一种复合缓凝材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种缓凝材料，尤其涉及一种混凝土用复合缓凝材料及其制备方法。
背景技术
缓凝材料是混凝土的常见外加剂之一，缓凝材料能够延缓水泥的水化速率，调节混凝土的凝结时间，改善混凝土的施工性能。目前市场上的缓凝材料主要为单一缓凝材料，主要分为单糖类缓凝材料、多糖类缓凝材料、无机酸类缓凝材料及有机酸类缓凝材料四大类，但是在需要制备缓凝时间达60个小时并满足水下灌注桩使用要求混凝土时，以上四类单一缓凝材料均存在明显缺陷。
单糖类缓凝材料主要以葡萄糖酸钠为代表，同时葡萄糖酸钠也是目前最常使用的缓凝剂。请参阅图1，图1为葡萄糖酸钠掺量对混凝土初凝时间的影响。随着葡萄糖酸钠用量的提高，混凝土的初凝时间可从10小时延长至20天以上，缓凝效果很好。但当葡萄糖酸钠用量超过混凝土中胶凝材料的0.12％时，混凝土会出现假凝现象，在出机5-10min后失去流动性，然后在30min后逐渐恢复，且葡萄糖酸钠掺量越高，流动性失去得越快，需要的恢复时间越长，这会严重影响混凝土的工作性能，不能满足施工浇筑要求。葡萄糖酸钠掺量为混凝土胶凝材料的0.12％时，混凝土的初凝时间在45～50h之间，故葡萄糖酸钠小于0.12％掺量时，无法实现混凝土初凝时间大于60个小时，而当掺量超过0.12％时，混凝土的工作性能又无法满足运输和灌注的要求。
多糖类缓凝剂主要包括蔗糖、淀粉、糊精等，其中最常使用的为蔗糖。蔗糖是双糖，是一种效果明显的缓凝材料，当蔗糖用量达到混凝土胶凝材料的0.3％时，混凝土的初凝时间可以延迟至10d以上。但蔗糖掺量超过0.1％以后，混凝土的坍落度损失会加快，且坍落度损失是不可逆的，严重影响混凝土的性能。但在0.1％蔗糖掺量时，混凝土的初凝时间只有40小时左右。
无机酸类缓凝材料主要包括不同聚合态的磷酸盐(六偏磷酸钠、磷酸二氢钠、焦磷酸钠等)、硼酸及硼酸盐；有机酸类缓凝材料主要包括柠檬酸及酒石酸等。这些材料的特点是缓凝时间短，但是在前期的缓凝作用明显。以六偏磷酸钠为例，在其掺量为混凝土中胶凝材料的0.08％，其初凝时间在20h左右，而掺量放大到混凝土中胶凝材料的0.15％、0.3％、0.5％时，其初凝时间均在40～48h，混凝土的凝结时间并没有随着六偏磷酸钠用量的增加而延长。所以这类缓凝材料的缓凝时间有限。
咬合式排桩作为一种基坑围护结构，按其施工工艺分为硬切割咬合桩和软切割咬合桩。其中软切割咬合桩的施工方式为：先施工Ⅰ序桩(先行间隔施工的被咬合的混凝土灌注桩)，后施工Ⅱ序桩(后续施工并与相邻Ⅰ序桩咬合的混凝土灌注桩)，在Ⅰ序桩混凝土硬化之前切割掉Ⅰ序桩与Ⅱ序桩相交部分的混凝土，然后完成Ⅱ序桩的混凝土灌注，从而实现咬合。软切割咬合桩施工的关键是在Ⅰ序桩混凝土硬化前进行切割，通常是在混凝土初凝之前完成切割，要顺利完成Ⅰ序桩的软切割，除了合理安排施工组织之外，混凝土的凝结时间也必须延长到足以保证Ⅱ序桩有充足的施工时间，如果切割时混凝土已经硬化，软切割的钻筒则不能完成切割，这时需要更换安装带刀口的钻筒进行硬切割，施工成本大大增加，施工效率大大降低。因此，Ⅰ序桩混凝土的硬化时间能否满足软切割要求，对整个施工组织起到至关重要的作用。
深圳地铁14号线大运城市综合交通枢纽工程的基坑围护设计大部分采用咬合式排桩+内支撑的形式，其中的大运站基坑的咬合桩均采用软切割施工工艺，而现场的场地条件对施工限制很多，对Ⅰ序桩混凝土缓凝时间要求更久，结合项目本身的实际情况，该工艺对混凝土具体要求有以下三点：
1.Ⅰ序桩混凝土初凝时间不小于60小时；
2.混凝土需要具有良好的工作性能以满足桩基灌注自密实混凝土的要求；
3.混凝土的缓凝不能影响其后期强度。
但是现有的单一缓凝材料中，单糖类缓凝材料与多糖类缓凝材料若要使混凝土实现60小时的缓凝时间，则一定会破坏混凝土的工作性能，而无机酸类缓凝材料与有机酸类缓凝材料则无法实现60小时的缓凝时间。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种可以使混凝土的初凝时间长、工作性能好、后期强度高的复合缓凝材料。
一种复合缓凝材料，以质量百分比计包括以下组分：单糖类缓凝材料20-80％；多糖类缓凝材料0-60％；无机酸类缓凝材料0-52％；有机酸类缓凝材料0-14％。
相对于现有技术，本发明的复合缓凝材料由单糖、多糖、无机酸、有机酸类缓凝剂复合而成，通过研究这些缓凝材料各自的作用，再将其不同组合以取长补短，实现了不受水胶比限制，不受混凝土外掺料影响，在添加入混凝土后，可以控制混凝土初凝时间在60h到90h间自由选择，终凝时间控制在70h到100h之间，不出现单糖缓凝剂造成混凝土假凝现象，不发生多糖缓凝剂造成混凝土坍落度损失过快的情况，克服了无机酸类缓凝剂缓凝时间短的问题，不影响混凝土后期强度增长。缓凝作用发挥均匀持续，不会因某一阶段缓凝作用强烈出现离析泌水的情况，配合缓释型减水剂使用可使拌制的混凝土具有良好的工作性。
进一步，所述单糖类缓凝材料为葡萄糖与葡萄糖酸钠中的一种或多种的组合。可以延长缓凝时间。
进一步，所述多糖类缓凝材料为蔗糖。可以延长缓凝时间。
进一步，所述无机酸类缓凝材料为六偏磷酸钠、磷酸二氢钠、焦磷酸钠、硼酸及硼酸盐中的一种或多种的组合。可以在早期起到缓凝作用，以降低糖类缓凝剂的用量。
进一步，所述有机酸类缓凝材料为酒石酸、柠檬酸及其盐类中的一种或多种的组合。可以在早期和中期起到缓凝作用，搭接无机酸类缓凝剂与糖类缓凝剂，使缓凝过程持续稳定。
进一步，所述单糖类缓凝材料为葡萄糖酸钠，所述多糖类缓凝材料为蔗糖，所述无机酸类缓凝材料为六偏磷酸钠、磷酸二氢钠、焦磷酸钠及硼酸，所述有机酸类缓凝材料为酒石酸及柠檬酸钠。
进一步，所述各材料的质量百分比如下：葡萄糖酸钠20％～80％，蔗糖0～60％，六偏磷酸钠0～20％，磷酸二氢钠0～10％，焦磷酸钠0～10％，硼酸0～12％，酒石酸0～8％，柠檬酸钠0～6％。为完全适用于咬合式排桩软切割工艺的复合缓凝材料配比。
进一步，其用量为所掺入的混凝土中胶凝材料总质量的0.12％～0.2％。可以通过控制掺入比例来控制缓凝时间。
本发明还包括一种上述复合缓凝材料的制备方法，即将单糖类缓凝材料、多糖类缓凝材料、无机酸类缓凝材料及有机酸类缓凝材料按照固体质量比例混合均匀，制成粉剂。
附图说明
图1为葡萄糖酸钠掺量对混凝土初凝时间的影响。
具体实施方式
将质量百分比为单糖类缓凝材料20-80％、多糖类缓凝材料0-60％、无机酸类缓凝材料0-52％、有机酸类缓凝材料0-14％的上述材料混合均匀，制成粉剂便可得到本发明所述复合缓凝材料。本发明所述复合混凝材料在使用时可以按照占混凝土胶凝材料的0.12％～0.2％掺入混凝土中，也可先将所述复合混凝材料兑入水中，制成水剂之后掺入混凝土中，或将其掺入减水剂中，与减水剂一起掺入混凝土中。
实施例1
本实施例中复合缓凝材料的各组分材料及其质量百分比见表1，制得所述复合缓凝材料后，按照如下比例拌制出混凝土：所述复合缓凝材料掺量为胶凝材料总量的0.15％，水胶比为0.43，粉煤灰掺量为30％。按照上述比例拌制所得的混凝土的性能测试结果见表2。
表1复合缓凝材料中各类材料比例
表2采用实施例1的复合型缓凝材料拌制的混凝土试验结果
实施例1中的混凝土，初凝时间达到了72小时，终凝时间达到了91小时，完全可以满足咬合桩软切割的时间要求，混凝土自拌制出机之后未出现假凝和坍落度快速损失的情况，坍落度在前2个小时保持稳定，2个小时后开始缓慢损失，混凝土工作性的保持时间可以满足施工灌注需要。7天、28天、56天强度增长正常。
实施例2
本实施例中复合缓凝材料的各组分材料及其质量百分比见表3，制得所述复合缓凝材料后，按照如下比例拌制出混凝土：所述复合缓凝材料掺量为胶凝材料总量的0.15％，水胶比为0.38，粉煤灰掺量为30％。按照上述比例拌制所得的混凝土的性能测试结果见表4。
表3复合缓凝材料中各类材料比例
表4采用实施例2的复合型缓凝材料拌制的混凝土试验结果
实施例2中的混凝土，初凝时间达到了70小时，终凝时间达到了86小时，可以满足咬合桩软切割的时间要求，混凝土自拌制出机之后未出现假凝和坍落度快速损失的情况，坍落度在前2.5个小时保持稳定，2.5个小时后开始缓慢损失，混凝土工作性的保持时间可以满足施工灌注需要。28天龄期之后的强度增长正常，说明该复合缓凝材料不影响混凝土后期强度。
实施例3
本实施例中复合缓凝材料的各组分材料及其质量百分比见表5，制得所述复合缓凝材料后，按照如下比例拌制出混凝土：所述复合缓凝材料掺量为胶凝材料总量的0.16％，水胶比为0.48，粉煤灰掺量为30％。按照上述比例拌制所得的混凝土的性能测试结果见表6。
表5复合缓凝材料中各类材料比例
表6采用实施例3的复合型缓凝材料拌制的混凝土试验结果
实施例3中的混凝土，初凝时间达到了68小时，终凝时间达到了79小时，可以满足咬合桩软切割的时间要求，混凝土自拌制出机之后未出现假凝和坍落度快速损失的情况，坍落度在前3个小时保持稳定，3个小时后开始缓慢损失，混凝土工作性的保持时间可以满足施工灌注需要。28天龄期之后的强度增长正常，说明该复合缓凝材料不影响混凝土后期强度。
实施例4
本实施例中复合缓凝材料的各组分材料及其质量百分比见表7，制得所述复合缓凝材料后，按照如下比例拌制出混凝土：所述复合缓凝材料掺量为胶凝材料总量的0.16％，水胶比为0.43，粉煤灰掺量为30％。按照上述比例拌制所得的混凝土的性能测试结果见表8。
表7复合缓凝材料中各类材料比例
表8采用实施例4的复合型缓凝材料拌制的混凝土试验结果
实施例4中的混凝土，初凝时间达到了77小时，终凝时间达到了89小时，完全可以满足咬合桩软切割的时间要求，混凝土从拌制出机之后未出现假凝和坍落度快速损失的情况，坍落度在前3个小时保持稳定，3个小时后开始缓慢损失，混凝土工作性的保持时间可以满足施工灌注需要。28天龄期之后的强度增长正常，说明该复合缓凝材料不影响混凝土后期强度。
实施例5
本实施例中复合缓凝材料的各组分材料及其质量百分比见表9，制得所述复合缓凝材料后，按照如下比例拌制出混凝土：所述复合缓凝材料掺量为胶凝材料总量的0.18％，水胶比为0.43，粉煤灰掺量为30％。按照上述比例拌制所得的混凝土的性能测试结果见表10。
表9复合缓凝材料中各类材料比例
表10采用实施例5的复合型缓凝材料拌制的混凝土试验结果
实施例5中的混凝土，初凝时间达到了83小时，终凝时间达到了96小时，完全可以满足咬合桩软切割的时间要求，混凝土从拌制出机之后未出现假凝和坍落度快速损失的情况，坍落度在前3个小时保持稳定，3个小时后开始缓慢损失，混凝土工作性的保持时间可以满足施工灌注需要。28天龄期之后的强度增长正常，说明该复合缓凝材料不影响混凝土后期强度。
实施例6
本实施例中复合缓凝材料的各组分材料及其质量百分比见表11，制得所述复合缓凝材料后，按照如下比例拌制出混凝土：所述复合缓凝材料掺量为胶凝材料总量的0.15％，水胶比为0.43，粉煤灰掺量为50％。按照上述比例拌制所得的混凝土的性能测试结果见表12
表11复合缓凝材料中各类材料比例
表12采用实施例6的复合型缓凝材料拌制的混凝土试验结果
实施例6中的混凝土，初凝时间达到了85小时，终凝时间达到了98小时，完全可以满足咬合桩软切割的时间要求，混凝土从拌制出机之后未出现假凝和坍落度快速损失的情况，坍落度在前2.5个小时保持稳定，2.5个小时后开始缓慢损失，混凝土工作性的保持时间可以满足施工灌注需要。28天龄期之后的强度增长正常，说明该复合缓凝材料不影响混凝土后期强度。
以上实施例均在依托本发明所提出技术方案下的数种实施方式，各个实例均给出了详细的实施方法和实施效果作为参考，仅为本发明的较佳实施例。本发明是在充分了解混凝土知识及混凝土施工工艺的前提下，通过研究不同类型的缓凝材料，将这些不同类型的缓凝材料按照特定比例重新组合，从而得到所述复合缓凝材料，解决了混凝土需要长时间缓凝，以及糖类缓凝剂假凝、工作性损失快，无机酸和有机酸缓凝剂凝结时间短等问题，使其能够长时间缓凝的同时不会造成混凝土工作性的波动，使混凝土在保证足够缓凝时间的同时能够顺利施工、保证质量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
