摘 要 介绍利用广西工业副产品废液资源研制复合高温混凝土缓凝减水剂研究试验证明：在混凝土中掺入复合剂，在35 ℃～43 ℃强日照高温条件下，混凝土初凝时间达6 h～7 h，并有减水增强，减少水化热的效果，可提高混凝土的抗渗性，对钢筋锈蚀无不利影响，为龙滩水电站大坝碾压混凝土夏季(高气温)施工提供了一个新品种。
关键词 混凝土外加剂 凝结时间 混凝土
1 前言
混凝土外加剂以其掺量少能改善性能并节约水泥已成为混凝土的第五种材料。目前，国内外外加剂品种繁多，主要有萘系和糖蜜类及木钙类，萘系减水剂为高效减水剂，减水率一般大于12%，其主要原料为工业萘，其原材料紧缺、价格上涨快及生产过程中对环境污染严重，造成单价高，难有更大发展。糖蜜类木钙类减水剂为普通减水剂，减水率仅为8%～12%，由于其价廉，性能稳定，在全国得到广泛应用。该类外加剂在常温下，可缓凝1 h～2 h，但在高温35 ℃以上的强日照条件下，效果达不到要求。
龙滩水电站大坝混凝土施工期长、强度大，计划长年施工，但广西属亚热带地区，高温期长，要求常态混凝土和碾压混凝土在高温条件下初凝时间大于6 h，以保证混凝土层间结合良好和混凝土整体性、匀质性。本研究选用丰富的广西工业副产品废液资源，通过大量的试验研究，复合成高温缓凝减水剂，可满足施工需要，并可获得较好的环境效益和社会效益。
2 复合缓凝减水剂的组成
复合高温缓凝减水剂是以甘蔗糖蜜酒精糟，经中和喷粉的WST粉状减水剂为主剂，复合其它缓凝剂、加气剂等组成。它们分别为：
(1)SH高温缓凝减水剂，最佳掺量为1.7%，下称SH剂。
(2)SR高温缓凝减水剂，最佳掺量为1.5%，下称SR剂。
3 复合高温缓凝减水剂的性能
3.1 泡沫性能
泡沫性能按《混凝土外加剂匀质性试验方法》GB8077-87要求进行，主要指标为起泡力和消泡时间。以检验外加剂的泡沫特性和泡沫稳定性，试验结果见表1。
3.2 表面张力，pH值
采用1%浓度的外加剂溶液，用界面张力仪测定，结果见表1。
3.3 水泥砂浆工作性
水泥砂浆工作性主要检测减水剂对水泥等胶凝材料的分散效果，用减水率表示，减水率越大，表示减水剂对水泥等胶凝材料的分散效果越好。此外，还同时做了掺剂后砂浆扩散度的对比试验，试验结果见表1。
表1 复合剂匀质性试验结果
项 目 单位 外加剂品种 说明
WSTSHSR水(或0掺量) 起泡力mL15.51618-用手摇84次 消泡时间min506070- 表面张力N/m51.942.846.572- pH值 97～97～96.5- 流动度mm166170172137掺量WST 0.4%
SH 1.7%
SR 1.5% 流动度增加mm2933350 减水率%1012.813.00
从表1可见，复合剂有较好的起泡力，泡沫稳定性可达1 h左右。复合剂均能降低液体的表面张力，属于表面活性剂。复合剂对水泥的分散效果较好。
3.4 水泥试验
(1)性能试验。试验结果见表2。
表2 复合剂水泥性能试验结果
项 目单 位试 验 次 数 123 复合剂 SHSR SHSR SHSR 复合剂掺量%01.71.501.71.501.71.5 标准稠度%26.625.625.126.025.225.026.225.425.2 安定性 合格合格合格合格合格合格合格合格合格 凝结时间初凝h:min2:008:058:002:108:258:202:308:308:10 终凝2:5013:4013:403:0014:0013:553:2014:0014:00
从表2可见，复合剂对水泥有较好的缓凝效果，初凝缓凝时间达6 h左右。
(2)水泥水化热。采用溶解热法测定掺与不掺外加剂的水泥水化热，结果见表3。
表3 复合剂水泥水化热试验结果
水泥品种及用量
%复合缓凝剂SR
%水 化 热
J/g 3d相对变化 10001980 1.5173.9减少24.1
从表中可见掺SR复合剂可降低早期水泥水化热。
4 SH、SR高效高温缓凝减水剂缓凝减水机理
SH、SR高效高温缓凝减水剂是一种阴离子表面活性剂，可降低液体的表面张力，在掺有适当剂量的液相中，水泥颗粒通过表面能吸附了减水剂中的亲水表面活化物质，产生一种亲水性胶体吸附层，这种吸附层不仅增加了水泥颗粒表面吸附水膜的厚度，增强了水泥颗粒间的流体动力润滑。同时，在混凝土拌和过程中，可产生许多分布均匀的微小封闭气泡，在混凝土拌和物中起到了类似滚珠作用，降低了混凝土内摩擦力，从而增加了混凝土拌和物的流动性或保持相同流动性，亦减少拌和用水。这就是SH、SR剂可减少用水量的原因。
复合剂含有羟基、芳基等基团结构，这些基团在水泥水化时，吸附在水泥颗粒表面，形成薄膜抑制水泥颗粒的水化反应，热量释放减缓，这是SH、SR剂缓凝的主要原因。
5 复合缓凝剂对混凝土性能的影响
5.1 试验材料
(1)水泥采用广西柳州鱼峰牌525R号普通硅酸盐水泥。
(2)粉煤灰采用田东电厂Ⅲ级灰。
(3)常态混凝土采用南宁河沙，碾压混凝土采用岩滩电站石灰岩机制人工砂。
(4)常态混凝土采用南宁5 mm～20 mm卵石，碾压混凝土采用岩滩电站8 mm～20 mm、20 mm～40 mm、40 mm～80 mm(分三级)石灰岩机制人工碎石。
以上材料品质合格。
5.2 常态混凝土性能试验
5.2.1 抗压强度和凝结时间
掺入SH、SR缓凝剂，在保持坍落度基本一致时，可减少用水量12%～16%，降低水灰比0.06～0.09，可提高混凝土强度，与不掺剂混凝土相比，掺SH剂3 d混凝土强度比不掺提高9%～15%，7 d提高10%～29%,28 d提高9%～34%,90 d提高10%～25%。掺SR剂3 d提高10%,7 d提高3%～24%,28 d提高11%～23%,90 d提高11%～23%。掺入SH剂，保持水灰比、坍落度一致时，可节约水泥12%左右，早期强度与不掺的基本一致，后期还略有提高。
在常温下掺SH、SR缓凝剂的混凝土初凝时间在15 h左右，终凝时间在18 h左右，比不掺的延缓初凝时间7 h～8 h，延缓终凝时间9 h～10 h。在气温高达35℃～42℃强日照下，混凝土初凝时间达5 h 30 min～7 h 45 min，终凝时间达6 h 40 min～9 h 17 min。试验结果见表4。
表4 掺复合剂常态混凝土性能对比试验结果
序号水 灰 比复合剂及惨量
锈蚀危害 0.46SH 1.714.67018.026.938.445.515:0018:547:449:06 0.46SR 1.514.65017.525.637.544.915:4819:368:329:48 20.530.53006316.221.630.338.97:008:330021～29
室外 0.45SH1.714.35218.228.037.445.314:0017:427:009:09 0.46SR1.512.66217.826.937.443.2153019:458:3011:12 30.480.48005719.126.335.641.43:334:180035～42
太阳下晒 0.42SH1.712.75320.829.740.647.26:007:002:272:42 0.42SR1.512.050----5:326:401:592:22 40.480.48006820.628.933.244.53:504:500036～41
太阳下晒 0.42SH1.712.06423.032.639.349.06:128:082:223:18 0.42SR1.512.060----6:077:272:172:37 50.530.53006817.224.932.340.5---- 0.45SH1.715.87219.829.136.847.4---- 0.45SR1.514.06519.028.136.046.0----
5.2.2 混凝土泌水率和收缩、抗渗试验
按外加剂试验方法进行混凝土泌水率、收缩和抗渗试验，试验结果表明：掺复合剂可减少泌水5%～16%，抗渗标号大于W12，优于不掺的，收缩率比为108%，少于120%的标准要求。
5.2.3 钢筋锈蚀
钢筋锈蚀试验采用在极化砂浆中阳极极化电位曲线作分析，试验表明：掺SH、SR剂硬化砂浆的V2平均电位迅速达到+689 mV，历时15 min不下降，即钢筋(电位)纯化膜未破坏，说明复合剂对钢筋无锈蚀危害。
5.3 碾压混凝土性能试验
5.3.1 抗压强度和凝结时间
按《水工碾压混凝土试验规程》SL48-94进行。碾压混凝土配合比采用中南勘测设计研究院为龙滩水电站推荐的配合比，其中水泥用量75 kg，田东Ⅲ级灰105 kg/m3，采用石灰人工砂和80 mm～40 mm,40 mm～20 mm,20 mm～8 mm石灰岩碎石，级配比例为大∶中∶小=3∶4∶3。
掺入SR剂碾压混凝土减水率为10%～12%，抗压强度7 d、28 d提高13%～20%，90 d提高28%～37%。掺SH剂减水率为12%～13%，7 d抗压强度与不掺基本一致，28 d提高9%～19%，90 d提高22%～43%。在高温强日照下掺SR剂碾压混凝土的初凝时间5 h 23 min和6 h 5 min，比不掺延缓初凝时间3 h左右。试验结果见表5。
表5 掺复合剂碾压混凝土性能对比试验结果
序号水 胶 比复合剂及掺量
%VC值
s减水率
%抗 压 强 度
MPa凝结时间
h:min环境温度
℃收缩率比
%抗渗
标号 计算实际3 d28 d90 d初凝缓凝 10.580.5809011.020.823.22:57037～43
太阳下晒100＞8 0.51SR 1.591112.423.731.76:153:1880.5＞8 0.51SH 1.791210.924.833.1 -- 20.580.5806011.517.422.32:32037～43
太阳下晒-- 0.51SR 1.571113.420.330.15:363:04-- 0.51SH 1.771211.318.927.14:101:38-- 30.580.5806012.119.224.62:22037～43
太阳下晒-- 0.51SR 1.581114.623.031.65:253:03--
5.3.2 收缩和抗渗
碾压混凝土收缩和抗渗成型均采用压振法，试验结果表明：掺SR剂抗渗标号大于W8，优于不掺的，收缩率比仅80.5%，远远小于标准要求，详见表5。
6 结语
(1)SH、SR高温缓凝剂均可用于常态和碾压混凝土。在气温的强日晒下，常态混凝土掺SH剂，混凝土初凝时间可达6 h～7 h；碾压混凝土掺SR剂初凝时间达6 h左右，这对于混凝土夏季施工十分有利，可避免出现施工冷缝，保证了碾压混凝土层面的良好结合，从而提高混凝土的质量，保证了混凝土的整体性和匀质性。
(2)在混凝土中掺用高温缓凝减水剂可减少水泥用量和延缓水泥水化热，减少混凝土的绝热温升，有利于大体积混凝土的抗裂防渗。
(3)高温缓凝剂可提高混凝土的抗渗性能，减少干缩，减少泌水，对钢筋锈蚀无不利影响。
(4)高效高温缓凝剂主要成份为工业废液，它的研制成功，将为广西工业废液利用提供有效的途径，有良好的环境效益、社会效益和经济效益。但目前仅限于室内试验，应继续中试试验及现场应用试验工作，以使研究不断完善。
