缓凝剂对砂浆性能的影响研究

邹亮

（重庆建研科之杰新材料有限公司，重庆 402760）

0 引言

缓凝剂是在工程施工中必不可少的一种外加剂，主要应用于炎热气候条件下的长距离运输、大体积混凝土施工、碾压混凝土施工和油气井固井高温混凝土作业。缓凝剂的加入，可有效延缓水泥水化放热温峰出现的时间，有利于混凝土、砂浆等建筑材料在长运输距离、高环境气温等条件下保持塑性，从而保证浇筑质量；当天气、工期等其他特殊情况影响施工进度时，也需掺入缓凝剂，以避免形成施工裂缝。缓凝剂不仅能延长砂浆凝结时间，同时还能改善砂浆的工作性能。

砂浆的经时损失与使用场景、季节及温度高度相关。在配制砂浆的过程中，需要结合缓凝剂的抗凝工作特性，选择恰当的缓凝剂种类与掺量。本文在配合比、成型条件不变的前提下，试验考察了不同缓凝剂种类对砂浆工作性能的影响，试验结果为工程应用提供技术参考。

1 试验材料与方案

1.1 试验材料

水泥：本文采用海螺牌 P·O42.5 水泥，其性能指标见表 1。

表 1 水泥技术指标

矿粉：重庆钰宏 S95 矿粉，28 天活性 97%。

细骨料：石灰石碎石破碎的机制砂，细度模数值2.8，MB 值 1.5，含粉量 10.2%。

聚羧酸外加剂：重庆建研科之杰新材料有限公司自制。

缓凝剂：试验对象包括白糖、葡萄糖酸钠、胺类聚合物、氨基三甲叉膦酸、柠檬酸、三聚磷酸钠六种。

1.2 试验方案

1.2.1 砂浆流动度

试验用砂浆配合比见表 2，不掺缓凝剂砂浆初始流动度控制在 180～220mm 范围内。将水泥、矿粉、砂一次性投入搅拌机，干拌均匀后，加入掺有外加剂的拌合水搅拌 90s，环境温度控制在 (20±3)℃，出料后进行砂浆初始流动度测试。初始流动度测试完成后，将砂浆样品装入用湿布擦过的带盖试样筒内，转移至恒温恒湿养护箱进行静置（温度 (30±3)℃、湿度 (70±5)%），并进行 1h、2h 砂浆流动度测试（从加水搅拌时刻开始计时）。

表 2 砂浆配合比 kg

1.2.2 砂浆凝结时间

将搅拌好的砂浆，装入湿布擦过的砂浆凝结时间测定容器内，在温度 (30±3)℃、湿度 (70±5)% 条件下进行养护，并按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行砂浆凝结时间测试。

1.2.3 砂浆强度

将搅拌好的砂浆，装入用机油涂抹均匀、规格为70.7mm×70.7mm×70.7mm 的砂浆强度试模，在温度(30±3)℃、湿度 (70±5)% 条件下养护 7 天，脱模后将试块转移至标准养护室，并按照 JGJ/T 70—2009 进行砂浆 3d、7d、28d 强度测试。

2 试验结果与讨论

2.1 不同种类缓凝剂对砂浆性能的影响

试验对比研究了不掺缓凝剂以及白糖、葡萄糖酸钠、胺类聚合物、柠檬酸、三聚磷酸钠、氨基三甲叉膦酸六种缓凝剂在 3% 掺量下砂浆的流动性、凝结时间和抗压强度，结果见表 3。

2.1.1 不同种类缓凝剂对砂浆流动度的影响

从表 3 中可以看出白糖、葡萄糖酸钠、胺类聚合物三种缓凝剂显著降低砂浆的 2h 经时损失，未掺缓凝剂的砂浆 2h 后无流动度，掺白糖、葡萄糖酸钠、胺类聚合物的砂浆 2h 后流动度分别为 179mm、235mm、163mm；三聚磷酸钠、氨基三甲叉膦酸两种缓凝剂能够降低砂浆的 1h 经时损失，掺上述两种缓凝剂的砂浆1h 砂浆流动度比未掺缓凝剂的砂浆大 30mm 左右；柠檬酸的加入显著降低了砂浆的初始流动度，与未掺缓凝剂的砂浆相比，加入柠檬酸后砂浆的初始流动度降低49mm。从上述试验结果可以看出，葡萄糖酸钠明显提高了砂浆各时段的流动度，白糖对砂浆初始流动度几乎没有影响，但其 2h 砂浆流动度仅次于葡萄糖酸钠。

2.1.2 不同种类缓凝剂对砂浆凝结时间的影响

由表 3 和图 1 可知，未掺缓凝剂时砂浆凝结时间2.4h，六种缓凝剂均具备良好的缓凝作用。白糖的缓凝效果最佳，掺后砂浆凝结时间达到了 8h；掺葡萄糖酸钠的砂浆凝结时间仅次于掺白糖，凝结时间为 6h；胺类聚合物、柠檬酸、三聚磷酸钠和氨基三甲叉膦酸的缓凝效果接近，砂浆凝结时间约 4h。

图 1 不同种类缓凝剂对砂浆凝结时间的影响

2.1.3 不同种类缓凝剂对砂浆抗压强度的影响

由表 3 和图 2 可知，随着时间的变化，不同缓凝剂对砂浆强度的影响略有差异。白糖、柠檬酸、三聚磷酸钠和氨基三甲叉膦酸掺入后，砂浆的 3d 强度分别比未掺缓凝剂的砂浆 3d 强度低 0.8MPa、1.4MPa、1.1MPa、4.1MPa；葡萄糖酸钠和胺类聚合物掺入后，砂浆的 3d 强度分别提高了 1.2MPa、2.2MPa。掺葡萄糖酸钠、胺类聚合物、柠檬酸的砂浆 7d 强度比未掺缓凝剂的砂浆分别提高了 4.7MPa、5.7MPa、4.0MPa。掺白糖、葡萄糖酸钠和柠檬酸的砂浆 28d 强度比未掺缓凝剂的砂浆强度分别提高 4.2MPa、1.5MPa、2.8MPa；掺三聚磷酸钠和氨基三甲叉膦酸后砂浆的 28d 强度低于未掺缓凝剂的砂浆强度。

表 3 不同缓凝剂种类对砂浆性能的影响

由此可知，掺入白糖和柠檬酸会使砂浆的 3d 强度降低，但随着龄期的增加，从 7d 开始强度不低于未掺缓凝剂砂浆强度，28d 后强度增长更明显；掺葡萄糖酸钠和胺类聚合物砂浆的 3d、7d 强度均高于未掺缓凝剂砂浆强度，但后期强度增长趋势降低，28d 强度略高于未掺缓凝剂砂浆强度；掺三聚磷酸钠和氨基三甲叉膦酸的砂浆各龄期强度均低于未掺缓凝剂砂浆强度，它们的掺入会对砂浆强度起到不利的影响。

图 2 不同缓凝剂种类和时间下砂浆的强度

2.2 白糖、葡萄糖酸钠不同掺量对砂浆性能的影响

综合评估六种缓凝剂对砂浆流动度、凝结时间和强度的影响，白糖和葡萄糖酸钠不管是在缓凝效果还是对砂浆流动性保持能力上均具有明显的优势。为深入了解缓凝剂掺量对砂浆综合性能的影响，细化开展白糖和葡萄糖酸钠的掺量研究，掺量分别为 1%、3%、5%、7%。试验结果见表 4。

2.2.1 白糖、葡萄糖酸钠不同掺量对砂浆流动度的影响

根据表 4 所示，随着白糖掺量的增加，砂浆初始流动度与未掺缓凝剂砂浆流动度差异不大，但都能有效改善砂浆 1h 经时损失；3% 掺量时，能使 2h 砂浆流动度达到 179mm，具有一定流动性能；5%掺量时，砂浆有最大的初始流动度和最佳的流动度保持效果，2h 流动度只降低了 9mm；当白糖掺量达到 7%时，砂浆初始流动度较未掺缓凝剂降低 11mm，2h 流动度比 5% 掺量时小 35mm，这表明当白糖掺量超过最佳掺量后，会对砂浆的流动度及流动度保持能力带来不利影响。

随着葡萄糖酸钠掺量从 0% 增加到 5%，砂浆各时段流动度逐步增加，在 5% 掺量时砂浆初始流动度达到最大值，比未掺缓凝剂砂浆增加了 81mm，2h 流动度比初始流动度减少了 22mm；当葡萄糖酸钠掺量达到 7%时，初始流动度低于掺量为 5% 时的流动度，但 1h 流动度放大 33mm，2h 流动度比初始大 26mm。因此，葡萄糖酸钠的加入会使砂浆初始流动度增加，在 5% 时初始流动度达到最大值，砂浆 2h 流动度也随掺量的增加逐步增大，7% 掺量时，达到最大的 2h 砂浆流动度值。

从数据上分析两种缓凝剂对砂浆流动度的影响效果，葡萄糖酸钠初始流动度、1h 流动度、2h 流动度均大于同掺量下白糖的流动度，说明葡萄糖酸钠更有利于砂浆流动度的增加。

2.2.2 白糖、葡萄糖酸钠不同掺量对砂浆凝结时间的影响

从图 3a）可以看出，随着白糖掺量的增加，砂浆凝结时间先增加后下降，白糖掺量从 0% 增加到5%时，砂浆凝结时间从 2.4h 增加到 11.8h，而掺量增加到7% 时，砂浆的凝结时间反而下降到 9.2h。从图 3b）可以看出，随着葡萄糖酸钠的掺量从 0% 增加到 7% 时，砂浆的凝结时间呈现出单调增加的趋势，从 2.4h 增加到 10.8h。从两种缓凝剂对砂浆凝结时间的对比来看，0%～5% 掺量范围内，同掺量下的白糖凝结时间均比葡萄糖酸钠的凝结时间长，说明白糖的缓凝效果好于葡萄糖酸钠；当掺量增加到 7% 时，由于白糖的超量加入，导致砂浆凝结时间呈下降趋势，而葡萄糖酸钠在掺入7% 时，砂浆凝结时间依然呈上升趋势。

表 4 白糖、葡萄糖酸钠不同掺量对砂浆性能的影响

图 3 白糖、葡萄糖酸钠不同掺量对砂浆凝结时间的影响

2.2.3 白糖、葡萄糖酸钠不同掺量对砂浆强度的影响

如图 4a）所示，随着白糖掺量从 0% 增加到 7%，砂浆 3d 强度呈下降趋势，从 35.5MPa 降至 30.6MPa；各白糖掺量的砂浆 7d 强度值相近；28d 强度值呈先增加后下降的趋势，当白糖掺量为 5% 时，28d 强度值达到 59.9MPa，比 0% 时增加 11.2MPa，掺量为 7% 时，28d 强度比 0% 时只增加 5.4MPa。分析白糖对砂浆强度的影响，白糖对砂浆早期强度有不利的影响，但到 7d时，其强度值与 0% 掺量时相近，28d 后强度会随白糖掺量增加而增大，在掺量为 5% 达到最大值，继续增加会因白糖的超量，使强度降低。

如图 4b）所示，随着葡萄糖酸钠掺量的增加，砂浆 3d 强度呈先增加后下降的趋势，掺量从 0% 增加到3%，砂浆 3d 强度从 35.5MPa 增加到 36.7MPa，掺量增加到 7% 时，3d 强度下降到 33.7MPa；砂浆 7d 强度也呈先增加后下降的趋势，掺量从 0% 增加到 3%，砂浆7d 强度从 38.8MPa 增加到 43.5MPa，掺量增加到 7%时，7d 强度下降到 39.8MPa；砂浆 28d 强度随葡萄糖酸钠掺量的增加单调增加，在掺量为 7% 时，砂浆强度达到 58.9MPa，比 0% 掺量的 28d 强度提高 10.2MPa。从数据分析，葡萄糖酸钠加入砂浆后，各龄期强度数据比未掺缓凝剂强度普遍提高，只有掺量超过 5% 时，因砂浆凝结时间延长，使得 3d 强度值偏低，说明葡萄糖酸钠的加入对砂浆强度有利。

图 4 白糖、葡萄糖酸钠不同掺量对砂浆强度的影响

3 结论

（1）葡萄糖酸钠对砂浆各时段流动度有非常明显的改善作用；白糖、胺类聚合物对砂浆流动度也有一定的改善效果；而氨基三甲叉膦酸、三聚磷酸钠对砂浆流动度影响较小；柠檬酸会显著降低砂浆初始流动度。

（2）白糖、柠檬酸会使砂浆 3d 强度偏低，但 28d强度有显著的增长，白糖 5% 掺量时，砂浆 28d 强度取得最大值；葡萄糖酸钠随着掺量的增加，砂浆 3d、7d强度呈先增加后下降的趋势，砂浆 28d 强度单调增加；胺类聚合物对砂浆 3d、7d 强度有增强作用，但 28d 强度增长效果不明显；氨基三甲叉膦酸、三聚磷酸钠对砂浆各凝期强度均无改善。

（3）六种缓凝剂的掺入均延长了砂浆的凝结时间，具有明显的缓凝效果。在 0%～5% 掺量范围内，白糖的缓凝效果最好，5% 掺量时砂浆凝结时间最长；葡萄糖酸钠在 0%～7% 掺量范围内，砂浆凝结时间随掺量的增加单调递增。