李馨慧，林喜华，赵士豪，班录江，胡克涛，何欣，何凯，顾青山

（中建西部建设贵州有限公司，贵州 贵阳 550004）

0 绪论

建筑结构需要长时间浇筑时，普通混凝土 6～10 小时的初凝时间不能满足要求，需要加入超缓凝剂，适当延长其凝结时间。大体积混凝土结构如地下室大底板和侧墙等在浇筑过程中，为避免其先浇筑部位先于后浇筑部位凝结而产生结构的“冷接头”，常通过在外加剂中适当掺入缓凝组分以延长混凝土的初凝时间，减少结构出现分层及裂缝[1]。在夏季施工时，加入超缓凝剂有效减少混凝土的坍落度损失，延长混凝土的使用时间[2]。除此之外，超缓凝混凝土也应用在基坑咬合桩项目中，第二类桩的浇筑需在第一类桩初凝前完成，由此可保证其能保证两类桩的桩身充分连接[3]。

但过量加入缓凝剂也将导致混凝土长期不凝结、早期强度不达标、延长施工工期等问题。为保证结构凝结时间与强度均能满足施工需要，需要对超缓凝剂的用量进行专门的试验。另外，在机制砂的生产过程中为减少石粉含量而掺加絮凝剂，絮凝剂在一定程度上也会延长混凝土的凝结时间。本文针对 C30～C45 共 4 种强度等级的超缓凝混凝土进行超缓凝剂用量的探究，形成了一套对应的配合比设计方案，并分析试验检测数据探究超缓凝剂对混凝土水化过程的影响。

1 混凝土原材料性能测试

（1）水泥：选用西南 P·O42.5 水泥和海螺 P·O52.5水泥，其性能指标如表 1 所示。

（2）粉煤灰：选用贵州名川煤灰有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰，其性能指标如表 2 所示。

表 1 水泥性能指标

表 2 粉煤灰性能指标

（3）机制砂：选用贵州成智重工石灰岩中砂，细度模数为 2.8。

（4）碎石：选用 5～20mm 的石灰岩碎石。

（5）外加剂：减水剂选用中建西部建设新材料有限公司生产的聚羧酸类高效减水剂，其固含量为 13%。超缓凝剂采用西卡公司生产的高效超缓凝剂，其固含量为 25%。

2 超缓凝混凝土配合比设计

根据 JGJ 55—2012《普通混凝土配合比设计规程》的要求，按照不同强度等级进行配合比设计。其中，使用西南 P·O42.5 水泥制备 C30 和 C35 混凝土，使用海螺 P·O52.5 水泥制备 C40 和 C45 混凝土。混凝土配合比设计见表 3。

表 3 C30 超缓凝混凝土配合比设计 kg/m3

3 超缓凝混凝土性能测试

3.1 超缓凝混凝土工作性、凝结时间测试结果

按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》的操作要求，对不同强度等级的超缓凝混凝土的坍落度、扩展度和倒筒时间进行测试，并测试2h 的延时扩展度。各强度等级超缓凝混凝土的工作性能及凝结时间测试结果如表 4 所示。

表 4 超缓凝混凝土的工作性测试结果

由表 4 和图 1～3 可知，各组混凝土出机时的工作性相近，坍落度均在 250～260mm，扩展度在 580～620mm，倒筒时间在 3.0～3.4s 范围内；与未掺加超缓凝剂的 SP-1、SP-7、SP-11、SP-15这四组相比，掺加了超缓凝剂的混凝土在出机时坍落度和扩展度有所增加，但增加幅度不大，只有 SP-16 组的出机坍落度和扩展度小于同强度等级的空白组。SP-3、SP-5、SP-9、SP-14四组的倒筒时间长于对应强度等级的空白组，但这几组与空白组的差距不大。与其他缓凝剂相比，试验中使用的西卡缓凝剂能够使混凝土维持较好的工作性，同时没有因过多地吸附外加剂而增加外加剂的用量。

图 1 超缓凝混凝土坍落度对比图

图 2 超缓凝混凝土扩展度对比图

图 3 超缓凝混凝土倒筒时间对比图

图 4 超缓凝混凝土凝结时间对比图

图 5 超缓凝混凝土抗压强度对比图

静置 2 小时后，掺加了超缓凝剂的混凝土的工作性没有太大的变化，甚至部分的坍落度和扩展度有一定的增大，仅 SP-8、SP-10 的 2h 坍落度和 SP-3 的 2h 扩展度小于出机的坍落度和扩展度。

目前市面上的缓凝剂主要分为无机磷盐缓凝剂、羟基酸盐类缓凝剂、多元醇类缓凝剂、蜜糖类缓凝剂和有机膦酸盐缓凝剂[4]。试验中使用的缓凝剂为糖类与有机膦盐的混合物，能够在一定程度吸附在水泥矿物颗粒表面上，形成“保护膜”，阻挡水泥矿物颗粒与水接触。继续发生水化反应。膦酸盐与水泥水化产物中的 Ca2+络合，形成松散的絮状物，抑制 CSH 晶体的形成和尺寸发展，而水泥水化产物 CSH、AFt 等被缓凝剂包裹形成的絮状物需要一定时间才能与水充分接触、充分水化，水泥水化进程暂时“休眠”，从而延长了混凝土的凝结时间[5]；蜜糖型缓凝剂能够吸附在水泥矿物颗粒表面形成溶剂化吸附层，使水泥初期水化糖钙含有多个羟基，增加游离水，提高浆体流动性，增强了混凝土的工作性能[4]。

对 17 组混凝土初凝、终凝时间加以检测，掺加絮凝剂后，各强度等级混凝土的凝结时间延长了 2～6 倍不等，其中 C30 混凝土的凝结时间延长得最多，平均延长了 50.6h；各组初凝与终凝的时间差平均延长了11.05h。对比不同强度等级的混凝土，空白组的凝结时间相近，初凝为 10h 左右，终凝时间为 12～15h；但掺加缓凝剂后，高强度等级混凝土凝结时间延长量少于低强度等级混凝土。其中，C45 混凝土仅延长了 10.5h，C30 混凝土延长了 43～67.2h。针对同一强度等级的混凝土，缓凝剂掺量的增加将延长其初凝时间和终凝时间，但对于初凝和终凝的时间差没有太大的影响。

相比 C30 混凝土，C45 混凝土中胶凝材料掺量较大，在等比例掺加缓凝剂时，水泥矿物颗粒与缓凝剂间接触几率将变小，且缓凝剂不能充分覆盖在水泥矿物颗粒上，削弱了缓凝效果。另外，试验中 C40 和 C45 混凝土采用 P·O52.5 水泥制备，C30 和 C35 采用 P·O42.5水泥制备。高标号水泥能为混凝土提供更高的抗压能力，同时其也会产生更大的水化热，使矿物颗粒热分散效果更大，缓凝剂团聚颗粒的效果不明显，减弱了缓凝剂的缓凝效果。

掺加缓凝剂可延长混凝土的初凝时间，从而延长混凝土的可施工时间，但掺加缓凝剂后，将会延长对应的终凝时间，对整个施工进度产生影响。因此要格外控制缓凝剂的用量，避免过量使用后混凝土长时间不凝，延误工期。以 C30 混凝土为例，缓凝剂掺量为 1% 时，初凝时间为 56 小时，而缓凝剂掺量为 2% 时，初凝时间可达 80 小时。因此缓凝剂的用量控制在 1% 左右。

3.2 超缓凝混凝土力学性能测试结果

由于超缓凝混凝土的终凝时间为 24 小时以上，最长可达 89 小时，混凝土 7d 强度增长较慢。为保证试验数据的有效性，对超缓凝混凝土的 14d、28d 强度进行测试，测试方法满足 GB/T 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的要求，其结果见表 5。

表 5 超缓凝混凝土力学性能测试结果

通过表 5 数据可发现，掺加了超缓凝剂的混凝土14d 和 28d 抗压强度均小于同强度等级的空白组，其主要原因在于缓凝剂吸附在水泥矿物颗粒表面，使其与水不能充分接触，水化产物聚集不能充分完成水化，导致混凝土内部存在部分未水化的水泥颗粒，使得混凝土强度偏小。同时，缓凝剂的加入，延缓了水泥水化热的释放过程，减慢了胶凝材料颗粒扩散速度，延长了混凝土强度增长的时间。

随着缓凝剂掺量的增加，混凝土 14d 和 28d 抗压强度却随之减小，但不会减少过多。其中，SP-6 组 14d抗压强度最小，仅为 28.5MPa，小于设计强度，但其28d 强度为 45.7MPa，可满足使用要求。从试验结果来看，缓凝剂掺量在 1% 左右时，混凝土早期强度较高，且 28d 强度接近空白组。

缓凝剂的加入会减小混凝土早期抗压强度，但并不会过大地影响后期抗压强度。有试验表明，掺加缓凝剂后，混凝土 56d、90d 及其他长龄期的抗压强度将高于空白组[1]。这主要是因为缓凝剂降低了水泥颗粒水化的速度，延长了混凝土强度增长进程，前期未能充分水化的水泥矿物颗粒在后期缓慢水化，强度得到增长。但也需要注意控制缓凝剂的用量，避免缓凝剂用量过高导致7d 强度偏小，从而影响施工进度。

4 结论

（1）试验中使用的超缓凝剂能够较好地保持混凝土的工作性，并延长了混凝土的凝结时间。

（2）掺加相同用量的缓凝剂时，随着混凝土的强度等级增大，初凝时间延长量反而减小，主要跟胶凝材料用量增加有关。

（3）掺加缓凝剂后，混凝土早期强度相较于空白组而言会有所减小，水泥水化过程会有所“冻结”；而后期强度将慢慢增加，直至与空白组相当甚至可能超过空白组。

（4）由试验的测试结果可知，缓凝剂掺量为 1%时，混凝土的工作性和力学性能均较好，可认定 1% 为本次试验用缓凝剂的最佳掺量。