缓凝剂种类及掺量对高温环境用预应力孔道压浆料性能的影响

张舒，杨杰，宋普涛，夏京亮，王晶，冷发光

（1.中国路桥工程有限责任公司，北京 100011；2.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

柬埔寨金边—西哈努克港高速公路位于柬埔寨西南部（简称金港高速），全长187.050 km，由中国路桥工程有限责任公司投资建设，是柬埔寨境内的第一条高速公路，也是柬埔寨境内首条全线采用中国公路建设标准及规范的高速公路。

设计文件表明，金港高速预应力混凝土桥梁结构较多，项目所属公路预应力桥梁中预应力压浆材料用量很大。考虑到国内外标准之间的差异，柬埔寨境内的压浆料很难满足中国公路建设标准的要求，进而难以用于金港高速的生产与应用。因此，以当地大宗原材料为基础，参照国内现行标准，开展基于当地大宗材料的压浆料制备及性能研究，是解决上述问题的重要技术措施。

柬埔寨为典型的热带雨林气候，昼间温度可达30℃以上，高温环境导致压浆料水化速度加快，流动度损失加快，进而导致压浆料压注过程存在堵泵等施工问题以及注浆不密实等质量问题[1-5]。缓凝剂是延缓水泥基材料水化速度的关键外加剂，可延长水泥基材料的凝结时间，抑制其流动度损失。研究发现，缓凝剂的种类及掺量不同，对水泥基材料凝结时间、流动度损失、强度及耐久性的影响也不同[6-11]。因此，亟待结合金港高速大宗原材料的性能开展缓凝剂种类及掺量对压浆料性能影响的研究，以期提出性能符合JTG/T 3650—2020《公路桥涵施工技术规范》要求，且适用于30℃以上高温环境预应力压浆料的配制技术，为金港高速预应力压浆料的制备提供参考。

1 试验

1.1 原材料

（1）水泥：柬埔寨马德望海螺水泥厂生产的海螺牌P·Ⅰ52.5硅酸盐水泥，3 d抗 压强 度32.5 MPa，28 d抗压强度59.6 MPa。

（2）缓凝剂：硼酸（PS），纯度≧99.9%，白色粉末，60~140目；柠檬酸钠（NS），纯度99.5%，白色结晶粉末；酒石酸（JS），密度1.788 g/cm3，纯度99.5%，白色结晶粉末。

（3）其他外加剂：本研究压浆料中选用的其他外加剂包括聚羧酸减水剂、塑性膨胀剂、消泡剂、保水剂，其他外加剂中各成分的质量比分别为79∶15∶5∶1，其他外加剂在压浆料中的质量百分比为0.2%。

1.2 试验方法

（1）压浆料搅拌、压力泌水率、自由膨胀率、抗压强度试验参照JTG/T 3650—2020进行。（2）压浆料抗氯离子渗透性能试验参照标准GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。（3）压浆料流动度试验时，将室内试验温度调整至（31±1）℃，测试方法参照JTG/T 3650—2022进行。

2 结果与讨论

不同缓凝剂及掺量的压浆料制备试验方案见表1，其中试验用压浆料粉料总质量为3000 g，水料比为0.28，用水量为840 g，水泥用量为2994 g，其他外加剂用量为6 g。柠檬酸钠、硼酸和酒石酸的掺量分别占压浆料总质量的0.03%、0.06%、0.09%、0.12%。

表1 压浆料制备试验方案 g

不同缓凝剂及掺量下压浆料的性能如表2所示。

表2 不同缓凝剂及掺量下压浆料的性能

2.1 缓凝剂对压浆料流动性的影响

由表2可知，A0组压浆料的初期流动度为18 s，0.5 h流动度为30 s，1 h流动度为45 s，流动度不符合JTG/T 3650—2020要求，除A0及A1组压浆料外，其他组压浆料的流动度均符合要求。随着缓凝剂掺量的增加，压浆料的初期流动度、0.5 h及1 h流动度先逐渐减小，缓凝剂掺量为0.12%时，掺不同缓凝剂压浆料的流动度最小。缓凝剂种类不同，不同缓凝剂掺量下压浆料流动度变化情况不同，相对而言，在高温环境下掺酒石酸的压浆料流动度改善作用最明显，硼酸次之，柠檬酸钠最弱。酒石酸掺量为0.12%时压浆料的流动性最佳，此时压浆料的初期、0.5 h、1 h流动度分别为15、16、16 s。

缓凝剂的掺入抑制了压浆料的水化，延缓了压浆料的水化速度，压浆料的流动度保持能力提升，流动性能得到改善[12-15]。不同缓凝剂在高温环境下对压浆料水化抑制作用不同，对流动性能的改善效果也不同。

2.2 缓凝剂对压浆料压力泌水率的影响

由表2可知，各组压浆料0.22 MPa压力泌水率均满足JTG/T 3650—2020标准要求。随着缓凝剂掺量的增加，压浆料的压力泌水率逐渐增大，缓凝剂掺量为0.12%时，各组压浆料的压力泌水率均达最大。缓凝剂种类不同，不同缓凝剂掺量下压浆料压力泌水率的变化情况不同，相对而言，掺酒石酸时压浆料的压力泌水率增加最明显，硼酸次之，柠檬酸钠最小。不同缓凝剂对压浆料的流动度改善效果不同，这可能与缓凝剂有一定的“减水”作用有关，缓凝剂的“减水”作用越好，压浆料浆体中“释放”的自由水数量越多，压力泌水率就越大。

2.3 缓凝剂对压浆料自由膨胀率的影响

由表2可知，各组配合比的3 h及24 h自由膨胀率均符合JTG/T 3650—2020标准要求。未掺缓凝剂的基准组A0自由膨胀率最大，A0的3 h自由膨胀率为1.25%，24 h膨胀率为1.52%，随着缓凝剂掺量的增加，压浆料的3 h及24 h自由膨胀率均逐渐减小，缓凝剂掺量为0.12%时压浆料的3 h及24 h自由膨胀率最小。

缓凝剂种类不同，不同缓凝剂掺量下压浆料膨胀率的变化情况不同，相对而言，掺酒石酸对压浆料3 h及24 h膨胀率的影响最明显，硼酸次之，柠檬酸钠最小。酒石酸掺量为0.12%时压浆料的膨胀率最小，此时压浆料的3 h及24 h膨胀率分别为0.92%及1.15%。

2.4 缓凝剂对压浆料抗氯离子侵蚀性能的影响

由表2可知，未掺缓凝剂的基准组压浆料A0的56 d电通量最低，为2510 C，随着缓凝剂掺量的增加，压浆料的电通量逐渐增大，缓凝剂掺量为0.12%时，压浆料的电通量最大。缓凝剂种类不同，不同缓凝剂掺量下压浆料电通量的变化情况不同，相对而言，掺酒石酸对压浆料56 d电通量的影响最明显，硼酸次之，柠檬酸钠最小。酒石酸掺量为0.12%时，压浆料的56 d电通量最高，为2622 C。缓凝剂对压浆料水化程度及晶型结构变化影响的差异，使得压浆料的微观孔结构也有不同的变化，进而影响压浆料的抗氯离子侵蚀性能。

2.5 缓凝剂对压浆料抗压及抗折强度的影响

不同缓凝剂及掺量下压浆料的抗压、抗折强度如表3所示。

表3 缓凝剂对压浆料抗压、抗折强度的影响

由表3可见：（1）基准组压浆料A0的3、7、28 d抗压强度符合JTG/T 3650—2020标准要求，对比组A4、A7、A8及A11的3 d与7 d抗压强度不符合JTG/T 3650—2020的要求，对比组A12的3、7、28 d抗压强度均不符合JTG/T 3650—2020标准要求。随着缓凝剂掺量的增加，压浆料的抗压强度逐渐降低，缓凝剂掺量为0.12%时，压浆料的各龄期抗压强度最低。缓凝剂种类不同，不同缓凝剂掺量下压浆料抗压强度的变化情况不同，相对而言，掺酒石酸对压浆料各龄期抗压强度的影响最明显，硼酸次之，柠檬酸钠最小。酒石酸掺量为0.12%时，压浆料的各龄期抗压强度最低，此时压浆料的3、7、28 d抗压强度分别为17.6、37.1、49.1 MPa。（2）基准组压浆料A0的3、7、28 d抗折强度符合JTG/T 3650—2020标准要求，对比组A4和A7的3、7 d抗折强度不符合JTG/T 3650—2020标准要求，对比组A8、A11及A12的3、7、28 d抗折强度均不符合JTG/T 3650—2020标准要求。随着缓凝剂掺量的增加，压浆料的抗折强度逐渐降低，缓凝剂掺量为0.12%时，压浆料的各龄期抗折强度最低。缓凝剂种类不同，不同缓凝剂掺量下压浆料抗折强度的变化情况不同，相对而言，掺酒石酸对压浆料各龄期抗折强度的影响作用最明显，硼酸次之，柠檬酸钠最小。酒石酸掺量为0.12%时压浆料的各龄期抗折强度最低，此时压浆料的3、7、28 d抗折强度分别为3.8、4.8、9.4 MPa。

缓凝剂的掺入抑制了压浆料的水化，延缓了压浆料的水化速度，对早龄期强度影响很明显，导致压浆料3 d及7 d抗压强度明显降低。缓凝剂的掺入对压浆料水化产物的晶型结构也有一定的影响，导致了压浆料28 d抗压强度的降低。缓凝剂种类对压浆料水化程度及晶型结构变化影响的差异，导致了压浆料的各龄期强度的不同[16-20]。

总体而言，缓凝剂对压浆料的流动度及流动度经时损失有很显著的改善作用，但对压浆料的压力泌水率、膨胀率、强度、电通量有不利的影响，在保证压浆料各项性能均符合JTG/T 3650—2020要求的基础上，压浆料中柠檬酸钠的掺量不宜大于0.09%，硼酸的掺量不宜大于0.06%，酒石酸的掺量不宜大于0.06%。

3 结论

（1）在高温环境下缓凝剂对压浆料的流动度及流动度经时损失有很显著的改善作用，相对而言，掺酒石酸对压浆料流动度改善作用最明显，硼酸次之，柠檬酸钠最弱。

（2）缓凝剂对压浆料的压力泌水率、膨胀率有负面的影响，导致压浆料压力泌水率增大、膨胀率减小，相对而言，酒石酸对压浆料压力泌水率和膨胀率影响最明显，硼酸次之，柠檬酸钠最弱。

（3）缓凝剂对压浆料的各龄期强度和电通量也有负面影响，导致压浆料各龄期抗压及抗折强度降低、电通量增大，相对而言，酒石酸对压浆料强度和电通量的影响最明显，硼酸次之，柠檬酸钠最弱。

（4）在保证压浆料各项性能均符合JTG/T 3650—2020标准要求的基础上，压浆料中柠檬酸钠掺量不宜大于0.09%，硼酸掺量不宜大于0.06%，酒石酸掺量不宜大于0.06%。