緩凝劑對砂漿性能的影響研究

鄒亮

（重慶建研科之杰新材料有限公司，重慶 402760）

0 引言

緩凝劑是在工程施工中必不可少的一種外加劑，主要應(yīng)用于炎熱氣候條件下的長距離運輸、大體積混凝土施工、碾壓混凝土施工和油氣井固井高溫混凝土作業(yè)。緩凝劑的加入，可有效延緩水泥水化放熱溫峰出現(xiàn)的時間，有利于混凝土、砂漿等建筑材料在長運輸距離、高環(huán)境氣溫等條件下保持塑性，從而保證澆筑質(zhì)量；當(dāng)天氣、工期等其他特殊情況影響施工進度時，也需摻入緩凝劑，以避免形成施工裂縫。緩凝劑不僅能延長砂漿凝結(jié)時間，同時還能改善砂漿的工作性能。

砂漿的經(jīng)時損失與使用場景、季節(jié)及溫度高度相關(guān)。在配制砂漿的過程中，需要結(jié)合緩凝劑的抗凝工作特性，選擇恰當(dāng)?shù)木從齽┓N類與摻量。本文在配合比、成型條件不變的前提下，試驗考察了不同緩凝劑種類對砂漿工作性能的影響，試驗結(jié)果為工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 試驗材料與方案

1.1 試驗材料

水泥：本文采用海螺牌 P·O42.5 水泥，其性能指標見表 1。

表 1 水泥技術(shù)指標

礦粉：重慶鈺宏 S95 礦粉，28 天活性 97%。

細骨料：石灰石碎石破碎的機制砂，細度模數(shù)值2.8，MB 值 1.5，含粉量 10.2%。

聚羧酸外加劑：重慶建研科之杰新材料有限公司自制。

緩凝劑：試驗對象包括白糖、葡萄糖酸鈉、胺類聚合物、氨基三甲叉膦酸、檸檬酸、三聚磷酸鈉六種。

1.2 試驗方案

1.2.1 砂漿流動度

試驗用砂漿配合比見表 2，不摻緩凝劑砂漿初始流動度控制在 180～220mm 范圍內(nèi)。將水泥、礦粉、砂一次性投入攪拌機，干拌均勻后，加入摻有外加劑的拌合水?dāng)嚢?90s，環(huán)境溫度控制在 (20±3)℃，出料后進行砂漿初始流動度測試。初始流動度測試完成后，將砂漿樣品裝入用濕布擦過的帶蓋試樣筒內(nèi)，轉(zhuǎn)移至恒溫恒濕養(yǎng)護箱進行靜置（溫度 (30±3)℃、濕度 (70±5)%），并進行 1h、2h 砂漿流動度測試（從加水?dāng)嚢钑r刻開始計時）。

表 2 砂漿配合比 kg

1.2.2 砂漿凝結(jié)時間

將攪拌好的砂漿，裝入濕布擦過的砂漿凝結(jié)時間測定容器內(nèi)，在溫度 (30±3)℃、濕度 (70±5)% 條件下進行養(yǎng)護，并按照 JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行砂漿凝結(jié)時間測試。

1.2.3 砂漿強度

將攪拌好的砂漿，裝入用機油涂抹均勻、規(guī)格為70.7mm×70.7mm×70.7mm 的砂漿強度試模，在溫度(30±3)℃、濕度 (70±5)% 條件下養(yǎng)護 7 天，脫模后將試塊轉(zhuǎn)移至標準養(yǎng)護室，并按照 JGJ/T 70—2009 進行砂漿 3d、7d、28d 強度測試。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 不同種類緩凝劑對砂漿性能的影響

試驗對比研究了不摻緩凝劑以及白糖、葡萄糖酸鈉、胺類聚合物、檸檬酸、三聚磷酸鈉、氨基三甲叉膦酸六種緩凝劑在 3% 摻量下砂漿的流動性、凝結(jié)時間和抗壓強度，結(jié)果見表 3。

2.1.1 不同種類緩凝劑對砂漿流動度的影響

從表 3 中可以看出白糖、葡萄糖酸鈉、胺類聚合物三種緩凝劑顯著降低砂漿的 2h 經(jīng)時損失，未摻緩凝劑的砂漿 2h 后無流動度，摻白糖、葡萄糖酸鈉、胺類聚合物的砂漿 2h 后流動度分別為 179mm、235mm、163mm；三聚磷酸鈉、氨基三甲叉膦酸兩種緩凝劑能夠降低砂漿的 1h 經(jīng)時損失，摻上述兩種緩凝劑的砂漿1h 砂漿流動度比未摻緩凝劑的砂漿大 30mm 左右；檸檬酸的加入顯著降低了砂漿的初始流動度，與未摻緩凝劑的砂漿相比，加入檸檬酸后砂漿的初始流動度降低49mm。從上述試驗結(jié)果可以看出，葡萄糖酸鈉明顯提高了砂漿各時段的流動度，白糖對砂漿初始流動度幾乎沒有影響，但其 2h 砂漿流動度僅次于葡萄糖酸鈉。

2.1.2 不同種類緩凝劑對砂漿凝結(jié)時間的影響

由表 3 和圖 1 可知，未摻緩凝劑時砂漿凝結(jié)時間2.4h，六種緩凝劑均具備良好的緩凝作用。白糖的緩凝效果最佳，摻后砂漿凝結(jié)時間達到了 8h；摻葡萄糖酸鈉的砂漿凝結(jié)時間僅次于摻白糖，凝結(jié)時間為 6h；胺類聚合物、檸檬酸、三聚磷酸鈉和氨基三甲叉膦酸的緩凝效果接近，砂漿凝結(jié)時間約 4h。

圖 1 不同種類緩凝劑對砂漿凝結(jié)時間的影響

2.1.3 不同種類緩凝劑對砂漿抗壓強度的影響

由表 3 和圖 2 可知，隨著時間的變化，不同緩凝劑對砂漿強度的影響略有差異。白糖、檸檬酸、三聚磷酸鈉和氨基三甲叉膦酸摻入后，砂漿的 3d 強度分別比未摻緩凝劑的砂漿 3d 強度低 0.8MPa、1.4MPa、1.1MPa、4.1MPa；葡萄糖酸鈉和胺類聚合物摻入后，砂漿的 3d 強度分別提高了 1.2MPa、2.2MPa。摻葡萄糖酸鈉、胺類聚合物、檸檬酸的砂漿 7d 強度比未摻緩凝劑的砂漿分別提高了 4.7MPa、5.7MPa、4.0MPa。摻白糖、葡萄糖酸鈉和檸檬酸的砂漿 28d 強度比未摻緩凝劑的砂漿強度分別提高 4.2MPa、1.5MPa、2.8MPa；摻三聚磷酸鈉和氨基三甲叉膦酸后砂漿的 28d 強度低于未摻緩凝劑的砂漿強度。

表 3 不同緩凝劑種類對砂漿性能的影響

由此可知，摻入白糖和檸檬酸會使砂漿的 3d 強度降低，但隨著齡期的增加，從 7d 開始強度不低于未摻緩凝劑砂漿強度，28d 后強度增長更明顯；摻葡萄糖酸鈉和胺類聚合物砂漿的 3d、7d 強度均高于未摻緩凝劑砂漿強度，但后期強度增長趨勢降低，28d 強度略高于未摻緩凝劑砂漿強度；摻三聚磷酸鈉和氨基三甲叉膦酸的砂漿各齡期強度均低于未摻緩凝劑砂漿強度，它們的摻入會對砂漿強度起到不利的影響。

圖 2 不同緩凝劑種類和時間下砂漿的強度

2.2 白糖、葡萄糖酸鈉不同摻量對砂漿性能的影響

綜合評估六種緩凝劑對砂漿流動度、凝結(jié)時間和強度的影響，白糖和葡萄糖酸鈉不管是在緩凝效果還是對砂漿流動性保持能力上均具有明顯的優(yōu)勢。為深入了解緩凝劑摻量對砂漿綜合性能的影響，細化開展白糖和葡萄糖酸鈉的摻量研究，摻量分別為 1%、3%、5%、7%。試驗結(jié)果見表 4。

2.2.1 白糖、葡萄糖酸鈉不同摻量對砂漿流動度的影響

根據(jù)表 4 所示，隨著白糖摻量的增加，砂漿初始流動度與未摻緩凝劑砂漿流動度差異不大，但都能有效改善砂漿 1h 經(jīng)時損失；3% 摻量時，能使 2h 砂漿流動度達到 179mm，具有一定流動性能；5%摻量時，砂漿有最大的初始流動度和最佳的流動度保持效果，2h 流動度只降低了 9mm；當(dāng)白糖摻量達到 7%時，砂漿初始流動度較未摻緩凝劑降低 11mm，2h 流動度比 5% 摻量時小 35mm，這表明當(dāng)白糖摻量超過最佳摻量后，會對砂漿的流動度及流動度保持能力帶來不利影響。

隨著葡萄糖酸鈉摻量從 0% 增加到 5%，砂漿各時段流動度逐步增加，在 5% 摻量時砂漿初始流動度達到最大值，比未摻緩凝劑砂漿增加了 81mm，2h 流動度比初始流動度減少了 22mm；當(dāng)葡萄糖酸鈉摻量達到 7%時，初始流動度低于摻量為 5% 時的流動度，但 1h 流動度放大 33mm，2h 流動度比初始大 26mm。因此，葡萄糖酸鈉的加入會使砂漿初始流動度增加，在 5% 時初始流動度達到最大值，砂漿 2h 流動度也隨摻量的增加逐步增大，7% 摻量時，達到最大的 2h 砂漿流動度值。

從數(shù)據(jù)上分析兩種緩凝劑對砂漿流動度的影響效果，葡萄糖酸鈉初始流動度、1h 流動度、2h 流動度均大于同摻量下白糖的流動度，說明葡萄糖酸鈉更有利于砂漿流動度的增加。

2.2.2 白糖、葡萄糖酸鈉不同摻量對砂漿凝結(jié)時間的影響

從圖 3a）可以看出，隨著白糖摻量的增加，砂漿凝結(jié)時間先增加后下降，白糖摻量從 0% 增加到5%時，砂漿凝結(jié)時間從 2.4h 增加到 11.8h，而摻量增加到7% 時，砂漿的凝結(jié)時間反而下降到 9.2h。從圖 3b）可以看出，隨著葡萄糖酸鈉的摻量從 0% 增加到 7% 時，砂漿的凝結(jié)時間呈現(xiàn)出單調(diào)增加的趨勢，從 2.4h 增加到 10.8h。從兩種緩凝劑對砂漿凝結(jié)時間的對比來看，0%～5% 摻量范圍內(nèi)，同摻量下的白糖凝結(jié)時間均比葡萄糖酸鈉的凝結(jié)時間長，說明白糖的緩凝效果好于葡萄糖酸鈉；當(dāng)摻量增加到 7% 時，由于白糖的超量加入，導(dǎo)致砂漿凝結(jié)時間呈下降趨勢，而葡萄糖酸鈉在摻入7% 時，砂漿凝結(jié)時間依然呈上升趨勢。

表 4 白糖、葡萄糖酸鈉不同摻量對砂漿性能的影響

圖 3 白糖、葡萄糖酸鈉不同摻量對砂漿凝結(jié)時間的影響

2.2.3 白糖、葡萄糖酸鈉不同摻量對砂漿強度的影響

如圖 4a）所示，隨著白糖摻量從 0% 增加到 7%，砂漿 3d 強度呈下降趨勢，從 35.5MPa 降至 30.6MPa；各白糖摻量的砂漿 7d 強度值相近；28d 強度值呈先增加后下降的趨勢，當(dāng)白糖摻量為 5% 時，28d 強度值達到 59.9MPa，比 0% 時增加 11.2MPa，摻量為 7% 時，28d 強度比 0% 時只增加 5.4MPa。分析白糖對砂漿強度的影響，白糖對砂漿早期強度有不利的影響，但到 7d時，其強度值與 0% 摻量時相近，28d 后強度會隨白糖摻量增加而增大，在摻量為 5% 達到最大值，繼續(xù)增加會因白糖的超量，使強度降低。

如圖 4b）所示，隨著葡萄糖酸鈉摻量的增加，砂漿 3d 強度呈先增加后下降的趨勢，摻量從 0% 增加到3%，砂漿 3d 強度從 35.5MPa 增加到 36.7MPa，摻量增加到 7% 時，3d 強度下降到 33.7MPa；砂漿 7d 強度也呈先增加后下降的趨勢，摻量從 0% 增加到 3%，砂漿7d 強度從 38.8MPa 增加到 43.5MPa，摻量增加到 7%時，7d 強度下降到 39.8MPa；砂漿 28d 強度隨葡萄糖酸鈉摻量的增加單調(diào)增加，在摻量為 7% 時，砂漿強度達到 58.9MPa，比 0% 摻量的 28d 強度提高 10.2MPa。從數(shù)據(jù)分析，葡萄糖酸鈉加入砂漿后，各齡期強度數(shù)據(jù)比未摻緩凝劑強度普遍提高，只有摻量超過 5% 時，因砂漿凝結(jié)時間延長，使得 3d 強度值偏低，說明葡萄糖酸鈉的加入對砂漿強度有利。

圖 4 白糖、葡萄糖酸鈉不同摻量對砂漿強度的影響

3 結(jié)論

（1）葡萄糖酸鈉對砂漿各時段流動度有非常明顯的改善作用；白糖、胺類聚合物對砂漿流動度也有一定的改善效果；而氨基三甲叉膦酸、三聚磷酸鈉對砂漿流動度影響較??；檸檬酸會顯著降低砂漿初始流動度。

（2）白糖、檸檬酸會使砂漿 3d 強度偏低，但 28d強度有顯著的增長，白糖 5% 摻量時，砂漿 28d 強度取得最大值；葡萄糖酸鈉隨著摻量的增加，砂漿 3d、7d強度呈先增加后下降的趨勢，砂漿 28d 強度單調(diào)增加；胺類聚合物對砂漿 3d、7d 強度有增強作用，但 28d 強度增長效果不明顯；氨基三甲叉膦酸、三聚磷酸鈉對砂漿各凝期強度均無改善。

（3）六種緩凝劑的摻入均延長了砂漿的凝結(jié)時間，具有明顯的緩凝效果。在 0%～5% 摻量范圍內(nèi)，白糖的緩凝效果最好，5% 摻量時砂漿凝結(jié)時間最長；葡萄糖酸鈉在 0%～7% 摻量范圍內(nèi)，砂漿凝結(jié)時間隨摻量的增加單調(diào)遞增。