超緩凝型聚羧酸減水劑的研制及應用

杜保立

（深圳港創建材股份有限公司）

0 引言

隨著經濟的發展，城市化得到進一步的推動，這也就促使了一些超高、超大、超深的工程出現。尤其是隨著車站的建設，在深基坑的支護結構中采用鉆孔咬合樁工藝，對混凝土的凝結時間有較高要求，要求混凝土的終凝時間要達到72h 以上，且必須要滿足混凝土的施工質量要求[1-3]。而目前國內市場上的減水劑對混凝土終凝時間的控制一般在10 個小時左右，難以達到鉆孔咬合樁工藝的要求，因此研制出一種凝結時間在72h 以上的超緩凝型聚羧酸減水劑勢在必行。

本試驗中以聚羧酸減水劑來復配三種不同的緩凝組份以及它們的復配混合物D 來探究不同的混凝組份對水泥凈漿的流動度和凝結時間以及混凝土各項工作性能的影響。

1 超緩凝型聚羧酸減水劑的研制

1.1 原材料

⑴聚羧酸高性能減水劑，自制；

⑵葡萄糖酸鈉，諸城曙光生物科技有限公司，工業級；

⑶某多羥基醛，天津市致遠化學試劑有限公司，分析純；

⑷某有機酸類，天津市致遠化學試劑有限公司，分析純。

1.2 性能測試方法

水泥凈漿流動度試驗按照GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中規定的相關標準執行，折固摻量為0.10%，實驗用水為自來水，所用水泥為基準水泥。

水泥凝結時間試驗按照GBT1346—2011 水泥標準稠度、凝結時間、安定性檢驗方法。

混凝土試驗按照GB 8076-2008《混凝土外加劑》相關規定執行，制作的抗壓試件規格為100mm×100mm×100mm。

2 試驗結果與討論

2.1 葡萄糖酸鈉復配聚羧酸減水劑對水泥凈漿的影響

以自制5%濃度聚羧酸高性能減水劑作為空白組，分別外摻葡萄糖酸鈉0.2%～1.4%作為對照組，以0.8%的減水劑摻量，根據水泥凈漿流動度試驗方法，記錄凈漿初始流動度、1 小時凈漿流動度及初、終凝時間，數據結果如圖1、圖2。

圖1 10%濃度聚羧酸減水劑外摻葡萄糖酸鈉對水泥凈漿的影響

圖2 不同葡萄糖酸鈉摻量對水泥凈漿凝結時間的影響

綜合圖1、圖2 分析得出，相較于空白組，隨著葡萄糖酸鈉的摻量逐漸增加，與聚羧酸減水劑復配后對水泥凈漿流動性能也逐漸增大，并且對水泥凈漿的初凝時間和終凝時間也逐漸延長；但隨著葡萄糖酸鈉的摻量達到1.8%之后，對水泥凈漿效果反而下降，且對水泥凈漿的初凝和終凝時間的延長效果逐漸降低。這是由于葡萄糖酸鈉的摻量增加會促進Aft 的生成，大量生成的Aft 會消耗更多的自由水，使水泥漿體迅速稠化；當葡萄糖酸鈉摻量較低時，生成少量的Aft 不會促進漿體凝結，又能抑制硅酸三鈣的水化，所以可以達到延長凝結時間的效果[4]。

2.2 某多羥基醛復配聚羧酸減水劑對水泥凈漿的影響

本試驗選用某多羥基醛作為單摻的緩凝組分，與自制聚羧酸減水劑復配，按照上述試驗方法進行水泥凈漿凝結時間和流動度對比實驗，結果如圖3、圖4。

圖3 10%濃度聚羧酸減水劑外摻有機糖A 對水泥凈漿的影響

圖4 不同有機糖A 摻量對水泥凈漿凝結時間的影響

由圖3 可知，該有機糖類A 與聚羧酸減水劑復配后，稍減少了水泥凈漿流動度，即增加了水泥漿體的可塑性。

由圖4 可知，隨著有機糖A 的摻量增加，大幅延長了水泥凈漿的初凝時間和終凝時間，在聚羧酸減水劑中1%的摻量比空白組延長2 倍的終凝時間。考慮到對聚羧酸減水率的影響和實際需求效果，故摻量不宜過高。

2.3 有機酸類復配聚羧酸減水劑對水泥凈漿的影響

選用自制聚羧酸減水劑與有機酸復配，探究不同摻量下有機酸緩凝組分對水泥凈漿的性能效果，試驗結果如圖5、圖6。

圖5 10%濃度聚羧酸減水劑外摻有機酸B 對水泥凈漿的影響

圖6 不同有機酸B 摻量對水泥凈漿凝結時間的影響

從圖5 和圖6 可以看出，摻入有機酸B 的聚羧酸減水劑對水泥凈漿流動性能有較好的提升，隨著有機酸B的摻量在減水劑中逐漸增加，對水泥凈漿的緩凝效果也逐漸增強。這是由于在聚羧酸減水劑的強分散效應下，檸檬酸與溶液中的二價鈣離子形成絡合物而抑制了氫氧化鈣的結晶析出[5]。

2.4 三種緩凝組分與聚羧酸減水劑復合添加的最優探究

分別對三種緩凝組分按照不同比例互摻，與自制聚羧酸減水劑復配，參照國標進行水泥凈漿試驗，試驗結果如表1。

表1 三種緩凝組分復核添加比例對水泥凈漿的影響

通過三種緩凝劑按不同比例互摻得到混合物D，復配自制聚羧酸減水劑，為得到72 小時凝結時間，混合物D 在減水劑中含量為18%。綜合對比D-2 到D-7 六個復摻比例，為減少緩凝組分對外加劑減水率的影響，并考慮經濟適用原則，最終選用D-7 組，PN:A:M=3:5:2。

3 超緩凝型聚羧酸減水劑及三組分緩凝復配混合物D 性能測試

3.1 試驗原材料

水泥：華潤P.O 42.5R；粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰；礦粉：S95 級礦渣粉；砂：中砂，細度模數為2.8；石：5～25 石子連續級配。

3.2 混凝土試驗

本實驗研制的超緩凝型聚羧酸減水劑應用于某商混站，并要求混凝土符合深基坑的支護結構中鉆孔咬合樁工藝需求，早期強度要求較低，終凝時間控制在72 小時左右，對自制的超緩凝型聚羧酸減水劑CH-1 和緩凝混合物D 組分摻量確定，并測定混凝土凝結時間和7d、28d、60d 抗壓強度，控制坍落度在(200±20)mm，采用標號為C35 配合比進行性能測試，檢測配合比如表2。

表2 C35 超緩凝混凝土配合比 (kg/m3)

混凝土試驗結果如表3。

表3 混凝土工作性、凝結時間和抗壓強度試驗結果

由表3 可知，在減水劑相同摻量下，三組分緩凝混合物D 復配摻量從5%、10%、15%、20%四個梯度增加。從工作性來看，混凝土的流動性和保水性均較好，利于混凝土施工泵送；從終凝時間結果上看，15%和20%達到目標要求，分別達到74h、78h；從混凝土7d、28d 強度來看，隨著緩凝組分的增加，已經影響了混凝土強度的增長，考慮到過多的緩凝組分會影響水泥水化延緩和強度增長，混合物D 摻量為15%較為合適。

綜上可知，自制的超緩凝型聚羧酸減水劑CH-1 延緩了水泥的水化速度，并且對混凝土的流動性、粘聚性和保水性都有較好的增效作用。

4 結論

通過試驗得出葡萄糖酸鈉、有機糖類、有機酸類與自制聚羧酸減水劑復配以及三組分混合復配對水泥水化的影響關系，緩凝效果為：有機糖D＞葡萄糖酸鈉PN＞有機酸M。試驗結果表明：這三種緩凝組份分別與聚羧酸減水劑復配使用時，可以延長混凝土的初凝和終凝時間；這三者的混合物與聚羧酸減水劑復配時，有利于減少混凝土坍落度的經時損失，同時凝結時間進一步延長。