聚羧酸系減水劑對初凝時間及保塑性能的影響

楊歡園 許德明

摘要：高性能減水劑主要包括聚羧酸系減水劑和氨基羧酸系減水劑，其中以聚羧酸系減水劑居多。聚羧酸系減水劑摻量以及組分的不同會對混凝土初凝時間、保塑性能有著很大影響。因此，通過改變減水劑摻量以及組分可以控制混凝土的初凝時間以及保塑性能，從而生產出符合工程實際的混凝土。探討高性能減水劑的摻量以及組分對于混凝土的初凝時間和保塑性能的具體影響對于指導工程實際具有很大現實意義。

Abstract： High performance water reducer mainly include polycarboxylic acid-type water reducer and aminocarboxylic acid-type water reducer， among which polycarboxylic acid-type water reducer are mostly used. The amount of polycarboxylic acid water reducer and the different components will have a great influence on the initial setting time and plastic retention performance of concrete. Therefore， by changing the amount and composition of water reducer， the initial setting time and plastic retention performance of concrete can be controlled， so as to produce concrete that conforms to the actual project. Discussing the content of high performance water reducer and the specific influence of the components on the initial setting time and plastic retention performance of concrete have great practical significance for guiding the project.

關鍵詞：高墩施工;高性能減水劑;初凝時間;保塑性能

Key words： high pier construction;high performance water reducer;initial setting time;plastic retention performance

中圖分類號：TU528.042.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）11-0271-02

1? 聚羧酸系減水劑的摻量對初凝時間、保塑性能的影響

通過添加聚羧酸系減水劑能使混凝土初凝時間和保塑性能得到改善。本次研究目的主要是探究聚羧酸系減水劑對初凝時間與保塑性能的變化影響。

1.1 聚羧酸系減水劑的摻量對初凝時間的影響

本次研究中以貴州產中興南友外加劑、C40混凝土為例，通過添加不同摻量減水劑的C40混凝土在20℃下初凝時的測定，實驗數據整理得到表1。

在表1中，序號2摻量1.1%聚羧酸時、砼初凝時間明顯比序號1要長得多，它不能滿足連續施工的要求。滿足要求的序號1初始坍落度只有80mm，1h后坍落度仍有70mm，在施工過程中能順利從砼罐車中流出，仍具有良好的保塑性能以及低動力粘度。由此可以看出，只有序號1砼配比初凝時間能接近滿足連續施工的要求（且只能采用塔吊加吊斗施工）。按《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》，砼初凝時間是在20℃±2℃時用砼貫入阻力儀，采用篩砂漿法、試針下沉25mm±2mm所達阻力3.5MPa時為砼初凝時刻。一般的，對同一種配比，隨溫度升高砼初凝時間縮短，反之延長。

1.2 聚羧酸系減水劑的摻量對保塑性能的影響

通過4組不同配合比的C40混凝土在20℃下添加不同劑量中興南友外加劑的實驗，整理得到表2。

從表2中可看出，當減水劑摻量增大時，砼初始坍落度增大，反之減小。

常規摻量的高性能砼其初凝時間明顯延長是由于保塑、緩凝組份絕對數量變大，或緩凝、或阻止水化反應的進行。較低摻量的高性能砼膠凝材料數量變大，用水量增加，使水化反應速度加快。因此，較小的初始坍落度、良好的保塑性能就可以達到砼初凝時間5～6h的要求。

2? 聚羧酸系減水劑的組份對砼初凝時間、保塑性能的影響

2.1 減水劑的組份

由聚羧酸母液、緩凝、保塑組份、起泡劑（微沫劑）、微量引氣劑與消泡劑以及絕大部分的水構成。

2.2 減水劑具體組分搭配

本次實驗將用到4種減水劑、減水劑配比見表3。

2.3 減水劑組分影響實驗

以下進行減水劑組分影響實驗，并將各實驗組的具體材料組分描述如下：

①序號1～12的配比。水泥均采用福泉西南P.O42.5水泥，其28d抗壓強度為45.0MPa，水泥初凝時間2h29min。對C30、C40碎石采用5～31.5mm連續級配碎石（石灰巖），由19～31.5∶9.5～19∶4.75～9.5mm=20%∶60%∶20%摻配而成。外加劑采用中興南友聚羧酸高性能減水劑。

②序號13、14的配比。水泥采用貴定海螺盤江P.O42.5水泥，其28d抗壓強度為46.0MPa，水泥初凝時間3h22min，其余材料不變。

③序號15減水劑各成分所占比例變為丙烯酸酯217%、葡萄糖酸鈉2%、蔗糖3%、起泡劑K12（十二烷基醇硫酸鈉）0.25%、極微量引氣劑（每100kg成品中再加入0.14L三萜皂甙）、水約77.7%，其余材料與序號13、14相同。

④序號16、17減水劑各成分所占比例變為丙烯酸酯215%、緩釋型2.0%、蔗糖5%、起泡劑K12（十二烷基醇硫酸鈉）0.2%、極微量引氣劑（每100kg成品中再加入0.14L三萜皂甙）、水約77.8%，其余材料與序號15相同。

⑤序號18減水劑中緩凝組份全部變為5%葡萄糖酸鈉，其余材料與序號16、17相同。

⑥序號19無減水劑，其余材料同上。

2.4 實驗結果總結

①不摻減水劑時，C30砼坍落度損失很大，1h通?？蛇_到80～120mm（對初始坍落度140～200mm）。雖然砼粘度不大，但初凝時間明顯比砼規定的5～6h要長一些。這是因為初始坍落度較大的緣故。

高性能減水劑摻量在0.6～0.7%時（此時減水率大約在16～18%左右），對初始坍落度80～90mm左右的砼水膠比一般在0.48～0.52之間。1h坍落度無明顯損失（≦10mm），動力粘度低（倒坍落度筒流出時間18～26s）、砼砂率對機制砂大約在40～50%之間。

高性能減水劑摻量在0.9～1.0%時，初始坍落度明顯變大。當保塑性能良好時，砼初凝時間也明顯比5～6h大。它是由于其內在的緩釋型聚羧酸起主要作用，隨接枝共聚鏈的逐漸斷開，不斷釋放出羧酸分子，使得其具有不斷的螯合能力以及更強靜電斥力而產生強烈持久的分散作用。甚至當緩釋型聚羧酸百分含量增加時，隨時間延長，砼初始坍落度增加，但3～4h后砼可能離析。

②不摻減水劑時，C40砼采用P.O42.5水泥難以達到配制強度的要求。坍落度損失大，砼初凝時間較規定的5～6h稍長一些。

高性能減水劑摻量在0.7～0.8%左右時，其減水率大約在20%左右。當初始坍落度80～90mm，1h后坍落度無明顯損失，砼初凝時間接近規定的5～6h。當摻粉煤灰時，其用量應適當。28～60d砼強度仍可持續增長，粉煤灰的取代率一般在15%左右。

采取上述辦法的C40砼要求動力粘度低，其倒坍落度筒流出時間（初始坍落度80～90mm）一般20～26s，時間越短則粘度越小。C40砼水膠比一般在0.36～0.41之間，但砼偏于上限，一般在0.39～0.41之間。通過適當增加膠材用量及用水量，減少減水劑摻量，減小初始坍落度，使得砼配制強度，初凝時間及保塑性能都得到保證，但無疑對減水劑中單體聚羧酸及緩釋型改性性能、合適的摻量等提出了更為嚴厲的內在要求，也絕不是僅僅通過緩凝組份的調整可以實現的。

③砼保塑性能最優先的是砼保坍能力，實驗中對C30、C40砼實測1h坍落度損失應≦10mm，在坍落度80～90mm情形下要求非常之高，但通過反復試配調整完全可以達到。

對C30～C40砼，應該主要采用保塑性能好的經過改性的單體聚羧酸配以恰當摻量的緩釋型。實在不行時，甚至采用專門的保坍劑，它不求過高的減水率，但追求高保塑性。對C30砼，摻0.6～0.7%高性能減水劑初始坍落度80～90mm時砼初凝時間比不摻減水劑的砼縮短1～2h;對C40砼，摻0.7～0.8%時砼初凝時間比不摻減水劑的砼縮短1h左右。

砼保塑性能是每一類型的砼施工時所必須要求的，砼緩凝時間是相比較不摻減水劑砼而言的。葡萄糖酸鈉、蔗糖、聚乙烯醇等都是緩凝劑。砼保塑性能在只有緩凝劑的情形下仍然可能無法保證，它只是外因、內在的條件只能是單體聚羧酸或改性后的緩釋型自身的保塑性能。保塑必含有緩凝，但緩凝不一定保塑。過量緩凝成分的加入，并不能改變砼的保塑性能。相反，它使砼初凝時間大為延長，且有可能對砼抗壓強度造成永久性的損害。

總之，高性能減水劑對砼的保塑性能主要由單體聚羧酸內在因素所決定，當采用改性聚羧酸及添加緩釋型時，對C30、C40砼初始坍落度80～90mm，1h坍損要求≦10mm，砼初凝時間可以滿足或接近5～6h的要求。當砼初凝時間6～7h時，最大初始坍落度不應超過180mm，取得組織施工方的同意，并按此組織施工。目前，高墩施工主要以≦C40砼為主。本文所做的研究對砼配比設計無疑具有重要的意義。

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