緩凝劑對混凝土性能的影響研究

侯維紅，劉燕，劉虎，張曉果

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

緩凝劑對混凝土性能的影響研究

侯維紅，劉燕，劉虎，張曉果

（武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430083）

本文研究了葡萄糖酸鈉和β環(huán)糊精對膠凝材料水化熱及溫升曲線，對混凝土溫升曲線、抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時間和坍落度損失的影響。結(jié)果表明：摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07% β環(huán)糊精能在一定程度上降低水泥水化熱，分別降低 9.6% 和 5.1%，但并未降低凈漿水化升溫曲線最高溫度，峰值時間較基準(zhǔn)相比分別延遲了 10h 和 12.9h；摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07% β環(huán)糊精混凝土較基準(zhǔn)相比，水化最高溫度分別降低了 2.7℃ 和 2.1℃，溫峰時間延遲 10h 和 12.9h；混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度分別提高5.0% 和 7.1%，終凝時間分別延遲 6h 和 8h，1h 坍落度損失減小 20mm 和 35mm。這說明緩凝劑在一定程度可以降低混凝土溫升峰值，但作用有限；對控制坍落度損失有較好效果，對混凝土最終強(qiáng)度無不良影響。

緩凝劑；水化熱；混凝土溫升曲線；抗壓強(qiáng)度

0 前言

緩凝劑是一種能延緩水泥水化反應(yīng)，從而延長混凝土凝結(jié)時間的外加劑[1]。在夏季施工中，適量摻加緩凝劑能使新拌混凝土長時間保持較好塑性，便于施工；在大體積混凝土施工中，為使混凝土不會因水化熱的過度集中而產(chǎn)生溫度裂縫，摻加緩凝劑是重要的手段之一[2]。因此有必要對緩凝劑在混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)研究。

本文就葡萄糖酸鈉和β環(huán)糊精這兩種緩凝劑對水泥水化熱及溫升曲線，對混凝土溫升曲線、抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時間和坍落度的影響進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。本文的試驗(yàn)結(jié)果對緩凝劑在混凝土的應(yīng)用研究具有一定的指導(dǎo)作用。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

凈漿用水泥：按照 GB 8076－2008 附錄 A 中《混凝土外加劑性能檢驗(yàn)用基準(zhǔn)水泥技術(shù)條件》要求的基準(zhǔn)水泥。標(biāo)準(zhǔn)砂：廈門某公司生產(chǎn)，符合 GB 178－77《水泥強(qiáng)度試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)砂》規(guī)定要求的標(biāo)準(zhǔn)砂。水泥：武漢亞東水泥有限公司，P·O 42.5 水泥。粉煤灰：武漢市青山熱電廠 Ⅱ 級粉煤灰。礦渣粉：武漢市青山熱電廠磨細(xì)礦渣粉。砂：產(chǎn)自本地河砂，二級中砂，細(xì)度模數(shù) 2.68。碎石：本地產(chǎn)石灰石礦，粒徑5～25 mm，級配良好。減水劑：自制聚羧酸減水劑。葡萄糖酸鈉：工業(yè)級，市售。β環(huán)糊精：工業(yè)級，市售。

試驗(yàn)所用膠凝材料的化學(xué)分析如表 1 所示。

表1 膠凝材料化學(xué)分析結(jié)果 %

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 水泥水化熱

采用法國 SETARAM 公司 C80 微量熱儀測定復(fù)合膠凝材料、摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07% β環(huán)糊精的復(fù)合體系的 3d水化熱放熱曲線。每次稱量膠凝材料總量為 0.5g，按 C45 混凝土配合比中膠凝材料比例準(zhǔn)確稱量，水灰比固定為 1:1。

1.2.2 凈漿溫升

采用自主組裝的水泥砂漿水化熱溫升測量裝置[3]測定 3個樣品凈漿溫升曲線。每次稱量基準(zhǔn)膠凝材料量為 1.5 kg，水灰比固定為 0.35。

1.2.3 凈漿流動度

按照 GB/T 8077－2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中試驗(yàn)方法測定水泥凈漿流動度和 1h 流動度損失。

1.2.4 混凝土溫升

保證檔案資源橫向縱向交流暢通，應(yīng)該結(jié)合信息技術(shù)的發(fā)展，不斷的通過加密技術(shù)、規(guī)范的數(shù)字化技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)等進(jìn)行全面的管理，核實(shí)。從而滿足在大數(shù)據(jù)時代下，企業(yè)檔案管理的安全性，實(shí)現(xiàn)服務(wù)多元化，管理高效化。

試驗(yàn)室小體積混凝土溫升曲線監(jiān)測：采用自主組裝的混凝土溫升試驗(yàn)保溫盒[4]對 C45 混凝土進(jìn)行保溫，采用多路數(shù)據(jù)采集儀對混凝土拌合物進(jìn)行連續(xù)溫升監(jiān)測，待溫度降至室溫后拆模。試件尺寸為 550mm×500mm×500mm。

1.2.5 混凝土抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時間、1h坍落度變化

按照 GB 8076－2008《混凝土外加劑》中規(guī)定試驗(yàn)方法測定混凝土抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時間和 1h 坍落度變化?；炷猎囼?yàn)配合比采用湖北省武漢市某混凝土攪拌站 C45 實(shí)際配合比，具體見表 2。

表2 C45 混凝土配合比 kg/m 3

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 緩凝劑對膠凝材料凈漿性能的影響

2.1.1 緩凝劑對膠凝材料水化熱的影響

圖1 為基準(zhǔn)膠材、摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和β環(huán)糊精的膠凝材料 3d 水化熱放熱曲線，3d 水化放熱總量見表 3。

圖1 緩凝劑對復(fù)合膠凝材料放熱曲線的影響

表3 摻緩凝劑膠凝材料 3d 水化熱值

從圖 1 中可以看出，與基準(zhǔn)膠材相比摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07% β環(huán)糊精的復(fù)合體系第一個放熱峰和第二個放熱峰均有降低，3d 水化熱從 309.77J/g 分別降低到 280.12J/g 和294.09J/g，分別降低了 9.6% 和 5.1%。這說明，緩凝劑的加入，能一定程度抑制膠凝體系早期水化速率，延長了水泥水化誘導(dǎo)期，推遲放熱峰的出現(xiàn)；但對第二放熱峰值無明顯調(diào)控作用。這與文獻(xiàn)報道的結(jié)果基本相一致[5]。

2.1.2 緩凝劑對膠凝材料凈漿溫升的影響

圖2 凈漿水化溫升曲線

表4 摻緩凝劑膠凝材料凈漿溫升值

2.1.3 緩凝劑對膠凝材料凈漿流動度的影響

表5 為基準(zhǔn)凈漿摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07%β 環(huán)糊精復(fù)合膠凝材料凈漿的流動度數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，與基準(zhǔn)體系相比，摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和環(huán)糊精復(fù)合體系初始流動度和1h 流動度較基準(zhǔn)均有明顯提高，1h 流動度損失降低。這說明緩凝劑具有一定的減水作用和較好的保塑作用。緩凝劑的加入，抑制了膠凝體系早期水化速率，漿料可以在較長時間保持塑性[6]，流動度損失減小。

表5 摻緩凝劑膠凝材料凈漿流動度

2.2 緩凝劑對混凝土性能的影響

2.2.1 緩凝劑對混凝土溫升的影響

圖3 混凝土溫升曲線

圖3 為摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07%β環(huán)糊精的 C45 混凝土溫升曲線，具體溫升值見表 6。數(shù)據(jù)表明，與基準(zhǔn)混凝土相比，摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07%β環(huán)糊精的混凝土水化最高溫度分別降低 2.7℃ 和 2.1℃，溫峰時間分別延遲 16.9h和 28.8h。這說明，摻入合適摻量的緩凝劑可以延緩混凝土水化進(jìn)程，在外界具有一定散熱條件下，摻入合適摻量的緩凝劑可以一定程度降低混凝土結(jié)構(gòu)溫升。但是通過單獨(dú)加入緩凝劑的方法來控制混凝土溫升具有局限性。

表6 混凝土溫升值

2.2.2 緩凝劑對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

表7 列出了基準(zhǔn)摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07%β 環(huán)糊精的 C45 混凝土抗壓強(qiáng)度。結(jié)果表明，摻入兩種緩凝劑，混凝土 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均有提高，28d 抗壓強(qiáng)度分別由52.1MPa 提高到 54.7MPa 和 55.8MPa，提高了 5% 和 7.1%。這說明，緩凝劑只是延緩了混凝土早期水化進(jìn)程，并未抑制混凝土最終水化程度。而且緩凝劑的加入，使得水泥顆粒周圍溶液中的水化產(chǎn)物分布的更加均勻，有利于水泥顆粒充分水化，提高混凝土中后期強(qiáng)度[7]。

表7 混凝土抗壓強(qiáng)度

2.2.3 緩凝劑對混凝土終凝時間的的影響

表8 列出了基準(zhǔn)摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07%β 環(huán)糊精的 C45 混凝土凝結(jié)時間。結(jié)果表明，與基準(zhǔn)混凝土相比，摻0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07%β 環(huán)糊精初凝時間和終凝時間均有延長，終凝時間分別延長 6h 和 8h。在工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體需求選擇合適的緩凝劑和摻量。

表8 混凝土凝結(jié)時間

2.2.4 緩凝劑對混凝土 1h 坍落度損失的影響

表9 列出了基準(zhǔn)摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07%β 環(huán)糊精的 C45 混凝土的坍落變化。結(jié)果表明，與基準(zhǔn)混凝土相比，摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07%β 環(huán)糊精初始坍落度和 1h 坍落度均有明顯提高，摻 0.07%β 環(huán)糊精的混凝土 1h 坍落度損失只有 5mm。這與凈漿流動度變化趨勢相一致。說明葡萄糖酸鈉和β環(huán)糊精均具有明顯的輔助塑化效應(yīng)，可以有效減少混凝土坍落度經(jīng)時損失。

表9 緩凝劑對混凝土 1h 坍落度變化的影響

4 結(jié)論

（1）摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07% β環(huán)糊精能一定程度降低水泥水化熱，分別降低了9.6% 和 5.1%，說明這兩種緩凝劑都能抑制水泥早期水化速率。

（2）較基準(zhǔn)混凝土相比，摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07% β環(huán)糊精混凝土水化最高溫度分別降低了 2.7℃ 和 2.1℃，溫峰時間延遲 10h 和 12.9h。這說明緩凝劑可以延緩混凝土水化放熱溫峰出現(xiàn)時間，在外界具有一定散熱條件下可以降低混凝土最高溫升。但通過單獨(dú)加入緩凝劑的方法來控制混凝土溫升具有局限性。

（3）摻0.07%葡萄糖酸鈉和 0.07% β環(huán)糊精混凝土 28d抗壓強(qiáng)度分別提高 5.0% 和 7.1%，緩凝劑只是延緩了混凝土早期水化進(jìn)程，并未抑制混凝土最終水化程度。

（4）摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和β環(huán)糊精混凝土終凝時間分別延遲 6h 和 8h。在工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體需求選擇合適的緩凝劑和摻量。

（5）摻 0.07% 葡萄糖酸鈉和 0.07% β環(huán)糊精混凝土 1h坍落度損失減小 20mm 和 35mm。說明葡萄糖酸鈉和β環(huán)糊精均具有明顯的輔助塑化效應(yīng)，可以有效減少混凝土坍落度經(jīng)時損失。

[1] 宋少民，王林. 混凝土學(xué)[M]. 武漢：武漢理工出版社，2013:87-88.

[2] 黃宗凱，趙自勉，胡小勇. 緩凝劑對混凝土性能的影響[J].江西建材，2012(6):22-23

[3] 吳翠娥，劉虎，張曉果. 水泥砂漿水化熱溫升測量裝置[P].中國：CN 204789573 U, 2015-11-18.

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

Study on the effect of the retarder on the concrete performance

Hou Weihong, Liu Yan, Liu Hu, Zhang Xiaoguo
( Wuhan Sanyuan Special Building Materials Co., Ltd., Wuhan 430083)

This paper researched the effect of the sodium gluconate and β-cyclodextrins on the hydration heat of cement, temperature raising curves of cementing material and concrete, concrete compressive strength, setting time and slump loss. The results showed that, compared to the reference system, the hydration heat of cement can be reduced in a certain degree with 0.07% of sodium gluconate and β-cyclodextrins, by 9.6% and 5.1% respectively. However, the highest temperature of cement paste hydration was not reduced. And the peak times delay 10h and 12.9h compared to the reference cement system. The top hit of concrete hydration was reduced by 2.7℃ and 2.1℃, and the final setting times delay 6h and 8h, and the slump loss after 1h was reduced 20mm and 35mm. This shows that retarder can reduce the highest hydration temperature of concrete in a certain degree, with a good effect on controlling the slump loss, and not reducing the final strength of concrete.

retarder; hydration heat; temperature curve of concrete; compressive strength

侯維紅（1979—），男，高級工程師。