聚羧酸減水劑控制混凝土保坍時間與凝結時間技術研究

摘要 文章針對混凝土在施工過程中常遇到的保坍時間過短和凝結時間過長的問題，提出了一種以聚羧酸減水劑為主要控制劑的新技術。通過復配不同摻量的復合型緩凝劑與保坍母液，探究聚羧酸減水劑對混凝土保坍時間和凝結時間的影響。實驗結果表明，聚羧酸減水劑的加入可以顯著延長混凝土的保坍時間，也可以有效控制混凝土的凝結時間，確保施工進度和質量。通過對聚羧酸減水劑性質和作用機理的研究，揭示了其在混凝土工程中的應用潛力，為混凝土施工提供了一種有效的技術手段。

關鍵詞 聚羧酸減水劑；復合型緩凝劑；保坍時間；凝結時間

中圖分類號 TU528.042.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0056-04

0 引言

因道路擁堵，長距離運輸，超高泵送，大體積混凝土等因素，導致對混凝土保坍性能與凝結時間要求越來越高。保坍時間的控制對確?；炷恋臐仓阅苁种匾?，因為較長的保坍時間可以使混凝土施工更容易，降低較長輸送距離或較復雜的工程形狀時的施工難度[1]。凝結過程是指混凝土中的水泥顆粒與水發生化學反應，形成凝膠體系的過程，凝膠的形成使混凝土能夠獲得一定的強度和硬度。凝結時間的控制對確?；炷恋脑缙趶姸劝l展和施工進度都十分重要，然而，聚羧酸減水劑的應用存在一些問題，例如劑量控制、配合比設計等因素，都會對其效果產生影響[2-5]。因此，該文旨在通過對混凝土中聚羧酸減水劑的應用技術進行研究，探討不同的保坍母液與復合型緩凝劑對保坍時間和凝結時間的影響，從而提高混凝土的工作性能和施工性能，為工程實踐提供理論和技術支持。

1 混凝土保坍時間與凝結時間

聚羧酸減水劑是一種常用的混凝土外加劑，將其摻入混凝土當中可以有效調節和改善混凝土性能，用于控制混凝土的保坍時間和凝結時間?；炷镣饧觿┑膽貌粌H有利于完善混凝土性能，還有助于增強混凝土施工的整體質效。它可以增加混凝土的流動性，降低黏性，提高抗裂性能，并有效控制水膠比。在聚羧酸減水劑的應用研究中，保坍時間的控制是一個重要的考慮因素。保坍時間是指混凝土從攪拌到采樣后的時間內，保持適宜坍落度的能力[6]。聚羧酸減水劑可以通過在混凝土中形成穩定的分散體系，延長水泥顆粒的分散時間，從而延長保坍時間。研究表明，通過調節聚羧酸減水劑的用量和分子結構，可以實現不同保坍時間要求的混凝土施工。

凝結時間的控制也是聚羧酸減水劑研究的重點之一。凝結時間是指混凝土從攪拌到開始凝結的時間。過長的凝結時間可能導致混凝土硬化不完全，無法達到設計要求的強度。聚羧酸減水劑可以通過調節分散劑的分子結構，改變它們與水泥顆粒之間的相互作用，從而控制凝結時間。研究表明，改變聚羧酸減水劑的結構或添加其他輔助劑，可以靈活調控凝結時間，滿足不同工程對混凝土硬化時間的要求[7-8]。

總的來說，聚羧酸減水劑控制混凝土保坍時間和凝結時間的技術研究包括調節聚羧酸減水劑的用量、結構和添加其他輔助劑等方法，以實現混凝土在施工過程中的理想坍落度和硬化時間。

2 保坍母液與緩凝劑的作用

在高溫的夏季，要想保持混凝土穩定的可塑性狀態，保坍母液的選擇和使用尤為重要。合適的保坍母液能夠穩定保持混凝土的擴展度和流動性，保證混凝土能夠順利泵送至指定地點，工程質量更高也更可靠。

在混凝土中摻入復合型緩凝劑的目的是延緩水泥的水化熱，使新拌混凝土能在較長時間內保持適宜坍落度，從而調節新拌混凝土的凝結時間。復合型緩凝劑可通過調節凝結時間，改善混凝土的工作進度以及可操作時間。當公路工程施工需要延長混凝土凝結時間、提高混凝土的長效塑性時，會選擇使用復合型緩凝劑，在此環節，緩凝劑可發揮延長凝結搗實時間、推遲水化放熱、減少裂縫概率和縮小坍落度損失等作用。應用復合型緩凝劑時，必須基于實際施工環境進行混凝土配合比試驗，從而確定復合型緩凝劑最佳用量。

3 配合比設計

3.1 設計依據

《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55—2011）。

《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020）。

《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG 3420—2020）。

《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080—2016）。

《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）。

《混凝土外加劑技術實用大全》。

3.2 設計參數要求

坍落度指標：≥200 mm。

擴展度指標：≥500 mm。

保坍時間：緩凝劑一定，調整不同的保坍母液，得出不同的保坍母液對應的保坍時間。

凝結時間：保坍母液一定，調整不同的緩凝劑用量，得出不同的緩凝劑用量對應的凝結時間。

工作性能：流動性、黏聚性、保坍性、保水性、包裹性能良好，無離析、無泌水、無抓底。

3.3 原材料的選擇

總體選取原則：材料質量穩定，技術成熟，具有實用先例，就地取材，樣品易取易得。

3.3.1 水泥選擇

水泥為普通硅酸鹽水泥P·O42.5，性能指標見表1，為貴陽海螺水泥廠生產。

3.3.2 砂石材料選擇

經試驗，納晴十標料場砂石材料極為穩定，巖石母材強度高，各項試驗檢測性能指標均滿足規范要求，擬選取該料場砂石材料開展對比試驗。

3.3.3 摻和料的選擇

摻和料可以選擇硅灰、礦粉及粉煤灰等，因考慮硅灰添加不方便，礦粉價格高于粉煤灰，所以選擇經濟、易于添加的粉煤灰作為摻和料。

3.4 原材料質量要求

巖石母材：巖石的抗壓強度滿足要求，即抗壓強度與混凝土強度不應小于1.5，堿活性滿足要求。

粗骨料：堅硬度高，粗骨料應具有較高的硬度和強度，不易被壓碎和磨損。骨料表面光滑，粗骨料表面應光滑、平整，不應有裂縫和凹凸不平的情況。含塵量低，粗骨料應具有較低的含塵量，不應有泥土、腐葉、樹根等雜質。針片狀顆粒含量≤7%，含泥量（重量比）≤0.5%，泥塊含量（重量比）≤0.25%，壓碎指標≤10%，級配合格。

細骨料：亞甲藍值≤0.5，細度模數2.6～2.9，0.075 mm以下含量10%左右，壓碎值≤10，級配合格。

水泥：滿足GB 175—2007要求。

粉煤灰：滿足GB/T 1596—2005要求。

減水劑：滿足GB 8076—2008聚羧酸高性能減水劑要求，減水率大于25%，通過調整不同的保坍母液用量與緩凝劑用量控制不同的保坍時間與凝結時間。

3.5 原材料的檢驗結果

巖石母材檢驗結果：抗壓強度120 MPa左右，無堿活性。

粗骨料：針片狀含量0.7%，含泥量0.2%，泥塊含量0.0%，壓碎值7.8。

細骨料：亞甲藍值0.5，細度模數2.8，壓碎值8.0%，0.075 mm以下含量6%，級配滿足規范要求。

水泥：初凝時間190 min，終凝時間260 min，安定性合格，比表面積345 kg/m2，3 d抗折強度5.2 MPa，28 d抗折強度6.2 MPa，3 d抗壓強度23.5 MPa，28 d抗壓強度46.8 MPa，氯離子含量0.025%，堿含量0.60%。

減水劑：減水率28%，7 d抗壓強度比160，28 d抗壓強度比150。

3.6 混凝土配合比設計

試驗用配合比按照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55—2011）進行設計，設計的配合比應使混凝土具有良好的和易性，參考數據如表2所示。混凝土拌合物性能測試按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080—2016）的要求進行。配合比試驗溫度為25 ℃，混凝土設計標號為C50。

（1）聚羧酸減水劑保坍母液用量為10%，分別使用2%，4%，6%，8%，10%的復合型緩凝劑復配進行對比試驗，試驗結果見表3、圖1。

表3、圖1試驗結果表明：保坍母液一定，不同比例的緩凝劑，緩凝劑越多，保坍效果越好，凝結時間越長；每增加2%的緩凝劑，初凝時間延長3～5 h，終凝時間相應也延長3～5 h。復合緩凝劑和保坍母液使用是相輔相成的，超長保坍需要足夠量的復合緩凝劑支撐。在試驗比例范圍內，緩凝劑越多，混凝土工作性能越好。

（2）聚羧酸減水劑復合型緩凝劑為3%，分別使用8%，12%，14%，18%，22%的保坍母液復配進行對比試驗，試驗結果見表4、圖2。

表4、圖2試驗結果表明：緩凝劑一定，不同比例的保坍母液，保坍母液越多，保坍效果越好，保坍時間越長，凝結時間也相應地延長；保坍母液的用量影響凝結時間的長短，每增加4%的保坍母液，初凝時間延長1～2 h，終凝時間延長2～3 h；保坍母液用量達到18%時，混凝土從出機6 h基本沒有坍落度損失，滿足超長保坍，超高泵送等混凝土的施工要求。

4 實際應用效果

（1）對超長保坍混凝土的應用調整，凱里同心村2號大橋C80超長保坍自密實混凝土澆筑，通過調整減水劑保坍母液用量，延長了混凝土保坍時間。混凝土工作性能良好，6 h沒有坍落、擴展度損失，滿足現場施工要求，順利完成混凝土澆筑。

（2）納晴五標白水河特大橋C60自密實混凝土澆筑，通過調整減水劑保坍母液用量，混凝土工作性能良好，7 h沒有坍落、擴展度損失，滿足現場施工要求，順利完成混凝土澆筑。

（3）對超長凝結時間混凝土的應用調整，貴金十標金烽烏江特大橋C30錨定大體積混凝土澆筑，通過試驗確定復合型緩凝劑用量，初凝時間為28 h，終凝時間32 h。延長了凝結時間、推遲了水化放熱、減少了裂縫產生的概率，以及縮小了坍落度損失。

（4）對超高泵送混凝土的應用調整，納晴十標六枝特大橋（垂直泵送距離約200 m）C60超高泵送混凝土，通過調整保坍母液與復合型緩凝劑用量比例，混凝土工作性能滿足現場施工要求，混凝土順利澆筑。

5 總結

實驗結果表明，聚羧酸減水劑對混凝土保坍時間與凝結時間具有顯著的調控效果。聚羧酸減水劑的加入可以顯著延長混凝土的保坍時間，使其在施工過程中具有較長的可操作性。同時，適量的聚羧酸減水劑摻量也可以有效控制混凝土的凝結時間，確保施工進度和質量。通過調整聚羧酸減水劑配方，使用不同的保坍比例，形成穩定的分散體系，控制水泥顆粒的運動速度和方向，使混凝土保持適宜的坍落度，從而控制混凝土的保坍時間方便施工操作。通過復配不同比例的復合型緩凝劑，聚羧酸減水劑吸附在水泥顆粒表面，改變水泥顆粒之間的相互作用力，從而抑制水泥顆粒的集聚和膠凝反應的進行，延緩混凝土的凝結時間。聚羧酸減水劑的保坍和復合型緩凝劑添加量直接影響混凝土的保坍時間與凝結時間控制效果。添加量適中能夠實現理想的保坍時間控制，添加量過少容易導致混凝土凝結過快，造成嚴重的蜂窩麻面等外觀問題，而過量添加則可能導致混凝土保坍時間過長或者無法凝結。準確控制混凝土的保坍時間和凝結時間，可以提高混凝土的施工效率。施工人員可以在保坍時間內充分利用混凝土的流動性來完成澆筑和振搗工作，確保混凝土的澆筑質量和工藝?？偠灾?，聚羧酸減水劑是一種有效控制混凝土保坍時間與凝結時間的技術手段。合理選擇適量的保坍和復合型緩凝劑的用量，能夠實現有效的混凝土施工控制，以滿足工程施工的要求，為混凝土施工提供了一種有效的技術手段。將來的研究可以進一步優化聚羧酸減水劑的配方和應用方式，以滿足不同混凝土工程的需求。

參考文獻

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