自然养护条件下硫铝酸盐水泥混凝土的强度特点.pdf

2 0 1 3年第 6期 6月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI N A C0NC RE T E AND CE MEN T P R0DUC T S 2 01 3 No 6 J u n e 自然养护条件下硫铝酸盐水泥 混凝土的强度特点 李方元 ， 唐 新军 ， 翟 超 ( 1 新疆维吾尔 自治区水利管理总站 ， 乌鲁木齐 8 3 0 0 0 0 ； 2 新疆农业大学水利与土木工程学院， 乌鲁木齐 8 3 0 0 5 2 ) 摘要 ： 通过混凝土 强度试验 ， 研究 了水灰 比、 缓凝剂掺量 、 自然温度 养护 、 防冻剂等 因素对硫 铝酸盐水泥混凝 土凝结时间和强度特性 的影响。结果表 明， 适宜掺 量的硼 酸缓 凝剂可以延 长硫铝 酸盐水泥混凝 土凝 结时间 且 不会 降低混凝土早期 强度 ； 养护温度和水灰 比对硫铝酸盐水泥混凝土强度发展 有显著影响 ： 低温或 负温施工 时通过 添加 适量防冻剂或采取 简单保 温措施 ， 硫铝酸盐混凝 土可获得 良好 的早 强和 负温工作性能 ， 能够大大缩短西北 高寒干旱 区混凝土施 工工期 ， 并延长混凝土年施工期 2 4个月。 关 键 词 ： 硫 铝 酸 盐 水 泥 ； 水 灰 比 ； 硼 酸 缓 凝 剂 ； 温度 ； 强度 Ab s t r a c t ：C o n s i d e rin g t h e wa t e r c e me n t r a t i o ，r e t a r d e r d o s a g e ，n a t u r a l t e mp e r a t u r e a n d a n t i f r e e z i n g a g e n t f a c t o r s ， t h e s e t t i n g t i me a n d s t r e n g t h o f s u l p h o a l u mi n a t e c e me n t c o n c r e t e a r e s t u d i e d b y t h e c o n c r e t e s t r e n gth e x p e ri me n t 卟 e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e s e t t i n g t i me o f s u l p h o a l u mi n a t e c e me n t c o n c r e t e c a n b e e x t e n d e d b y a d d i n g a a p p r o p ri a t e c o n t e n t o f b o ric a c i d r e t a r d e r , w h i c h w i l l n o t r e d u c e c o n c r e t e S e a r l y s t r e n gth 。 T h e c u rin g t e mp e r a t u r e a n d w a t e r - c e me n t r a t i o h a v e a s i g n i f i c a n t e f f e c t o n t h e s t r e n g t h d e v e l o p me n t o f t h e s u l p h o a l u mi n a t e c e me n t c o n c r e t e B y a d d i n g a a p p r o p ri a t e c o n t e n t o f a n t i - f r e e z i n g a g e n t o r t a k i n g a s i mp l e h e a t p r e s e r v a t i o n me a s u r e s ， t h e s u l p h o a l u mi n a t e c o n c r e t e wh i c h i s c o n s t r u c t e d d u r - i n g l o w o r n e g a t i v e t e mp e r a t u r e e n v i r o n me n t ， c a n s t i l l h a v e g o o d p e rfo r ma n c e o f wo r k i n g a n d e a r l y s t r e n g t h ， S O t h a t c a n s h o r t e n t h e c o n s t r u c t i o n p e ri o d g r e a t l y a n d e x t e n e d t h e y e a r c o n s t r u c t i o n p e ri o d o f c o n c r e t e f o r 2 t o 4 mo n t h s i n t h e n o r t h w e s t a l p i n e a n d a r i d a r e a s Ke y wo r d s ： S u l p h o a l u mi n a t e c e me n t ； W a t e r c e me n t r a t i o ； B o r i c a c i d r e t a r d e r ； T e mp e r a t u r e ； S t r e n g t h 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 1 0 4 0前 言 随着西部大开发战略的深化实施 ， 新疆 的经济 与社会得到空前发展 。新疆属高寒干旱区 ， 混凝土 年施 工期 短 ， 一般 仅在 每年 4月 1 1 月 份施工 。 新疆 混凝土工程广泛使用普通硅酸盐水泥 ， 但其早期强 度低 、 养护龄期长 ， 加之低温和负温环境强度发展 缓慢 ， 往往导致混凝土施工期偏长 。 难 以适应建设 的快 速发展。工程 中建设往往存在 片面抢工期现 象 ， 使 混 凝 土 得 不 到 正 常 的养 护 ， 导 致 混凝 土强 度 得 不 到 良好 发 展 增 加 了工 程 质 量 缺 陷 和安 全 隐 患 。另外 ， 水 泥属 于高 耗能 高污 染产 品 ， 在 倡导 低碳 经济 的时代 ， 作为传统材料工业的水泥 的发展正面 临着 越来 越严 峻 的挑 战 。因而 ， 具有 低耗 能 、 低 污染 特点和快硬 、 早强特性的硫铝酸盐水 泥【 】 在新疆有 基金 项 目：新疆水 利水 电工程重点 学科项 目资助 ( x j z d x k - 2 0 0 9 1 0 - 0 5 ) 。 着广阔的应用前景圆 。 开始受到越来越多的关注。但 针对硫铝酸盐水泥在我 国西北高寒 干旱区大规模 应 用 于预 拌 混 凝 土 工 程 的应 用 实 践 及 对 其 强 度 特 性 的研究并不多见 。 因此 ， 本文考虑水灰 比、 硼酸缓 凝剂掺量 、 自然养护温度对一级配泵送硫铝酸盐水 泥混凝 土凝结时间和抗压强度 的影响， 通过强度试 验研究 了其在 自然温度 ( 一 1 5 2 0 ) 养护环境 中强度 的发展 特 点 ， 以期 为硫 铝 酸盐 水泥 在 西 北 高寒 干旱 地 区混 凝 土工 程 中 的应 用 和 推 广 提 供 理论 和 数 据 支 撑 。 1 试 验原 材料 与试 验方 法 1 1 试验 原材 料 水 泥 ： 唐 山产 4 2 5级快硬硫铝酸盐水泥 ， 其各 项 物理 指标 见表 1 化学 指标 见表 2 。 细 骨 料 ： 乌 鲁 木 齐 河 河 砂 ， 各项 检测 指 标 见 表 3。 一 1 一 2 0 1 3年第 6期 混凝 土与水 泥制 品 总第 2 0 6期 骨料 品种 饱和面干表观干燥 表观密 吸水 堆积密度 ( k g m ) 空隙率 密度 ( c m ) 度 ( g ， c m ) 率 紧密 疏松 紧密 疏松 含泥量， 细度模数 粗骨料 ： 乌鲁木齐河床石子 ， 粒径 5 2 0 mm， 各 项 检测指 标见 表 3 。 减水 剂 ： 新 疆某 公 司产 的 F D N高效减 水剂 。 缓凝 剂 ： 分析 纯硼 酸盐 。 防冻剂 ： 亚硝酸盐类防冻剂 ， 防冻等级一 1 0 。 水 ： 洁净 自来水。 1 2 试 验方法 考虑水灰 比、 硼酸缓凝剂掺量 、 自然养护温度 对 混 凝 土凝 结 时 间和抗 压 强 度 的影 响 ， 通 过试 拌 混 凝土拌合物 以满足和易性要求 ， 确定水灰 比分别为 0 5 、 0 4 、 0 3的混凝土配合比( 见表 4 ) 。 其 中， 坍落度 值根据 J G J f r 1 O 一9 5 混凝土泵送施工技术规程 确 定为( 1 8 0 2 0 ) m m； 调整缓凝剂掺量使得混凝土初凝 时 间控 制在 约 6 8 h ， 以满 足混 凝 土预制 、 运 输 、 施 工 作 业 时 间性要 求 ：试件 尺 寸 为 1 0 0 ramx l 0 0 m m 1 0 0 ra m，分别置于室外平均气温 为 2 0 q c 和 0 ( 一 5 5 C) 、 一 1 0 o C( - 1 5 5 C ) 的环境 中养护 ， 其 中 2 0环 境采用洒水覆膜养护法 ，考虑到负温对水的影响 ， 其余温度下仅覆膜养护。按 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普 通混凝土力学性能试验方法标准 测量养护龄期分 别 为 1 d 、 3 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d时 的 混 凝 土 试 件 抗 压 强 度 2试 验结果 与分 析 2 1 硫 铝 酸盐水 泥混凝 土凝 结 时 间 硫 铝 酸盐 水 泥凝结 时 间短 ， 应 用 在混 凝 土 工 程 中需解决满足现代机械化预拌混凝土施工工艺流 动性和时间性要求的问题。F D N减水剂与硫铝酸盐 水泥适应性好 3 】 ， 由表 4可知 控制 F D N减水剂掺量 可以使得各配 比混凝土拌合物获得较大 的坍落度 ( 1 8 0 2 0 ) m m ， 满足泵送混凝土 的流动性要求。已 有研 究表 明 ， 硼 酸缓凝 剂 与 “ 硫 铝酸 盐 水 泥+ F D N减 水剂 ” 的二元体 系适应性较好嗍 ， 可作为硫铝酸盐水 泥混 凝 土 的缓 凝剂 。试验 通过 调整 硼酸 缓凝 剂 的掺 量 ， 对各配比混凝土进行调凝 。 结果如图 1所示。由 图 1可知 ， 各配比混凝土 的初凝 时间均随着硼酸缓 凝剂掺量的增加而延长 ， 但随着缓凝剂掺量持续增 加 ， 凝结时间有变缓趋势； 硼酸掺量一定时 ， 水灰 比 越大 ， 凝结时间越短。这与普通混凝土凝结时间随 水 灰 比增大而延长 的结论不 同嘲 ， 原 因可能在 于硫 铝酸盐水泥混凝土本身凝结时间较短 ，水灰 比越 大 ， 水泥水化速度相对越快 故达到相同的凝结 时 间 ， 水灰 比越大 需 要 的硼 酸缓 凝 剂 量就 越 多 。结 合 预拌 混 凝 土一 般 时 间性 要求 特 点 ， 拟 将 各配 比混凝 土初凝时间控制在 6 h左右 。此时水灰 比 O 5 、 0 4 、 表 4 硫铝 酸盐水泥混凝土配合 比 注： 硼酸缓凝剂掺量为混凝土初凝时间控制在约 6 h 的量 ； 硫铝酸盐水泥混凝土的配制方法同普通混凝土的配制方法。 一 2 一 李方元 ， 唐新军 ， 翟超 自然养护条件下硫铝酸盐水泥混凝土的强度特点 0 3混凝土所 需硼酸缓凝剂适宜掺量分别为 0 2 、 0 1 7 5 、 0 1 5 。由此可知 ， 控制适宜的硼酸缓凝剂 掺量 ， 可 以很好地调控硫铝酸盐水泥混凝土的凝结 时 间 。 皇 厘 翟 屦 硼 酸 缓 凝 剂 掺 量 图 1 硼酸缓凝 剂掺 量对硫铝酸盐水泥混凝土 初 凝 时 问 的 影 响 2 2 硫铝酸盐水泥混凝土强度特性 2 2 1 水灰 比对 强度 的影 响 选取初凝 时间为 6 h左 右的各水灰 比混凝土 ， 置于室外平均温度 2 0 、 0 、 一 1 0 的环境 中进行养 护 用 于观 测 自然 温 度 养 护 对 强度 的影 响 ， 其 中 2 0 环境采用洒水覆膜养护方法 ，其余温度下仅覆膜 养护。 2 0 c I = 养护条件下的试验结果如图 2所示。 由图 2可 以看出， 2 0 养护条件下 ，以 3 d强度为设计基 准 ， 设计强度等级达到 C 2 0 一 C 4 5 ， 水灰比为 0 5 、 0 4 、 0 3的混凝土 1 d强度分别达 8 4 4 、 7 5 1 、 7 5 0 ， ； 以 2 8 d强度为设计基准 ，设计强度等级达 到 C 3 0 C 5 5 。水灰 比为 0 5 、 0 4 、 0 3的混凝 土 l d强度分别 6 9 3 、 6 5 、 7 4 0 ， 3 d强 度 达 9 0 1 、 8 6 7 、 9 8 2 。 芝 照 0 3 6 9 1 2 1 5 1 8 2 1 2 4 2 7 3 0 养 护 龄 期， d 图 2 水 灰比对硫铝酸盐水泥混凝土强度的影 响 说 明硫铝 酸盐水泥混凝土强度的发 展仍符合水 灰 比定则 ， 即硫铝酸盐水泥混凝土强度均随水灰 比增 大而降低 ， 随水灰 比减小而增高 ， 且硫 铝酸盐水泥 混凝土早期 ( 1 d 、 3 d ) 强度值高 ， 强度发展快 ； 后期强 度增长率低 ， 强度无倒缩 。利用硫铝酸盐水泥混凝 土早 强 和强 度设 计 龄期 短 的 特点 。 可 以大 大地 缩 短 混 凝 土施 工 期 ， 并 能节 约大 量 的养 护 成 本 和人 工 成 本。 2 2 2 缓 凝剂 对强 度 的影响 为反应缓凝时 间( 硼酸掺量) 对混凝土强度 的 影响，绘制了经 2 0 环境养护下水灰比为 0 4的硫 铝酸盐水泥混凝土 ，当初凝时间分别控制在 2 h 、 6 h 时， 其抗压强度发展变化见 图 3 。由图 3可知 。 缓凝 效果为 6 h的硫铝酸盐水泥混凝土同龄期强度略大 于缓 凝效 果 为 2 h的硫 铝 酸盐 水 泥混 凝 土 ，这 主 要 归 因于硼酸缓凝剂略有减水剂减水 的效果阎 适量 地增加硼酸掺量 ， 可 以促进水泥更好地水化。再结 合图 1所示 的试验结果说明 适宜掺量的硼酸缓凝 剂 即可 延 长硫 铝 酸盐 水 泥混 凝 土 的凝结 时间 ， 也 略 有助于混凝土强度的提高 。 并未损害混凝土的早期 抗压 强度 。 2 2 3 自然养护温度对强度的影响 选取初凝时间 6 h左右 。 水灰比 0 4的硫铝酸盐 水 泥混 凝 土分别 置于 0 、 一 1 0室外 负 温养 护 时抗 压 强 度 的发 展 规律见 图 4 。 由 图可 知 ， 相 对 于 2 0 c I = 养 护的条件 。 0 混凝土 1 d强度值普遍降低 ，但 3 d强 度得到 良好发展 ；后期强度随着养护时间的延长 ， 强度缓慢增长。整体上 O 养护的混凝土强度均小 于 2 0 养护的混凝土强度 ， 原 因是温度越低 ， 水泥 水 化 越慢 。 混凝 土 强度 发 展越 慢 。说 明养护 温 度 为 O c I = 时 。 硫铝酸盐水泥混凝土需通过添加少量防冻剂 7 5 6 O 董4 5 赵 鹱 3 0 1 5 O O 3 6 9 1 2 1 5 1 8 2 l 2 4 2 7 3 O 养护龄期， d 图 3 缓凝效果对硫铝酸盐水泥混凝土抗压强度 的影 响 一 3 一 加 m 0 2 0 1 3年第 6期 混凝 土 与水泥制 品 总第 2 0 6期 或采取保温 措施 ， 以保证 早期强度 ( 1 d ) 的发 展 ； 一 1 0 室外养护时， 混凝土抗压强度基本无发展 ， 这是 因为混凝土拌制时没有添加防冻剂 。混凝土试件中 温度 过 低 水 分 成 冰 晶状 态 导 致水 泥 无 法 正 常水 化 ， 强 度得 不到 发展 。 说 明 当室外平 均温 度为一 1 0 及冬季负温施工 时 。拌制混凝土时必须添加防冻 剂 。 并采取相应 的保温措施 ， 以促进强度 的较好发 展 7 5 6 O 凸一 专 4 5 疆 蝠3 O l 5 0 O 3 6 9 l 2 1 5 l 8 2l Z 4 2 7 3 0 养护龄期， d 图 4养护温度对硫 铝酸盐水泥混凝土抗压强度 的影响 2 2 4防冻剂对负温养护混凝土强度的影响 选取水灰 比为 0 4的混凝土 ，拌制混凝土拌合 物时添加 6 的防冻剂 ，用以观测防冻剂对负温室 外养护时硫铝酸盐水泥混凝土强度 的影响 。 结果见 图 5 。由图 5可知 ， 相对于未添加防冻剂的混凝土 添加防冻剂的混凝土强度得到显著发展 说明添加 防冻剂可 以显著地改善硫 铝酸盐水 泥混凝土负 温 养护条件下的强度发展。 但相对于 2 0 养护的混凝 皇 疆 0 3 6 9 1 2 1 5 1 8 2 1 2 4 2 7 3 0 养护龄期 d 图 5 防冻剂对硫铝酸盐水泥混凝土抗压强度的影响 一 4 一 土 负温养护的硫铝酸盐水泥混凝土虽添加了防冻 剂但强度仍有所降低 ，强度等级 降低约 5 1 0 MP a ， 说 明 负温 养护 时 ， 添 加 防冻剂 的硫 铝酸 盐 水 泥 混凝 土 若采取适 当的保 温措施 ， 会更有利于硫铝酸盐 水泥混 凝 土强度 的发 展 。 3结论 水灰 比、 自然温度环境对硫铝酸盐水泥混凝土 的强度有显著影响。通过添加适宜掺量硼酸缓凝剂 可以获得 合适 的混 凝 土凝结 时 间 ； 通 过 添加 F D N减 水剂可以获得合适流动度的混凝土拌合物 ； 控制水 灰 比 、 养 护 温 度 ， 可 配制 出满 足一 般 工 程 要 求 的不 同强度等级的混凝 土 ； 冬季施工时 ， 通过添加适量 的防冻剂或采取一定的简单保温养护措施 ， 可 以提 高负温环境中硫铝酸盐水泥混凝土强度发展。建议 温度 T 2 0 o C 的季节 ，硫铝酸盐水泥混凝土设计龄 期 宜 采用 3 d ； 温度 T在 0 2 0 的 季 节 ， 硫 铝 酸盐 水 泥混凝 土设 计 龄期 宜 采用 7 d ： 0 一 l 0 的 季节 ， 掺加 适 量 防冻 剂 的硫 铝 酸 盐 水 泥 混 凝 土 设 计 龄 期 宜 采 用 7 d 。 硫铝酸盐水泥混凝土强度设计龄期短 、 早强 、 负温工作性能好等特点 ， 其在西北 高寒干旱地 区使 用 可 以大 大缩 短混 凝 土 的施 工工 期 。 延长 混 凝 土 年 施 工期 2 4个月 。 参考文献 ： 1 刁江京， 辛志军， 张秋英 ， 等 硫 铝酸盐 水泥 的生 产与应 用 M】 北京： 中国建材工业出版社， 2 0 0 6 2 】 彭炫铭 硫铝 酸盐水泥的性能及其在 新疆 应用展望【 J 1 四 川水泥， 2 0 1 1 f 2 ) ： 5 8 6 0 3 张鸣， 张德成， 吴波 ， 等 外加 剂与硫 铝酸 盐水 泥相容性 研究 J 济南大学学报： 自然科学版， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 5 8 6 0 4 】 李方元， 唐新军， 胡全， 等 混凝 土工程 中外加剂 与硫 铝酸 盐水泥适应性研 究 J 1 混凝土， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 8 2 8 4 【 5 李乃珍， 谢敬坦 特种水泥与 特种 混凝土 【 M 1 北京 ： 中国 建材工业出版社 2 0 1 0 收 稿 日期 ： 2 01 3 0 4 1 8 作 者 简 介 ： 李 方 元 ( 1 9 8 6 一) ， 男 ， 硕 士 。 通讯地址 ： 新疆 乌鲁木齐市黑龙江 路 1 9号 联 系 电话 ： 1 5 0 2 6 0 1 6 9 9 0 E - ma i l ： l if a n g y u a n 一1 9 8 61 6 3 c o m 加 加 m o