超缓凝型聚羧酸减水剂的研制及应用

杜保立

（深圳港创建材股份有限公司）

0 引言

随着经济的发展，城市化得到进一步的推动，这也就促使了一些超高、超大、超深的工程出现。尤其是随着车站的建设，在深基坑的支护结构中采用钻孔咬合桩工艺，对混凝土的凝结时间有较高要求，要求混凝土的终凝时间要达到72h 以上，且必须要满足混凝土的施工质量要求[1-3]。而目前国内市场上的减水剂对混凝土终凝时间的控制一般在10 个小时左右，难以达到钻孔咬合桩工艺的要求，因此研制出一种凝结时间在72h 以上的超缓凝型聚羧酸减水剂势在必行。

本试验中以聚羧酸减水剂来复配三种不同的缓凝组份以及它们的复配混合物D 来探究不同的混凝组份对水泥净浆的流动度和凝结时间以及混凝土各项工作性能的影响。

1 超缓凝型聚羧酸减水剂的研制

1.1 原材料

⑴聚羧酸高性能减水剂，自制；

⑵葡萄糖酸钠，诸城曙光生物科技有限公司，工业级；

⑶某多羟基醛，天津市致远化学试剂有限公司，分析纯；

⑷某有机酸类，天津市致远化学试剂有限公司，分析纯。

1.2 性能测试方法

水泥净浆流动度试验按照GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中规定的相关标准执行，折固掺量为0.10%，实验用水为自来水，所用水泥为基准水泥。

水泥凝结时间试验按照GBT1346—2011 水泥标准稠度、凝结时间、安定性检验方法。

混凝土试验按照GB 8076-2008《混凝土外加剂》相关规定执行，制作的抗压试件规格为100mm×100mm×100mm。

2 试验结果与讨论

2.1 葡萄糖酸钠复配聚羧酸减水剂对水泥净浆的影响

以自制5%浓度聚羧酸高性能减水剂作为空白组，分别外掺葡萄糖酸钠0.2%～1.4%作为对照组，以0.8%的减水剂掺量，根据水泥净浆流动度试验方法，记录净浆初始流动度、1 小时净浆流动度及初、终凝时间，数据结果如图1、图2。

图1 10%浓度聚羧酸减水剂外掺葡萄糖酸钠对水泥净浆的影响

图2 不同葡萄糖酸钠掺量对水泥净浆凝结时间的影响

综合图1、图2 分析得出，相较于空白组，随着葡萄糖酸钠的掺量逐渐增加，与聚羧酸减水剂复配后对水泥净浆流动性能也逐渐增大，并且对水泥净浆的初凝时间和终凝时间也逐渐延长；但随着葡萄糖酸钠的掺量达到1.8%之后，对水泥净浆效果反而下降，且对水泥净浆的初凝和终凝时间的延长效果逐渐降低。这是由于葡萄糖酸钠的掺量增加会促进Aft 的生成，大量生成的Aft 会消耗更多的自由水，使水泥浆体迅速稠化；当葡萄糖酸钠掺量较低时，生成少量的Aft 不会促进浆体凝结，又能抑制硅酸三钙的水化，所以可以达到延长凝结时间的效果[4]。

2.2 某多羟基醛复配聚羧酸减水剂对水泥净浆的影响

本试验选用某多羟基醛作为单掺的缓凝组分，与自制聚羧酸减水剂复配，按照上述试验方法进行水泥净浆凝结时间和流动度对比实验，结果如图3、图4。

图3 10%浓度聚羧酸减水剂外掺有机糖A 对水泥净浆的影响

图4 不同有机糖A 掺量对水泥净浆凝结时间的影响

由图3 可知，该有机糖类A 与聚羧酸减水剂复配后，稍减少了水泥净浆流动度，即增加了水泥浆体的可塑性。

由图4 可知，随着有机糖A 的掺量增加，大幅延长了水泥净浆的初凝时间和终凝时间，在聚羧酸减水剂中1%的掺量比空白组延长2 倍的终凝时间。考虑到对聚羧酸减水率的影响和实际需求效果，故掺量不宜过高。

2.3 有机酸类复配聚羧酸减水剂对水泥净浆的影响

选用自制聚羧酸减水剂与有机酸复配，探究不同掺量下有机酸缓凝组分对水泥净浆的性能效果，试验结果如图5、图6。

图5 10%浓度聚羧酸减水剂外掺有机酸B 对水泥净浆的影响

图6 不同有机酸B 掺量对水泥净浆凝结时间的影响

从图5 和图6 可以看出，掺入有机酸B 的聚羧酸减水剂对水泥净浆流动性能有较好的提升，随着有机酸B的掺量在减水剂中逐渐增加，对水泥净浆的缓凝效果也逐渐增强。这是由于在聚羧酸减水剂的强分散效应下，柠檬酸与溶液中的二价钙离子形成络合物而抑制了氢氧化钙的结晶析出[5]。

2.4 三种缓凝组分与聚羧酸减水剂复合添加的最优探究

分别对三种缓凝组分按照不同比例互掺，与自制聚羧酸减水剂复配，参照国标进行水泥净浆试验，试验结果如表1。

表1 三种缓凝组分复核添加比例对水泥净浆的影响

通过三种缓凝剂按不同比例互掺得到混合物D，复配自制聚羧酸减水剂，为得到72 小时凝结时间，混合物D 在减水剂中含量为18%。综合对比D-2 到D-7 六个复掺比例，为减少缓凝组分对外加剂减水率的影响，并考虑经济适用原则，最终选用D-7 组，PN:A:M=3:5:2。

3 超缓凝型聚羧酸减水剂及三组分缓凝复配混合物D 性能测试

3.1 试验原材料

水泥：华润P.O 42.5R；粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰；矿粉：S95 级矿渣粉；砂：中砂，细度模数为2.8；石：5～25 石子连续级配。

3.2 混凝土试验

本实验研制的超缓凝型聚羧酸减水剂应用于某商混站，并要求混凝土符合深基坑的支护结构中钻孔咬合桩工艺需求，早期强度要求较低，终凝时间控制在72 小时左右，对自制的超缓凝型聚羧酸减水剂CH-1 和缓凝混合物D 组分掺量确定，并测定混凝土凝结时间和7d、28d、60d 抗压强度，控制坍落度在(200±20)mm，采用标号为C35 配合比进行性能测试，检测配合比如表2。

表2 C35 超缓凝混凝土配合比 (kg/m3)

混凝土试验结果如表3。

表3 混凝土工作性、凝结时间和抗压强度试验结果

由表3 可知，在减水剂相同掺量下，三组分缓凝混合物D 复配掺量从5%、10%、15%、20%四个梯度增加。从工作性来看，混凝土的流动性和保水性均较好，利于混凝土施工泵送；从终凝时间结果上看，15%和20%达到目标要求，分别达到74h、78h；从混凝土7d、28d 强度来看，随着缓凝组分的增加，已经影响了混凝土强度的增长，考虑到过多的缓凝组分会影响水泥水化延缓和强度增长，混合物D 掺量为15%较为合适。

综上可知，自制的超缓凝型聚羧酸减水剂CH-1 延缓了水泥的水化速度，并且对混凝土的流动性、粘聚性和保水性都有较好的增效作用。

4 结论

通过试验得出葡萄糖酸钠、有机糖类、有机酸类与自制聚羧酸减水剂复配以及三组分混合复配对水泥水化的影响关系，缓凝效果为：有机糖D＞葡萄糖酸钠PN＞有机酸M。试验结果表明：这三种缓凝组份分别与聚羧酸减水剂复配使用时，可以延长混凝土的初凝和终凝时间；这三者的混合物与聚羧酸减水剂复配时，有利于减少混凝土坍落度的经时损失，同时凝结时间进一步延长。