高温超缓凝碾压混凝土

江苏建筑　２００６年第５期（总第１０８期）　５３　高温超缓凝碾压混凝土　毛良喜，慕儒，黄允宝，刘加平　（江苏博特新材料有限公司。南京　２１００８）　【摘　要】　分析了水电站大坝工程混凝土的特点与要求，总结出大坝工程应用碾压混凝土的必要性与合理性以及应用碾　压混凝土存在的主要问题是高温超缓凝。通过试验对比分析不同缓凝剂的高温环境与普通环境的缓凝效果以及缓凝时间随　掺量变化的关系，优选出适用于碾压混凝土高温超缓凝外加剂，与高效减水剂等功能组份复配研制成高温超缓凝高效减水　剂ＪＭ—Ｉ／。不仅适应了碾压混凝土对凝结时问的要求，同时可以很好控制水化热释放，对于大体积混凝土温控非常有利。　【关键词】　碾压混凝土；缓凝；高温；减水剂；大坝　【中图分类号】ＴＵ５２８．３４　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】１００５—６２７０（２００６）０５—００５３—０２　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉ【ｇｈ—Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｓｕｐｅｒ—ｓｌｏｗ　Ｓｅｔｔｉｎｇ　Ｒｏｌｌｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ＭＡＯ　Ｌｉａｎｇ—－ｘｉ　ＭＵ　Ｒｕ　ＨＵＡＮＧ　Ｙｏｎｇ——ｂａｏ　ＬＩＵ　Ｊｉａ——ｐｉｎ　与普通混凝土相比，碾压混凝土的原材料、配合比、状　１　缓凝剂的缓凝机理　态、到成型密实工艺都具有特殊性。原材料方面，普通混凝　目前，对缓凝剂的作用机理的认识主要有四种理论：吸　土一般采用３２．５、４２．４或５２．５级普通硅酸盐水泥甚至早强　附理论、络合物生成理论、沉淀理论和氢氧化钙结晶成核抑　水泥，粗骨料最大粒径一般为３１．５ｍｍ或更小，而碾压混凝　制理论。　土的一般采用３２．５级中热水泥，粗骨料最大粒径可达　吸附理论认为，大多数缓凝剂具有表面活性，能在水泥　８０ｒａｍ，一半达到４０ｒａｍ；配合比方面，普通混凝土的胶凝材　颗粒的固液界面吸附，改变了水泥颗粒表面的亲水性，形成　料用量范围为３００ｋｇ／　～６００ｋｇ／　，粗骨料用量范围为　一层可抑制水泥水化的缓凝剂膜，从而导致混凝土的凝结　９００ｋｇ／　～１　３００ｋｇ／　，而碾压混凝土的胶凝材料用量一般　时间延长。络合物生成理论认为，缓凝剂分子可与水泥水化　只有１５０ｋｇ／ｍ　２００ｋｇ／　，粗骨料用量可以高达１７００ｋｇ／　：　生成的钙离子形成络盐，在水泥水化初期控制了液相中的　状态方面，普通混凝土拌合均匀之后只有一定的坍落度，碾　钙离子浓度，阻止水泥水化相的形成，产生缓凝作用。沉淀　压混凝土在没有外力扰动时完全没有塑性；成型工艺方面，　理论认为，缓凝剂在水泥颗粒表面沉淀形成一层不溶性的　普通混凝土一般通过振捣使其密实，流动性非常大的混凝　薄层，阻止了水泥颗粒与水的接触，因而延缓了水泥的水　土甚至可以在自身重力作用下达到密实状态，而碾压混凝　化。氢氧，化钙结晶成核抑制理论认为，缓凝剂吸附在氢氧化　土则必须在机械反复碾压与振动作用下达到密实状态，分　钙晶核上，抑制氢氧化钙晶体继续生长而产生缓凝作用。　层摊铺碾压成型。　常用的有机类缓凝剂有：木质素碘酸盐及其衍生物、羟　可见，碾压混凝土与普通混凝土有很大区别，尤其是其　基羧酸及其盐、多元醇及其衍生物和糖类等碳水化合物；无　施工成型工艺，与普通混凝土有本质区别，这种成型工艺区　机类缓凝剂有硼砂、氯化锌、碳酸锌、铁、铜、锌的硫酸盐、磷　别对碾压混凝土的凝结时间提出特殊要求，即凝结时间必须　酸盐等。其实，不同类型和种类的缓凝剂，可能适用不同的　足够长，保证上层浇筑碾压时下而一层尚未凝结硬化，否则　作用机理，也有可能几种机理同时起作用。　上层碾压时会破坏下层已经硬化的　凝土结构，层间结合也　此外，缓凝剂的作用机理和程度可能还与水泥熟料矿　受到影响。因此，碾压混凝土的凝结时间必须保证长于可能　物组成有关，一般情况下，ｃ　含量高水泥缓效果较差。　的不利条件下的每层摊铺碾压时间，即碾压混凝土的凝结时　２　不同缓凝剂的缓凝效果试验结果　间要适当长一些，同时也有效控制水化热的释放，避免集中　为了研制高温超缓凝碾压混凝土，选取了５种缓凝剂　放热形成温度冲击出现温度裂缝。与普通混凝土有所不同，　（其中４种属于有机类，１种属于无机类）进行高温环境下混　碾压混凝土凝结时间的延长并不是一件很容易的事情，尤其　凝土（胶砂）贯人阻力凝结时间测试。试验中为了减少影响　在高温季节，要使得其凝结时间达到ｌＯｈ或更长很困难，原　因素提高试验准确性与可靠性，直接采用胶砂拌合物测定　因在于这种干硬性混凝土中富裕水分很少，固相组份充分接　凝结时间，而不是将混凝土拌合物中大于５．Ｏｍｍ的骨料筛　触，只要小部分水泥水化即可形成凝胶网络达到凝结硬化，　除后测定，但是保持灰砂比及拌合物状态与碾压基本混凝　而普通塑性混凝土掺加减水剂以后胶凝材料可以被充分分　土一致。将足量的胶砂拌合物装入金属圆桶，置于常温　散在液相体系中，水化凝胶不易形成网络从而很容易延长凝　（２０℃）及３５℃的烘箱中，临近初、终凝时间隔２０分钟测定　结时间。因此，高温地区高温季节碾压混凝土的缓凝是其关　一次混凝土是否凝结。根据ＧＢＪ８０的规定，贯人阻力达到　键问题之一。针对龙滩水电站大坝碾压混凝土高温超缓凝　，贯人阻力达到２８ＭＰａ　的要求，通过大量试验，进行了碾压混凝土缓凝技术研究，开　【收稿日期】２００６－０４－２５　发出适应工程需要的缓凝性高效减水剂。　［作者简介】毛良喜，男，江苏博特新材料有限公司，工程师。　维普资讯 http://www.cqvip.com

５４　时对应的时间作为终凝时间。水工混凝土试验中，一般测定　贯人阻力曲线，根据曲线拐点确定凝结时间，虽然判断方法　不同，但最终结果并无本质差异。　各种缓凝剂在不同掺量、不同温度下的凝结时间如图　１～２所示。一般情况下，环境温度提高，水泥水化反应速度加　快，凝结时间缩短。图ｌ示出三种常用缓凝剂在其常用掺量　不同温度下（常温２０℃及烘箱３５℃）混凝土的凝结时间。　－＿　垦　翟　广１－１　－＿　ｊｊｌ｝　爨　ｌ　ｌ　ｌ卜　缓凝剂种荚　图１　常用缓凝剂在不同温度下混凝土的凝结时间　从图１看出，三种缓凝剂的性能差异较大，缓凝剂Ｂ的　常温凝结时间比Ａ长，但高温凝结时间比Ａ短，可见缓凝剂　Ｂ的高温缓凝效果较差，缓凝剂ｃ的凝结时间最短，但是在　高温环境下缓凝剂ｃ的凝结时间反而增加，有可能适用于　高温超缓凝的情况。　缓凝时问随缓凝剂掺量的增加而增加。图２是常用缓　凝剂在高温条件下（烘箱３５　）不同掺量时的凝结时间。　Ｖ　网ｌ碹　Ｉｍ旦堡星　Ｉｍ￣ｌｌｚＩ　　台　姆　缓凝剂种樊　图２　常用缓凝剂在不同掺量时混凝土的初凝时间　图２中掺量１为该缓凝剂的常用掺量，掺量２、掺量３　都比常用掺量有相当幅度的增加，常温环境试验结果显示，　掺量增加时初凝时间显著增加，即使是干硬性碾压状态，掺　量３时混凝土Ａ、Ｂ、Ｃ的凝结时间都超过２０ｈ，但图２显示，　高温环境下，缓凝剂Ｂ、ｃ、Ｄ随掺量增加，凝结时间增加不　多，缓凝剂ｃ甚至出现掺量最高时凝结时间缩短的现象。缓　凝剂Ａ在高温时仍然表现出较好的随掺量增加缓凝时间延　长。由于掺量与凝结时间关系不明确，Ｂ、Ｃ、Ｄ三种缓凝剂在　实际工程中不能应用，需要通过进一步试验优化其掺量。　实际试验探索中，对１０种缓凝剂的高温缓凝效果进行　试验，以上列出的是有代表性的几种缓凝剂的试验结果，其　它缓凝剂的效果一般，不再一一交代。　根据以上试验结果，缓凝剂Ａ的高温缓凝效果最好，用缓　凝剂Ａ与萘系高效减水剂及其它功能组份复配成为适用于碾　压混凝土的高温超缓凝高效减水剂，其基本性能如表ｌ所示。　随气候变化，可以调整外加剂中缓凝剂用量，适应碾压　混凝土凝结时间要求。通过以上技术配制的高温超缓凝高　效减水剂，在龙滩工程应用中，缓凝效果很好，满足了龙滩　大坝碾压混凝土的施工要求，保证了层间结合质量。　３　高温超缓凝高效减水剂的性能结果　江苏建筑　２００６年第５期（总第１０８期）　表１碾压混凝土高温超缓凝高效减水剂的基本性能及指标　项目　结果　减水率／％　２１　含气量／％　２．６　凝结时间差，ｍｉｎ　善　初凝：＋５２０，终凝：＋６６０　初凝：＋３５０，终凝：＋４９０　泌水率比／％　５２　氯离子含量，％　０．１　碱含量／％　７．５　抗压强度比／％　３ｄ：１３０，７ｄ：１５５，２８ｄ：１３５　水化热和温升是大坝碾压混凝土必须考虑的最主要问　题，实际上，以上配制的高温超缓凝碾压混凝土用高效减水　剂的配制过程中已经结合了已有水化放热速度控制技术，　可以延缓水化热释放，使得水化放热速度趋于平缓均匀，避　免温度冲击形成温度裂缝。图３是高温超缓凝高效减水刺　与一般的缓凝高效减水剂的水化放热曲线比较。　褂　幽　霰　辎　‘’’０　０　０　。…Ⅱ一－…………－…　…＿　龄期，ｌ１　图３高温超缓凝高效减水剂的水化放热曲线　可以看出，掺加高温超缓凝高效减水剂以后水化放热　速率明显延缓，初期放热量很少，之后的放热峰值也较低，　对于大体积混凝土温控非常有利。通过绝热温升试验可以　发现，由于这一点，温升速度也相对平缓，不会形成突然放　热升温，形成温度冲击。　４　结论　与普通混凝土相比，碾压混凝土的原材料、配合比、状　态、到成型密实工艺都具有特残性。碾压混凝土状态的特殊　性使其凝结时间较短，成型工艺的特殊性要求其凝结时间　较长，高温环境下需要超缓凝。　通过对比不同缓凝剂的高温环境与普通环境的缓凝效　果以及缓凝时间随掺量变化的关系，优选出缓凝剂Ａ适用　于碾压混凝土高温超缓凝，与高效减水剂等功能组份复配　研制成高温超缓凝高效减水剂ＪＭ—ＩＩ。不仅适应了碾压混　凝土对凝结时间的苛刻要求，同时可以很好控制水化热释　放，有利于大体积混凝土温控。　经过实际工程应用，研制的高温超缓凝型Ｊｒｄ—ＩＩ缓凝　效果很好，满足了龙滩大坝碾压混凝土的施工要求，保证了　层间结合质量。　参考文献　【ｌ】　张雄．建筑功能外加剂【Ｍ】．北京：化学工业出版社，　２０ｏ４．　【２】　袁勇．混凝土结构早期裂缝控制【Ｍ】．北京：科学出　版社，２００４．　‘　【３】　ＧＢ５０１１９—２ｏ０３混凝土外加荆应用技术规范【ｓ１．北　京：中国建筑工业出版社，２００３．