨脹劑，武漢三源特種建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

砂：標(biāo)準(zhǔn)砂。

水化熱抑制劑：對比樣品 1#～6#，市售及自配，具體見表 1。

表1　6種水化熱抑制劑來源

1.2試驗方法

膨脹砂漿的脫模強度、限制膨脹率的檢測按照 GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》中方法進行，膨脹劑內(nèi)摻10%；試驗中制定兩種不同脫模制度，一是脫模強度達到 GB23439—2009《混凝土膨脹劑》中規(guī)定的 (10±2)MPa 時脫模，二是自膨脹砂漿加水?dāng)嚢杵鹩嫊r 12h 脫模；膨脹砂漿膨脹速率用各時間段內(nèi)膨脹微應(yīng)變總值及單位小時微應(yīng)變值進行對比；膨脹砂漿試體脫模前均在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護，脫模后入水養(yǎng)護。

10% 膨脹劑 + 90% 水泥復(fù)合膠凝材料的水化熱測定：采用法國 SETARAM 公司 C80 微量熱儀測定空白（不摻抑制劑）、摻 0.07% 2#、3#、6# 水化熱抑制劑的復(fù)合膠凝材料的3d 水化熱放熱曲線。

2　試驗結(jié)果分析

2.1水化熱抑制劑對膨脹砂漿早期強度發(fā)展、脫模時間的影響

摻有不同水化熱抑制劑的膨脹砂漿脫模時間見表 2，膨脹砂漿早期強度發(fā)展見圖 1。從加入水化熱抑制劑后，膨脹砂漿早期強度發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出共性（除 1# 樣），即水化熱抑制劑均不同程度地降低了膨脹砂漿早期強度，這證明水化熱抑制劑能有效地延緩膨脹砂漿中膠凝材料的早期水化進程，削減內(nèi)部集中放熱。但摻入市售的 5 種水化熱抑制劑，膨脹砂漿 3d 抗壓強度均有不同程度地降低，5# 樣由 39.5MPa 降低至 34.3MPa，降低了 12.9%，而自制水化熱抑制劑對膨脹砂漿3d 抗壓強度無明顯影響。這可能與不同水化熱抑制劑自身參與膠凝材料水化進程的官能基團有關(guān)。

表2　摻有水化熱抑制劑的膨脹砂漿脫模時間

圖1　摻有水化熱抑制劑的膨脹砂漿強度發(fā)展

自攪拌加水起計時 12h，加入水化熱抑制劑后的膨脹砂漿強度為 1.5～2.5MPa；按照 GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》中規(guī)定，膨脹砂漿強度達到 (10±2)MPa 時脫模，與空白樣對比，脫模時間受水化熱抑制劑影響而延遲 1～6h。

2.2不同脫模時間對膨脹砂漿限制膨脹率的影響

不同脫模時間下水化熱抑制劑對膨脹砂漿限制膨脹率的影響見圖 2。從圖 2 可以看出，摻入水化熱抑制劑后，12h 脫模與脫模強度達到 (10±2)MPa 后脫模這兩種不同脫模制度下，膨脹砂漿的 1d 限制膨脹率相差不大，12h 脫模砂漿的3d、7d 限制膨脹率較相差 1.5～2/萬。兩種脫模制度下，摻入市售水化熱抑制劑，膨脹砂漿 1d、3d 和 7d 限制膨脹率均有不同程度降低，3# 樣 7d 限制膨脹率由 10.4/萬降到 8.0/萬，降低了 23.1%；摻入自制的水化熱抑制劑，膨脹砂漿早期限制膨脹率與空白樣相比，3d 和 7d 限制膨脹率較空白均有增長，7d 限制膨脹率提高到 12.1/萬，提高了 16.3%，這說明自制的水化熱抑制劑產(chǎn)品能有效調(diào)控膨脹砂漿強度和限制膨脹率的協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖2　不同脫模時間下?lián)接兴療嵋种苿┑呐蛎浬皾{限制膨脹率

2.3水化熱抑制劑對膨脹砂漿膨脹速率的影響

水化熱抑制劑對膨脹砂漿各時間段膨脹微應(yīng)變的影響見表 3。可以得出，無論是否摻入水化熱抑制劑，12～48h 是膨脹砂漿膨脹速率最快的階段，且膨脹速率隨時間推移而降低。因此在實際工程中，應(yīng)注意早期模板拆除后及時養(yǎng)護；摻入水化熱抑制劑后，由于不同官能基團的作用，膨脹速率下降趨勢不同，部分市售樣（如 1# 樣、2# 樣和 3# 樣）膨脹砂漿試體 24h 后的膨脹速率下降幅度大于空白樣，最終膨脹砂漿 3d、7d 限制膨脹率低于空白樣；自制的 6# 樣膨脹砂漿試體 24h 后的膨脹速率與空白樣基本相當(dāng)，在調(diào)控早期水化歷程的同時，不影響后期性能。

表3　摻有水化熱抑制劑的膨脹砂漿各時段膨脹微應(yīng)變

2.4水化熱抑制劑對砂漿膠凝材料早期水化進程的影響

圖 3 為摻水化熱抑制劑的砂漿膠凝材料 3d 水化放熱曲線，3d 水化總放熱量見表 4。從圖中可以看出，加入水化熱抑制劑后，水泥水化第二個放熱峰峰值均有降低，自制的 6#樣降低最明顯；市售的 2#、3# 樣峰值出現(xiàn)時間比空白明顯延遲，這與砂漿脫模時間延遲規(guī)律相一致。在水膠比相同情況下，3d 總放熱量較空白降低，摻入市售的 2#、3# 樣，3d 總放熱量分別降低 9.0% 和 5.1%，自制水化熱抑制劑降低13.7%。這說明水化熱抑制劑能有效地延緩膠凝材料的早期水化進程，削減內(nèi)部集中放熱，有利于緩解混凝土溫度開裂的風(fēng)險。

圖3　水化熱抑制劑對砂漿膠凝材料放熱曲線的影響

表4　摻水化熱抑制劑膠凝材料 3d 水化熱

3　結(jié)論

（1）摻入水化熱抑制劑后，按照 GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》中規(guī)定的 (10±2)MPa 脫模，時間較空白樣延遲 1～6h；水化熱抑制劑對膨脹砂漿抗壓強度和限制膨脹率的影響因抑制劑不同而結(jié)果不一，大部分市售水化熱抑制劑降低了膨脹砂漿 3d 抗壓強度和限制膨脹率，自制水化熱抑制劑對膨脹砂漿 3d 抗壓強度無明顯影響，7d 限制膨脹率提高了16.3%。

（2）膨脹砂漿膨脹速率最快的時間段集中在 12～48h，超過 48h 后膨脹速率開始下降；與空白樣對比，市售 1#、2#和 3# 樣品的膨脹砂漿，膨脹速率最快階段時間范圍縮短，下降快，導(dǎo)致膨脹砂漿 7d 限制膨脹率降低；自制的 6# 樣品的膨脹砂漿膨脹速率與空白樣基本一致。

（3）水化熱抑制劑能有效地延緩膠凝材料的早期水化進程，3d 水化熱降低 13.7%。

[[1] 趙順增，劉立．抑制水化熱型混凝土膨脹劑HCSA-R的性能[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2010,(2): 7-9．

[2]日本電氣化學(xué)工業(yè)株式會社，游寶坤譯．“電氣”CSA100R [J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2008,(4): 16-24．

[3] 賈福杰，張加奇，聶風(fēng)義，等．水化熱抑制型膨脹劑 HCSA-R 在工程中的應(yīng)用[J]．膨脹劑與膨脹混凝土，2013,(1): 5-8．

[4] 田倩，王育江，張守治，等．基于溫度場和膨脹歷程雙重調(diào)控的側(cè)墻結(jié)構(gòu)防裂技術(shù)[J]．混凝土與水泥制品，2014,(5): 20-24．

[5] 陳大年．使用糊精作水化熱抑制劑的水工混凝土[J]．建材工業(yè)信息，1989,(1): 4．

[6] 徐文，王育江，姚婷，等．溫度場與膨脹歷程雙重調(diào)控抑制混凝土開裂技術(shù)[J]．新型建筑材料，2014,(1): 39-41, 45．

［通訊地址］武漢市青山區(qū)工人村都市工業(yè)園（南）E 區(qū) 12號（430083）

Effect of hydration heat inhibitors on the early performance of expansive mortar

Wu Cuie, Liu Hu, Li Lei, Gu Zhenrui
(Wuhan Sanyuan Special Building Materials Co., Ltd., Wuhan 430083)

In this paper, the influences of a self-madehydration heat inhibitor compounding with expansive agent on the early strength development, expansion rate and the 3-day hydration curves of the mortar were investigated, and five saled samples were selected for the contrast tests. Results show that, the hydration heat inhibitors retardthe early hydration process of expansive mortar, the hydrated exothermic peak of cementitious materials moves, 3-day total heat release reduces 13.7% than the blank sample; most saled hydration heat inhibitors reduce 3-day compressive strength and limit expansion ratio of the expansion mortar, self-made hydration heat inhibitorhas no obvious effect on 3-daycompressive strength, 7-day limit expansion ratio improves 16.3% than the blank. Self-made hydration heat inhibitor can effectively control the harmonious development of strength and limit expansion ratioin expansion mortar.

hydration heat inhibitor; expansive mortar; compressive strength; limit expansion ratio

吳翠娥（1966—），女，高級工程師。