硫代硫酸钠和聚羧酸减水剂复配对混凝土性能的影响研究

1 前 言

近些年来，伴随着我国社会、经济的快速发展，人们对美好生活的期望越来越高，国家和地方政府均加大了对公路、航空、铁路、住宅等基础设施以及城市地下综合管廊、海绵城市、美丽乡村等新兴产业的投入和建设力度。全国各地如火如荼的工程建设，极大地带动了水泥、水泥制品、混凝土以及混凝土外加剂等工程相关产业的快速发展。在这些工程相关的产业中，发展最为迅速，科技含量最高的就是混凝土外加剂。在我们的很多工程施工中，为了保证施工安全、质量，提高施工效率，缩短工期，就必须采用掺加早强减水剂、早强剂、促凝剂等方式来提高混凝土的早期强度。例如，在低温条件下进行混凝土作业，生产预制构件、水泥制品以及实施抢修、应急工程，都会大量地使用早强剂以及早强减水剂。我国北方地区进入冬季以后以及南方地区在冬季气温降至-5℃以下的施工中都会经常采用掺加早强剂和早强减水剂的技术措施，以促使混凝土尽快达到临界强度，防止混凝土冻坏[1]。在大量的工程实践中，广大工程技术人员多选用复合型的早强减水剂。

目前，我国已用于工程实践的早强型复合减水剂产品还不多见。而且，已面世的产品中，其产品开发思路大多采用复配方式进行，具体是指采用氨基磺酸盐系、萘系等为代表的第二代减水剂与无机早强剂进行复合使用。采用这种方法开发的产品，其对混凝土的促凝、早强效果比较明显。但是，它也面临着掺量高，混凝土坍落度经时损失快，混凝土成型后表观质量不佳，且对环境有一定程度的负面影响等问题，给混凝土施工留下了很多风险。如果将早强剂组分与高效减水剂组分复合使用，则增塑、减水、早强和后期增强效果都是相当大的[2]。在本文的研究中，课题组使用以高性能著称的第三代混凝土减水剂-聚羧酸系减水剂作为母体，与早强性能优异的硫代硫酸钠进行复合使用。重点考察其复配后的物理、化学相容性，并通过单因素参数试验，系统研究在低温条件下，硫代硫酸钠在不同掺量条件时对混凝土各项施工性能指标的影响，尝试了一种开发早强型聚羧酸系减水剂的试验方法。

2 试验样品与试验方法

2.1 试验样品

试验采用一种常规减水型聚羧酸减水剂产品（产品型号CCL-02）作为母体与不同掺量的硫代硫酸钠早强剂进行复配。聚羧酸减水剂的含固量为11.2%，推荐掺量为1.6%-2.0%，当掺量为1.8%时，其减水率为29%；硫代硫酸钠早强剂采用的是江苏优帝雅化工有限公司生产的工业级产品，含量98%；水泥采用的是四川某厂家生产的42.5R普硅水泥，其性能指标为：细度0.6%（采用80um筛试验），烧失量2.15%，标准稠度用水量26%，初凝时间170min，终凝时间235min，28天抗压强度51.5 MPa；采用成都本地所产的中砂作为试验用砂，其含泥量为2.6%，细度模数2.8；混凝土配比试验所用石子为四川绵竹所产的连续级配碎石（粒径5-31.5mm），其表观密度为2780kg/m3，孔隙率41%，含泥量0.3%；试验所用的粉煤灰为四川某火力发电厂出产的II级粉煤灰。

2.2 试验方法

为了研究硫代硫酸钠早强剂、聚羧酸系减水剂复合使用对混凝土性能的影响，课题组按照设计的掺加比例，先将硫代硫酸钠和聚羧酸减水剂进行充分搅拌，并混合均匀后，再准确称量掺加进混凝土中。表1给出了硫代硫酸钠和聚羧酸系减水剂的复配技术方案，并给出了在3℃的温度条件下硫代硫酸钠在聚羧酸减水剂中的溶解情况。从表1中可以看出，硫代硫酸钠和聚羧酸减水剂的相容性情况良好。混凝土试验所采用的配合比如表2所示；不同凝期的混凝土试块均放在同一温度、湿度环境中进行养护，养护温度设置为3℃。

表1 硫代硫酸钠、聚羧酸系减水剂的复配方案

表2 混凝土试验配合比（kg/m3）

3 试验结果与分析

3.1 硫代硫酸钠掺量对混凝土坍落度的影响

统一设定聚羧酸减水剂掺量为1.8%，研究硫代硫酸钠在不同掺量条件下对混凝土坍落度及扩展度的影响。试验结果如表3、图1所示。从表3、图1中的数据分析中可以得出，在试验所设定的掺量区间内：1）硫代硫酸钠的掺入对混凝土的初始坍落度、扩展度有轻微负面影响；2）硫代硫酸钠的加入对聚羧酸减水剂的保坍效果基本无负面影响。故，从有效保障混凝土施工性能的角度考虑，硫代硫酸钠可以作为一种较为理想的可和聚羧酸减水剂复合使用的无机早强剂。

图1 硫代硫酸钠掺量对混凝土坍落度的影响

表3 硫代硫酸钠掺量对混凝土坍落度的影响

3.2 硫代硫酸钠掺量对混凝土凝结时间的影响

统一设定聚羧酸减水剂掺量为1.8%，研究硫代硫酸钠在不同掺量条件下对混凝土凝结时间的影响。其试验结果如表4、图2所示。对表4、图2的数据分析可以得出，不同掺量的硫代硫酸钠早强剂的加入对混凝土的凝结时间产生了不同的影响，且具有一定的规律性。具体表现为：在试验设定的掺量范围内，随着硫代硫酸钠掺加量的上升，混凝土的凝结时间逐渐下降，从不掺硫代硫酸钠时的22h30min下降到掺量1.5%时的14h35min，凝结时间缩短了7h55min。这充分说明，低温环境下，在聚羧酸减水剂的工程应用中，可以通过掺加一定量的硫代硫酸钠早强剂，来促进水泥的水化速度，缩短混凝土凝结时间和拆模时间。最终，实现提高施工效率，缩短施工工期，降低施工成本的目的。

3.3 硫代硫酸钠掺量对混凝土强度的影响

统一设定聚羧酸减水剂掺量为1.8%，研究硫代硫酸钠在不同掺量条件下对混凝土试块抗压强度的影响。其试验结果见表5、图3。从表5、图3的数据分析中，可以得出：1）通过掺加硫代硫酸钠，可以明显提高混凝土的1天早期强度，且随着掺量的提高，混凝土强度的提高幅度越大。当掺量为1.5 %时，混凝土1天早期强度提升了3.7MPa，提升幅度高达58%；2）掺入硫代硫酸钠早强剂对混凝土的3天强度影响很小；3）硫代硫酸钠早强剂的加入，对混凝土的28天强度有较大影响。当硫代硫酸钠掺入量≤0.6%时对低温环境下混凝土的28天强度有一定提升，当掺量超过0.9%后对混凝土的28强度有较大的负面影响。故，从不影响混凝土的28天最终评价强度考虑，当和聚羧酸减水剂复配使用时，硫代硫酸钠早强剂的掺量不宜超过0.6%。

表4 硫代硫酸钠掺量对混凝土凝结时间的影响

表5 硫代硫酸钠掺量对混凝土强度的影响

图3 硫代硫酸钠掺量对混凝土强度的影响

4 结 语

1）硫代硫酸钠和聚羧酸减水剂的物理、化学相容性良好。

2）将硫代硫酸钠掺入混凝土后，基本不影响聚羧酸减水剂的减水、保塑性能。硫代硫酸钠可以和聚羧酸减水剂复合使用，并作为一种理想的早强减水剂。

3）硫代硫酸钠和聚羧酸减水剂复合使用时，硫代硫酸钠早强剂的掺入可以有效提高混凝土的1天强度，对混凝土的3天强度影响很小，并且，当硫代硫酸钠早强剂掺量≤0.6%时，还可以有效提高混凝土的28天评定强度。

4）聚羧酸减水剂和硫代硫酸钠复合配制早强型减水剂时的推荐掺量分别为：聚羧酸减水剂1.8%，硫代硫酸钠0.6%。

[1]田培,刘加平,王玲,冉千平.混凝土外加剂手册[M].北京：化学工业出版社,2009.

[2]施惠生,孙振平,邓恺.混凝土外加剂实用技术大全M].北京：中国建材工业出版社,2008.