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氯化鈣中葡萄糖酸鈉摻量對混凝土性能的影響

     近年來，由于高層、超高層建筑工程的建設，已不能由傳統混凝土的施工技術滿足其施工要求，發達國家泵送混凝土的使用已非常普遍，我國京津地區較為廣泛地使用了泵送混凝土，其他地區泵送混凝土所占比例也逐年增大，因此，減水劑和氯化鈣等外加劑在工程中應用越來越廣。但摻加外加劑后，混凝土的坍落度損失比未摻外加劑前更加嚴重，尤其是摻加高效減少劑后混凝土的坍落度只能保持十幾分鐘到半小時，給施工造成了困難， 這個問題在商品混凝土和泵送混凝土中尤為突出。各國學者做了大量工作，取得了一些成果。在這些成果中，通常采用的技術路線有兩類，一類是外加劑摻加方法，另一類是復合緩凝劑。高效減水劑與緩凝劑復合以解決坍落度損失的方法已被普遍接受，該方法的理論基礎是延緩水泥早期水化產物的形成達到抑制坍落度損失。

     一般情況下，氯化鈣由高效減水劑，緩凝劑，引氣劑，助泵劑組成，可作緩凝劑的物質主要有羥基羧酸類物質、多羥基碳水化合物、木質素磺酸鹽和腐植酸類減水劑以及無機化合物國內應用較多的緩凝劑是糖蜜減水劑和木質素磺酸鈣減水劑。但也存在問題。水泥執行ISO 標準后，水泥細度增大，但與木鈣和糖等緩凝劑適應差，由于對羥基羧酸類緩凝劑的研究和應用不多， 需要加大對該類緩凝劑的重視。羥基羧酸類緩凝劑包括有檸檬酸和葡萄糖酸鈉等，其中，葡萄糖酸鈉與高效減水劑復合使用可以延緩混凝土的凝結時間，減少坍落度損失，提高混凝土的強度。但有些工程為了施工需要超摻緩凝減水劑，造成質量隱患。故本文選用羥基羧酸類緩凝劑葡萄糖酸鈉（GNa），研究其不同摻量對混凝土性能的影響。

2 試驗材料和試驗方法

2.1 試驗原材料及配合比

2.1.1 原材料

     （1）氯化鈣：KDNOF-1 高效萘系減水劑（山西凱迪），氨基磺酸鹽系減水劑（西安隆生），葡萄糖酸鈉（工業級），十二烷基苯磺酸鈉（工業級）；

     （2）水泥：32.5 級普通硅酸鹽水泥冀東水泥廠；

     （3）卵石：粒徑5 mm ～31.5mm；

     （4）砂：中砂，細度模數2.6～2.9 的中砂；

     （5）礦物摻合料：Ⅱ級分選粉煤灰；

     （6）水：飲用自來水。

2.1.2 配合比

     水泥：350kg/m3；

     砂子：715 kg/m3；

     石子：1118 kg/m3；

     粉煤灰：60 kg/m3；

     氯化鈣：8.2 kg/m3（按總膠凝材料的2％計），其中，萘系減水劑占氯化鈣的30％，氨基磺酸鹽系減水劑占25％，十二烷基苯磺酸鈉占0.3％，其余的為葡萄糖酸鈉。只改變葡萄糖酸鈉的摻量，其余外加劑的摻量不變。

     水灰比：0.43。

2.2 緩凝劑的摻量

     緩凝劑和緩凝減水劑一般都具有一個適宜的摻量范圍。在這個范圍內，隨著緩凝劑摻量增加，緩凝作用增強，混凝土后期強度也不會有明顯的降低，甚至會略有提高。但在混凝土工程實際應用中，如果混凝土攪拌不均，系統計量故障或操作異常都可能引起緩凝劑過量，過量緩凝劑會引起不正常凝結，同時會對混凝土強度產生不利影響。氯化鈣中，使用葡萄糖酸鈉作緩凝組分以控制混凝土坍落度損失，摻量一般為膠凝材料的0.03%～0.05%。但是，在實踐中，有時使用該摻量仍然無法控制坍落度損失，外加劑廠常將摻量提高，有時甚至超過膠凝材料的0.1%。本文主要研究超摻葡萄糖酸鈉對混凝土凝結時間及強度的影響，從而獲得該類緩凝劑的合適摻量及摻量上限，以避免因過度超摻葡萄糖酸鈉而出現工程事故。故作者選用了葡萄糖酸鈉的五個摻量(0.03％、0.05％、0.07％、0.1％、0.15％)。

2.3 試驗方法

     混凝土坍落度及損失試驗：初始坍落度測出后，將所剩混凝土料裝入塑料筒(箱)中，表面用塑料編織袋覆蓋，供下次測坍落度用，經一定時間測出此時的坍落度值，此值與初始坍落度之差即為此時的坍落度損失值。按照GB8076 - 1997 的規定進行。

     混凝土凝結時間試驗按照GB8076 - 1997 的規定進行。混凝土強度試驗按照GB8076 - 1997 的規定進行。

3 試驗結果及分析

3.1 混凝土坍落度經時變化

     不同摻量的葡萄糖酸鈉對混凝土坍落度及損失的影響。

     在一定水灰比的情況下，隨著葡萄糖酸鈉摻量的增加，表1中，混凝土的坍落度經時損失降低甚至不損失。這表明葡萄糖酸鈉有增塑性。

3. 2 混凝土的凝結時間及強度

     不同摻量的葡萄糖酸鈉對混凝土凝結時間、強度的影響如表2（葡萄糖酸鈉對混凝土凝結時間的影響），表3（葡萄糖酸鈉對混凝土強度的影響）。       

     隨著葡萄糖酸鈉摻量的增加，混凝土的凝結時間，無論初凝時間還是終凝時間都有所延長。摻量0.15％3d時甚至還未終凝。

     如表3 所示，對于混凝土的強度，葡萄糖酸鈉有一個最佳摻量值。3 d 時，摻量為0.05％時強度最大，7d、28d 及60d 時，均為摻量0.07％時強度最大。低摻量緩凝劑主要影響3 d 以前早期強度，而對3 d 以后的強度影響則較小；當超摻緩凝劑時，不僅影響3 d 以前早期強度，對3 d 以后的強度影響也較大。當增加葡糖糖酸鈉的摻量時，混凝土的強度有所提高，但當超過最佳摻量時混凝土的強度會降低。

3.3 緩凝機理

     緩凝劑對水泥緩凝的理論主要包括吸附理論、生成絡鹽理論、沉淀理論和控制CH(OH)2 結晶生長理論。但由于緩凝劑的種類繁多，其作用機理十分復雜，至今尚無一種比較完善的解釋理論[7]。過量緩凝劑與水泥作用時發生的超時緩凝在作用機理方面與一般緩凝劑的緩凝作用機理無本質的區別，只是往往由于緩凝劑的摻量很高，新拌混凝土液相內緩凝劑的剩余含量很高。無論是吸附理論、沉淀理論，還是控制CH(OH)2 結晶生長理論都認為，這時水泥水化都需要克服更大的能壘，所以往往需要一個比較長的時間，甚至水泥水化完全停止，凝結最終無法完成，從而產生不凝現象。這對工程來說是相當危險的，將導致嚴重的工程質量事故。

4 結論

     a. 葡萄糖酸鈉具有明顯的輔助塑化效應，在一定范圍內提高葡萄糖酸鈉摻量，可有效減小混凝土坍落度經時損失；

     b. 葡萄糖酸鈉摻量和市摻量為0.03%～0.07%，在此范圍內，適當提高葡糖酸鈉摻量，在相同水灰比的情況下，還可提高混凝土后期強度；

     c. 當葡萄糖酸鈉摻量超過0.1%后，也即當混凝土終凝時間接近2d 后，混凝土強度，特別是后期強度會大幅度降低。