保水劑粒徑和膨脹劑摻量對水泥凝結(jié)時間的影響

張少華，王起才，2，張戎令，2，祁璐帆，徐瑞鵬（.蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州　730070；2.道橋工程災(zāi)害防治技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州　730070）

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保水劑粒徑和膨脹劑摻量對水泥凝結(jié)時間的影響

張少華1，王起才1，2，張戎令1，2，祁璐帆1，徐瑞鵬1
（1.蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州730070；2.道橋工程災(zāi)害防治技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730070）

摘要鋼管混凝土中使用的水泥需具有較長的凝結(jié)時間。本文在測得不同粒徑保水劑的保水率后，通過改變膨脹劑的摻量和保水劑的粒徑，得到了在添加0. 6％檸檬酸緩凝劑和1. 2％萘系減水劑情況下，達(dá)到水泥最佳凝結(jié)時間的膨脹劑摻量和保水劑粒徑。試驗(yàn)結(jié)果還表明:當(dāng)膨脹劑的摻量一定時，水泥的凝結(jié)時間隨著保水劑粒徑的改變而改變，當(dāng)粒徑為0. 6～0. 9 mm時最長；當(dāng)保水劑粒徑一定，膨脹劑摻量從4％升高至8％時，水泥的凝結(jié)時間也相應(yīng)提高。

關(guān)鍵詞鋼管混凝土；凝結(jié)時間；保水劑；粒徑；膨脹劑；摻量

混凝土外加劑改善了混凝土的性能［1］。近年來，在外加劑的實(shí)用性方面進(jìn)行了許多研究，如鄧宗才等［2］針對不同外加劑和外摻料進(jìn)行了高性能混凝土徐變性能試驗(yàn)，提出了計算其徐變系數(shù)的參考公式；姜曉妮等［3］探討了混凝土外加劑中不同組分對水泥凝結(jié)時間的影響，并分析了其影響機(jī)理；張戎令等［4］通過復(fù)配外加劑對高性能混凝土相容性試驗(yàn)及收縮性能的對比試驗(yàn)，提出了外加劑的最優(yōu)摻量；陳明等［5］研究了膨脹劑在鋼管混凝土中的膨脹作用。

鋼管混凝土中的水泥需具有較好的和易性和較長的初凝時間，因此在混凝土中添加了減水劑和緩凝劑。為了防止鋼管混凝土內(nèi)鋼管與混凝土發(fā)生脫粘，還需在混凝土中加入一定量的膨脹劑。但膨脹劑發(fā)揮作用需要水的參與，而現(xiàn)在的混凝土的水灰比都較小，高強(qiáng)混凝土一般水灰比在0. 3左右，此時混凝土的膨脹率與高水灰比混凝土相比明顯減小［6］，因此需要在其中加入適量的保水劑。保水劑不會吸收水，只是暫時對水做了一個收納，以防止水化反應(yīng)太快消耗掉大量的水，影響膨脹劑發(fā)揮效果。然而，在混凝土中加入了減水劑、緩凝劑、膨脹劑和保水劑后，它們共同作用對水泥的凝結(jié)時間產(chǎn)生的影響尚不明確。本文通過在確定減水劑和緩凝劑含量的情況下，加入不同粒徑的保水劑和不同摻量的膨脹劑，研究了4種外加劑共同作用對混凝土的凝結(jié)時間產(chǎn)生的影響。

1　原材料及試驗(yàn)

1. 1原材料

對試驗(yàn)所用原材料的性能進(jìn)行了實(shí)測。試驗(yàn)采用P. O42. 5水泥，其性能指標(biāo)見表1；減水劑為萘系減水劑；膨脹劑為UEA-H膨脹劑，其性能指標(biāo)見表2；保水劑為聚丙烯酰胺，其主要成分見表3。

1. 2試驗(yàn)

表1　P. O42. 5水泥性能指標(biāo)

表2　UEA-H膨脹劑實(shí)測性能指標(biāo)

表3　保水劑成分　％

試驗(yàn)中水泥的凝結(jié)時間根據(jù)《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗(yàn)方法》（GB /T 1346—2001）進(jìn)行檢測。經(jīng)試驗(yàn)確定，500 g水泥的用水量為128. 5 g。試驗(yàn)測得：在加入0. 6％檸檬酸緩凝劑的情況下，加入1. 2％的萘系減水劑可得到最佳的凝結(jié)時間，初凝時長為874 min，終凝時長為879 min。在此基礎(chǔ)上，摻入不同保水劑粒徑和膨脹劑摻量，以得到4種外加劑共同作用下水泥的最佳凝結(jié)時間。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2. 1保水劑的保水性能

當(dāng)保水劑的粒徑不同時，其吸水率也不同，故對不同粒徑保水劑的保水性能做了相應(yīng)的測試。

將保水劑磨成相應(yīng)的粒徑，然后放入足量的水中讓其吸水，最終測得其保水率。保水率P的計算方法如式（1）所示。

式中：m1為保水劑的質(zhì)量，g；m2為保水劑所吸收的水的質(zhì)量，g。

保水劑的粒徑為：＜0. 15，0. 15～0. 30，0. 30～0. 45，0. 45～0. 60，0. 60～0. 90，＞0. 90 mm共6種。測得的每種粒徑的保水率如圖1所示。

圖1　不同粒徑保水劑的保水率

由圖1可知，保水劑的保水率隨著其粒徑的增長總體呈增大的趨勢，當(dāng)粒徑為0. 6～0. 9 mm時最大，為30 530. 00％。下面的試驗(yàn)中采用0. 45～0. 60，0. 60 ～0. 90，＞0. 90 mm的3種粒徑的保水劑，其保水率分別為28 316. 67％，30 530. 00％，29 853. 85％。

2. 2凝結(jié)時間

保水劑粒徑確定后，將4種外加劑同時加入水泥中，按GB /T 1346—2001測定其凝結(jié)時間。保水劑摻量按照其保水率加入，即假設(shè)128. 5 g水全部被保水劑吸收所需保水劑的用量。具體用量見表4。膨脹劑采用外摻法，摻量分別為4％和8％，即20，40 g。

確定好每個組分的摻量后，將其依次摻入，并按照規(guī)范測試凝結(jié)時間，試驗(yàn)測試結(jié)果如圖2、圖3所示。

將圖2、圖3中相同膨脹劑摻量下不同保水劑粒徑對應(yīng)的水泥的凝結(jié)時間相比較，可得：添加4％膨脹劑摻量時，0. 6～0. 9 mm粒徑的凝結(jié)時間最長，初凝時間為688 min，終凝時間為695 min。添加8％膨脹劑摻量時，依然是0. 6～0. 9 mm粒徑的凝結(jié)時間最長，初凝時長為703 min，終凝時長為708 min。

將不同保水劑粒徑、不同膨脹劑摻量的組分進(jìn)行對比，其初凝及終凝時間如圖4、圖5所示。

表4　不同粒徑的保水劑的用量

圖2　4％膨脹劑摻量和不同保水劑粒徑時的凝結(jié)時間

圖3　8％膨脹劑摻量和不同保水劑粒徑時的凝結(jié)時間

圖4　不同保水劑粒徑下的初凝時間

分析圖4、圖5中的數(shù)據(jù)可知，在保水劑的粒徑相同時，凝結(jié)時間隨著膨脹劑摻量的變大而變長。當(dāng)膨脹劑摻量由4％增加到8％時，0. 45～0. 60 mm粒徑時水泥的初凝時間變長65 min，即增大10. 50％，終凝時間變長75 min，即增大12. 04％；0. 60～0. 90 mm粒徑水泥的初凝時間變長15 min，即增大2. 18％，終凝時間變長13 min，即增大1. 87％；＞0. 90 mm粒徑水泥的初凝時間變長76 min，即增大13. 57％，終凝時間變長70 min，即增大11. 63％。

圖5　不同保水劑粒徑下的終凝時間

3　結(jié)論

1）保水劑的保水率隨其粒徑的增長總體呈現(xiàn)增大的趨勢，當(dāng)粒徑為0. 60～0. 90 mm時其保水率達(dá)到最大，為30 530. 00％。

2）當(dāng)外加劑中膨脹劑的摻量一定時，水泥的凝結(jié)時間隨著保水劑粒徑的增大而增大，到0. 60～0. 90 mm時達(dá)到最大，而后又開始減小。

3）當(dāng)保水劑的粒徑一定，膨脹劑的摻量從4％升高至8％時，水泥的凝結(jié)時間也有了相應(yīng)提高。但整體來看，0. 60～0. 90 mm粒徑的初、終凝時間提高得相對較少，分別為2. 18％和1. 87％。

4）分析整個試驗(yàn)的凝結(jié)時間可得，在添加0. 60％檸檬酸緩凝劑和1. 20％的萘系減水劑時，添加8％的膨脹劑和0. 42 g的粒徑為0. 60～0. 90 mm的保水劑顆粒，水泥的初、終凝時間最長，分別為703，708 min。

參考文獻(xiàn)

［1］蔣亞清.混凝土外加劑應(yīng)用基礎(chǔ)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］鄧宗才，徐海賓，李輝，等.高性能混凝土徐變規(guī)律的試驗(yàn)研究［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，39（6）：897-901.

［3］姜曉妮，劉征涯，高桂波.混凝土外加劑組分對水泥凝結(jié)時間的影響［J］. 21世紀(jì)建筑材料，2009，1（4）：38-40.

［4］張戎令，王起才，馬麗娜，等.復(fù)配外加劑體系對高性能混凝土收縮性能的影響［J］.硅酸鹽通報，2013，32（11）：2194-2199，2205.

［5］陳明.膨脹劑在鋼管混凝土中的膨脹作用研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

［6］廉慧珍，閻培渝.影響膨脹劑使用效果的若干因素［J］.建筑科學(xué)，2000，16（4）：12-16，35.

［7］中華人民共和國建設(shè)部. JGJ 63—2006混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

（責(zé)任審編周彥彥）

Influence of Water Retaining Agent Particle Size and Expansion Agent Dosage on Cement Setting Time

ZHANG Shaohua1，WANG Qicai1，2，ZHANG Rongling1，2，QI Lufan1，XU Ruipeng1
（1. College of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou Gansu 730070，China；2. Road and Bridge Engineering Disaster Prevention and Control Technology National Local Joint Engineering Laboratory，Lanzhou Gansu 730070，China）

AbstractT he cement used in concrete-filled steel tube needs a long setting time. After detecting the water retaining rate of water retaining agent with different particle size，this paper determined the best expansion agent dosage and particle size of water retaining agent for optimum cement setting time by changing the expansion agent dosage and the particle size of water retaining agent when adding 0. 6％citric acid retarder and 1. 2％naphthalene superplasticizer. T he test results show that the cement setting time changes with the changing of water retaining agent particle size when the expansion agent dosage is certain and the setting time arrives the maximum value with particle size of 0. 6 ～0. 9 mm，and the cement setting time increases correspondingly when the particle size of water retaining agent is certain and the expansion agent dosage is from 4％to 8％，which could provide a reference for concrete-filled steel tube.

Key wordsConcrete-filled steel tube；Setting time；W ater retaining agent；Particle size；Expansion agent；Dosage

中圖分類號U214. 1+8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 39

文章編號：1003-1995（2016）06-0149-04

收稿日期：2016-02-02；修回日期：2016-04-11

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（51268032）；教育部長江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計劃（IRT15R29）

作者簡介：張少華（1991—），男，碩士研究生。