不同外加劑對SAC膠凝材料性能的影響研究

仲麗兵

【摘 要】為了掌握不同外加劑與SAC膠凝材料適應性，通過對聚羧酸減水劑、硼砂、檸檬酸、碳酸鋰、亞硝酸鈣對SAC膠凝材料，結果表明：聚羧酸減水劑、硼砂、檸檬酸、碳酸鋰、亞硝酸鈣與SAC膠凝材料有良好的適配性，可用作為SAC膠凝材料的減水劑和調凝劑，但單一外加劑無法滿足一般工程對凝結時間、強度等的要求，需要多種外加復配方可達到設計要求；自主合成一種復合型外加劑FH-1，以0.6%（質量比）摻入SAC膠凝材料可使其初、終凝時間分別達到36min和44min，可使膠砂3h、1d、3d抗壓強度分別達到33.1MPa、50.2MPa、61.8M。

【關鍵詞】SAC水泥；外加劑；外加劑適應性；抗壓強度

0 前言

外加劑是現代混凝土不可缺少的組分之一，是改善混凝土使用性能的一種重要方法和技術。摻少量外加劑可以改善新拌混凝土的工作性能，提高硬化混凝土的物理力學性能和耐久性。同時，外加劑的研究和應用促進了混凝土生產和施工工藝，以及新型混凝土業的發展。水泥混凝土外加劑使用的歷史很長，己成為混凝土的必要組分，被認為是繼鋼筋混凝土、預應力混凝土技術以后的第三次技術大突破。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1）SAC膠凝材料

2）其它外加劑

1.2 試驗方法

1）膠砂強度試驗

膠砂強度試驗依據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程規程》（JTG E30-2005）中的相關方法進行，但6養護中，養生條件為20℃、90%相對濕度養生箱養生，脫模時間為入模后2.5小時即可。試件尺寸為：40mm×40mm×160mm，分別測定其3h、1d、3d、7d抗壓、抗折強度。

2）減水劑與水泥適應性試驗

減水劑與水泥適應性試驗參照《水泥與減水劑相容性試驗方法》（JCT 1083-2008）中的試驗方法進行。

2 試驗結果與分析

萘系減水劑對SAC水泥相容性較差、減水效果較差，聚羧酸減水劑與SAC水泥相容性好，減水效果理想，本文將對聚羧酸減水劑與SAC水泥的相容性及對SAC性能的影響進行研究。進行了不同水灰比時聚羧酸減水劑和SAC的適應性試驗，測試時間為加水后5min。

當水灰比分別為0.2、0.3、0.4時聚羧酸減水劑的飽和摻量為0.5%、0.3%、0.15%。水灰比在0.2時，聚羧酸減水劑摻量大于0.5%時，凈漿流動度達到并保持在230mm左右，而水灰比在0.3時，減水劑摻量在0.25%時就可使流動達310mm，水灰比在0.4時，減水劑摻量僅需0.15%就可使流動度達到340mm。由此可見隨著水灰比的增大，減水劑的飽和摻量在逐漸降低，且在較低的摻量下就能使凈漿獲得較高的流動度，由此可見聚羧酸減水劑和SAC水泥有良好的相容性。

隨聚羧酸減水劑用量的增加，同等流動度的膠砂1d、3d抗壓強度都在逐漸增加，當減水劑用量達到0.2%后，膠砂試件的抗壓強度增長速度變緩。按照水泥減水劑的強度增強理論分析：在聚羧酸減水劑低摻量時，隨減水劑摻量增加用水量減少，使膠砂水灰比降低，繼而使膠砂強度增加；但隨著減水劑用量增加達到0.2%后，減水劑減水效果趨于飽和，增加聚羧酸減水劑會加劇其引氣效果，使得減水劑對膠砂強度增強效果減弱，甚至呈負面影響。

同等流動度下減水劑用量不同減水率也不同，其中當減水劑用量為0.1%時水灰比為0.37，減水率約為21.4%；當減水劑用量為0.2%時水灰比為0.3，其減水率為35.7%；當減水劑用量為0.3%時水灰比為0.29，減水率可達38.6%。

可看出硼砂具有緩凝作用，隨著硼砂摻量的增加SAC水泥的初、終凝時間逐漸延長，抗壓強度則逐漸減小；當硼砂摻量為0.1%時初凝時間延長至21min，終凝時間延長至53min，其初凝時間較短，現場施工可工作時間較短，難以實現拌合施工任務；當硼砂摻量為0.2%時初凝時間基本可以滿足施工要求，但其終凝時間相對較長、小時強度低，難以實現3-6小時開放交通的要求；當硼砂摻量為0.3%時，初、終凝時間大幅延長，3h時膠砂無法脫模測試強度，3天抗壓強度僅為標號強度的1/2，28天抗壓強度遠低于未摻硼砂的膠砂；硼砂延長終凝時間的效果優于初凝時間，硼砂在較低摻量（0.2%以下）時，對膠砂后期強度無明顯減弱作用，但當摻量較高（大于0.3%）時，對膠砂后期強度發展不利。

可看出檸檬酸摻入SAC水泥時也是一種有效的緩凝劑，檸檬酸作為SAC水泥緩凝劑時，對其膠砂小時強度基本無影響，但對后期強度發展影響較大，用作SAC水泥外加劑時摻量不宜超過0.10%；表3、4是氯化鋰和亞硝酸鈉兩種早強劑摻入SAC水泥后凝結時間和抗壓強度的測試結果：

碳酸鋰對SAC水泥凝集時間和抗壓強度的影響結果可看出，碳酸鋰對SAC水泥有明顯的早強效果，其原因是碳酸鋰可縮短SAC水泥水化反應誘導期并加速SAC水泥水化。當在SAC水泥中摻入0.02%碳酸鋰，可使SAC膠砂3h抗壓強度提高10MPa。

亞硝酸鈉對SAC水泥凝結時間也有明顯的影響，同時縮短SAC水泥的初、終凝時間，但不及碳酸鋰激烈，其摻量約為碳酸鋰摻量的10倍；亞硝酸鈣摻入SAC水泥能有效提高其小時強度，且隨摻量的增加而逐漸明顯，當摻量為1.5%時，可使3h、6h強度分別提高7.8、6.2MPa；同時也能大幅提高SAC水泥的后期強度，當摻量為1.5%時，可使SAC水泥3d強度提高8.2MPa，使28天強度提高12MPa。

復合型外加劑FH-1對膠凝材料性能的影響

通過前面研究可見，SAC水泥用于快速修復工程時，僅用單一的緩凝劑或早強劑都無法使SAC水泥性能達到設計要求。為了實現設計中對凝結時間、強度等多重要求，本文自主研制了一種復合型外加劑FH-1，FH-1是由硼砂、酒石酸鈉、碳酸鋰、亞硝酸鈣以及聚羧酸減水劑復合而成的外加劑。

當FH-1摻量為0.6%時，可滿足快速修復工程對膠凝材料的基本要求，從而使SAC水泥初凝時間大于30min、終凝時間小于60min，3-6h抗壓強度大于32MPa，后期強度大于65MPa。

3 試驗結論

本文研究了聚減水劑、調凝劑、改性劑等對膠凝材料的性能影響，主要結論有：

1）聚羧酸減水劑、硼砂、檸檬酸、碳酸鋰、亞硝酸鈣與SAC膠凝材料有良好的適配性，可用作為SAC膠凝材料的減水劑和調凝劑，但單一外加劑無法滿足一般工程對凝結時間、強度等的要求，需要多種外加復配方可達到設計要求；

2）自主合成一種復合型外加劑FH-1，以0.6%（質量比）摻入SAC膠凝材料可使其初、終凝時間分別達到36min和44min，可使膠砂3h、1d、3d抗壓強度分別達到33.1MPa、50.2MPa、61.8M。

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