硫代硫酸鈉和聚羧酸減水劑復配對混凝土性能的影響研究

1 前 言

近些年來，伴隨著我國社會、經濟的快速發展，人們對美好生活的期望越來越高，國家和地方政府均加大了對公路、航空、鐵路、住宅等基礎設施以及城市地下綜合管廊、海綿城市、美麗鄉村等新興產業的投入和建設力度。全國各地如火如荼的工程建設，極大地帶動了水泥、水泥制品、混凝土以及混凝土外加劑等工程相關產業的快速發展。在這些工程相關的產業中，發展最為迅速，科技含量最高的就是混凝土外加劑。在我們的很多工程施工中，為了保證施工安全、質量，提高施工效率，縮短工期，就必須采用摻加早強減水劑、早強劑、促凝劑等方式來提高混凝土的早期強度。例如，在低溫條件下進行混凝土作業，生產預制構件、水泥制品以及實施搶修、應急工程，都會大量地使用早強劑以及早強減水劑。我國北方地區進入冬季以后以及南方地區在冬季氣溫降至-5℃以下的施工中都會經常采用摻加早強劑和早強減水劑的技術措施，以促使混凝土盡快達到臨界強度，防止混凝土凍壞[1]。在大量的工程實踐中，廣大工程技術人員多選用復合型的早強減水劑。

目前，我國已用于工程實踐的早強型復合減水劑產品還不多見。而且，已面世的產品中，其產品開發思路大多采用復配方式進行，具體是指采用氨基磺酸鹽系、萘系等為代表的第二代減水劑與無機早強劑進行復合使用。采用這種方法開發的產品，其對混凝土的促凝、早強效果比較明顯。但是，它也面臨著摻量高，混凝土坍落度經時損失快，混凝土成型后表觀質量不佳，且對環境有一定程度的負面影響等問題，給混凝土施工留下了很多風險。如果將早強劑組分與高效減水劑組分復合使用，則增塑、減水、早強和后期增強效果都是相當大的[2]。在本文的研究中，課題組使用以高性能著稱的第三代混凝土減水劑-聚羧酸系減水劑作為母體，與早強性能優異的硫代硫酸鈉進行復合使用。重點考察其復配后的物理、化學相容性，并通過單因素參數試驗，系統研究在低溫條件下，硫代硫酸鈉在不同摻量條件時對混凝土各項施工性能指標的影響，嘗試了一種開發早強型聚羧酸系減水劑的試驗方法。

2 試驗樣品與試驗方法

2.1 試驗樣品

試驗采用一種常規減水型聚羧酸減水劑產品（產品型號CCL-02）作為母體與不同摻量的硫代硫酸鈉早強劑進行復配。聚羧酸減水劑的含固量為11.2%，推薦摻量為1.6%-2.0%，當摻量為1.8%時，其減水率為29%；硫代硫酸鈉早強劑采用的是江蘇優帝雅化工有限公司生產的工業級產品，含量98%；水泥采用的是四川某廠家生產的42.5R普硅水泥，其性能指標為：細度0.6%（采用80um篩試驗），燒失量2.15%，標準稠度用水量26%，初凝時間170min，終凝時間235min，28天抗壓強度51.5 MPa；采用成都本地所產的中砂作為試驗用砂，其含泥量為2.6%，細度模數2.8；混凝土配比試驗所用石子為四川綿竹所產的連續級配碎石（粒徑5-31.5mm），其表觀密度為2780kg/m3，孔隙率41%，含泥量0.3%；試驗所用的粉煤灰為四川某火力發電廠出產的II級粉煤灰。

2.2 試驗方法

為了研究硫代硫酸鈉早強劑、聚羧酸系減水劑復合使用對混凝土性能的影響，課題組按照設計的摻加比例，先將硫代硫酸鈉和聚羧酸減水劑進行充分攪拌，并混合均勻后，再準確稱量摻加進混凝土中。表1給出了硫代硫酸鈉和聚羧酸系減水劑的復配技術方案，并給出了在3℃的溫度條件下硫代硫酸鈉在聚羧酸減水劑中的溶解情況。從表1中可以看出，硫代硫酸鈉和聚羧酸減水劑的相容性情況良好。混凝土試驗所采用的配合比如表2所示；不同凝期的混凝土試塊均放在同一溫度、濕度環境中進行養護，養護溫度設置為3℃。

表1 硫代硫酸鈉、聚羧酸系減水劑的復配方案

表2 混凝土試驗配合比（kg/m3）

3 試驗結果與分析

3.1 硫代硫酸鈉摻量對混凝土坍落度的影響

統一設定聚羧酸減水劑摻量為1.8%，研究硫代硫酸鈉在不同摻量條件下對混凝土坍落度及擴展度的影響。試驗結果如表3、圖1所示。從表3、圖1中的數據分析中可以得出，在試驗所設定的摻量區間內：1）硫代硫酸鈉的摻入對混凝土的初始坍落度、擴展度有輕微負面影響；2）硫代硫酸鈉的加入對聚羧酸減水劑的保坍效果基本無負面影響。故，從有效保障混凝土施工性能的角度考慮，硫代硫酸鈉可以作為一種較為理想的可和聚羧酸減水劑復合使用的無機早強劑。

圖1 硫代硫酸鈉摻量對混凝土坍落度的影響

表3 硫代硫酸鈉摻量對混凝土坍落度的影響

3.2 硫代硫酸鈉摻量對混凝土凝結時間的影響

統一設定聚羧酸減水劑摻量為1.8%，研究硫代硫酸鈉在不同摻量條件下對混凝土凝結時間的影響。其試驗結果如表4、圖2所示。對表4、圖2的數據分析可以得出，不同摻量的硫代硫酸鈉早強劑的加入對混凝土的凝結時間產生了不同的影響，且具有一定的規律性。具體表現為：在試驗設定的摻量范圍內，隨著硫代硫酸鈉摻加量的上升，混凝土的凝結時間逐漸下降，從不摻硫代硫酸鈉時的22h30min下降到摻量1.5%時的14h35min，凝結時間縮短了7h55min。這充分說明，低溫環境下，在聚羧酸減水劑的工程應用中，可以通過摻加一定量的硫代硫酸鈉早強劑，來促進水泥的水化速度，縮短混凝土凝結時間和拆模時間。最終，實現提高施工效率，縮短施工工期，降低施工成本的目的。

3.3 硫代硫酸鈉摻量對混凝土強度的影響

統一設定聚羧酸減水劑摻量為1.8%，研究硫代硫酸鈉在不同摻量條件下對混凝土試塊抗壓強度的影響。其試驗結果見表5、圖3。從表5、圖3的數據分析中，可以得出：1）通過摻加硫代硫酸鈉，可以明顯提高混凝土的1天早期強度，且隨著摻量的提高，混凝土強度的提高幅度越大。當摻量為1.5 %時，混凝土1天早期強度提升了3.7MPa，提升幅度高達58%；2）摻入硫代硫酸鈉早強劑對混凝土的3天強度影響很小；3）硫代硫酸鈉早強劑的加入，對混凝土的28天強度有較大影響。當硫代硫酸鈉摻入量≤0.6%時對低溫環境下混凝土的28天強度有一定提升，當摻量超過0.9%后對混凝土的28強度有較大的負面影響。故，從不影響混凝土的28天最終評價強度考慮，當和聚羧酸減水劑復配使用時，硫代硫酸鈉早強劑的摻量不宜超過0.6%。

表4 硫代硫酸鈉摻量對混凝土凝結時間的影響

表5 硫代硫酸鈉摻量對混凝土強度的影響

圖3 硫代硫酸鈉摻量對混凝土強度的影響

4 結 語

1）硫代硫酸鈉和聚羧酸減水劑的物理、化學相容性良好。

2）將硫代硫酸鈉摻入混凝土后，基本不影響聚羧酸減水劑的減水、保塑性能。硫代硫酸鈉可以和聚羧酸減水劑復合使用，并作為一種理想的早強減水劑。

3）硫代硫酸鈉和聚羧酸減水劑復合使用時，硫代硫酸鈉早強劑的摻入可以有效提高混凝土的1天強度，對混凝土的3天強度影響很小，并且，當硫代硫酸鈉早強劑摻量≤0.6%時，還可以有效提高混凝土的28天評定強度。

4）聚羧酸減水劑和硫代硫酸鈉復合配制早強型減水劑時的推薦摻量分別為：聚羧酸減水劑1.8%，硫代硫酸鈉0.6%。

[1]田培,劉加平,王玲,冉千平.混凝土外加劑手冊[M].北京：化學工業出版社,2009.

[2]施惠生,孫振平,鄧愷.混凝土外加劑實用技術大全M].北京：中國建材工業出版社,2008.