水泥温度对外加剂应用性能的影响

魏亚辉

（温州市丰源混凝土有限公司，浙江 温州 325026）

0 前言

混凝土作为结构基础建筑材料，需求量旺盛，这导致水泥、矿物掺合料、砂石等原材料消耗速度加快，使得混凝土原材料质量波动愈加频繁，应用于混凝土中带来了各种生产问题，给工程安全带来了潜在隐患[1]。

水泥是混凝土主要的胶凝材料，起到胶结作用，通过和水反应，将混凝土原材料胶结为完整的复合结构。刚生产的水泥温度高，局部温度达到 100℃ 以上，高温水泥水化快[2]、需水量高，应用于混凝土生产后用水量升高，坍损严重，尤其在大体积工程中短时间放出大量水化热，易造成工程体积稳定性不良，因此需要将水泥入库陈化，提高水泥的稳定性。但不少企业迫于水泥供应紧张，运来的水泥往往来不及冷却就直接用于混凝土生产，或者水泥库外表皮受到高温炙烤，导致水泥温度升高，因此在混凝土生产过程中要对热水泥带来的各种影响进行探究。

当前聚羧酸外加剂具有高效、环保、减水率高等诸多优点，已成为现代混凝土的第五组分，但由于自身分子特点，易受原材料波动而引起适应性不良问题。本文选取不同温度的水泥，研究热水泥与聚羧酸外加剂的适应性问题，以期为混凝土生产提供技术参考。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）水泥为红狮 P·O42.5 水泥，水泥的性能指标见表1。粉煤灰为Ⅱ级灰，需水比为 96%。矿粉为S95，含水率 0.5%。

表1 试验水泥性能指标结果

（2）细集料采用机制砂，细度模数为 2.8，MB 值为 2.0，石粉含量为 10%。

（3）石子为碎石，连续级配，由 5～10mm 小石和 10～25mm 的大石按照 3:7 混合而成，压碎值为10.0%。

（4）外加剂为缓凝型聚羧酸高性能减水剂，含固为 18%，浅黄色液体。

1.2 试验方法

（1）不同温度水泥的制备：将同一批次陈放 7 天自然冷却降温的水泥，取若干份进行混合，放置烘箱内，设置温度分别为 20℃、40℃、60℃ 、80℃、100℃，密封备用。

（2）水泥净浆试验按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。

（3）混凝土工作性能试验按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。混凝土抗压强度参照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行。

（4）试验混凝土配合比

采用典型的 C30 混凝土，混凝土配比及各原材料用量见表2。

表2 C30 混凝土配合比 kg/m3

2 试验结果及讨论

2.1 水泥温度对外加剂适应性的影响

采用水泥用量 300g，水 87g，外加剂掺量为1.5%，测试不同温度的水泥对水泥净浆流动度的影响。结果见表3、图1。

表3 不同温度水泥的净浆流动度

图1 水泥温度对水泥净浆流动度的影响

表3 和图1 结果显示，水泥温度升高，相同外加剂掺量下水泥净浆流动度呈下降趋势，当水泥温度在40℃ 以下时，水泥净浆流动度降低幅度相对较小，之后水泥温度升高，水泥净浆流动度大幅下降。水泥温度升高，水泥水化速率加快，尤其缩短水泥诱导期时间，水泥短期释放大量水化热，使得水泥硬化速度加快，水泥净浆流动性降低，当水泥温度达到 100℃ 时，水泥净浆基本无流动性，水化十分迅速。

2.2 水泥温度对外加剂掺量的影响

采用水泥胶砂流动度试验，水泥用量 450g，水180g，标准砂 1350g，外加剂用量为水泥胶砂扩展度为(180±5)mm 时的掺量，研究热水泥对外加剂掺量的影响，结果见表4、图2。

表4 水泥温度对外加剂掺量的影响

图2 水泥温度对外加剂掺量的影响

表4 和图2 结果所示，水泥温度提高，达到相同砂浆流动度的外加剂掺量随之增加，60℃ 以下的水泥外加剂掺量增幅相对较小，超过 60℃ 后的热水泥外加剂掺量急剧上升。水泥在高温下发生快速水化反应，短期生成大量的水化产物，聚羧酸分子吸附在水泥颗粒的同向电荷数量降低，从而使得外加剂的掺量增加。

2.3 水泥温度对混凝土工作性能和强度的影响

混凝土企业出于生产效率的考虑，运输的热水泥来不及陈放冷却就应用于生产，这就引起外加剂适应性不良、混凝土工作性能损失较快等问题，热水泥引起的抗压强度等问题也随之产生。为研究不同温度水泥对混凝土性能的影响，外加剂掺量为初始混凝土扩展度在(580±10)mm 时的用量，测试结果见表5。

水泥温度主要影响水泥水化放热速率和放热量，加速混凝土凝结。水泥温度提高，达到相同混凝土状态，外加剂掺量随之增加，但混凝土经时坍落度损失加快，尽管通过大幅提升外加剂掺量，100℃的热水泥混凝土初始流动性良好，但依然无法阻止混凝土坍落度显著损失。

当水泥温度在 60℃ 以下时，混凝土 7d 抗压强度随水泥温度增长而小幅增长，这是因为混凝土体系中水泥水化产物增多，对混凝土早期强度提升起到支撑作用[3]。但由于水泥温度持续升高会造成水化产物的无序分布，内部缺陷增多[4]，使得混凝土 7d 强度下降。同时，由于热水泥早期水化较多，混凝土后期增长乏力，对混凝土结构带来不利影响。

表5 掺入不同温度水泥的混凝土性能结果

2.4 水泥温度对混凝土外加剂缓凝效果的影响

保持适度的凝结时间对于混凝土高效施工、降低有害裂缝、降低水化热等十分必要[5]，水泥温度的改变对水泥水化速率造成影响，采用表2 所示 C30 配比进行拌和成型，测试了混凝土初凝和终凝时间，结果见表6、图3。

表6 不同水泥温度对混凝土外加剂缓凝效果的影响

图3 水泥温度对混凝土凝结时间影响

从试验结果可知，混凝土凝结时间随着水泥温度升高而降低，当水泥温度超过 60℃ 时混凝土快速凝结，产生硬化。水泥温度高时水化放热增加，加速水泥水化进程，从而使得混凝土凝结时间缩短。

3 结论

（1）水泥温度上升，水泥与外加剂的适应性下降，相同外加剂掺量时的水泥净浆流动度随温度升高而降低。

（2）水泥温度升高，水化放热加快，外加剂的调控作用减弱，且水泥温度高于 60℃ 时，外加剂掺量增加明显。

（3）混凝土达到相同流动性时，热水泥需要更多的外加剂掺量，高温水泥经时坍损增加。水泥温度低于60℃时，温度提高，混凝土 7d 抗压强度略有增加，但温度升高都会使混凝土 28d 抗压强度增长乏力。

（4）温度升高，混凝土凝结时间缩短，当水泥温度超过 60℃ 时混凝土硬化速度加快，外加剂的缓凝效果减弱。