摘要
利用硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-脱硫石膏三元胶凝体系制备修补砂浆，研究了酒石酸、硼砂及六偏磷酸钠等缓凝剂及其复掺时对修补砂浆性能的影响.结果表明：酒石酸在修补砂浆中无明显的缓凝作用，并且显著降低了修补砂浆的流动度、力学性能和干燥收缩率；硼砂和六偏磷酸钠均能有效延长修补砂浆的凝结时间，改善其流动度；硼砂虽能提高修补砂浆的强度，但增大了干燥收缩率；六偏磷酸钠有利于修补砂浆的中后期强度，显著降低了干燥收缩率；3种缓凝剂均使得修补砂浆的拉伸黏结强度有所降低，复掺缓凝剂的影响介于单掺2种相应缓凝剂的作用效果之间.
由于具有较高的强度和优异的黏结性能，修补砂浆常用于混凝土结构的修复和修
因此，本文以硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-脱硫石膏三元胶凝体系为胶凝材料，掺入乳胶粉和复配化学添加剂来制备修补砂浆，选用干混砂浆常用的酒石酸、硼砂和六偏磷酸钠缓凝剂，探究这3种缓凝剂及其复掺对修补砂浆性能的影响规律，以期为缓凝剂在该三元胶凝体系修补砂浆中的合理应用提供技术参考.
胶凝材料包括P·II 52.5硅酸盐水泥（PC）、72.5级硫铝酸盐水泥（CSA）和半水脱硫石膏（FDG），其化学组成（质量分数，文中涉及的组成、脱砂比等除特别说明外均为质量分数或质量比）如
| Material | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | Fe2O3 | SO3 | Na2O | K2O | TiO2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PC | 19.19 | 3.84 | 66.71 | 2.24 | 3.18 | 3.36 | 0.10 | 0.79 | 0.25 |
| CSA | 8.74 | 33.91 | 43.42 | 1.77 | 1.64 | 7.92 | 0.06 | 0.48 | 1.49 |
| FDG | 1.24 | 0.62 | 42.20 | 0.44 | 0.23 | 54.28 | 0.02 | 0.07 | 0.04 |
修补砂浆胶凝材料中的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和脱硫石膏按照质量比80∶15∶5配制三元胶凝体系；胶砂比（质量比）为1∶3；EVA乳胶粉和化学添加剂的掺量分别为胶凝材料质量的3.0%和0.8%；水灰比固定为0.35.3种缓凝剂单掺时，掺量分别为0.3%、0.6%和0.9%（以胶凝材料质量计），复掺时的掺量固定为0.6%，如
| Specimen No. | Tartaric acid | Borax | SHMP | Specimen No. | Tartaric acid | Borax | SHMP | Specimen No. | Tartaric acid | Borax | SHMP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Blank | B6 | 0.6 | A3B3 | 0.3 | 0.3 | ||||||
| A3 | 0.3 | B9 | 0.9 | A3H3 | 0.3 | 0.3 | |||||
| A6 | 0.6 | H3 | 0.3 | B3H3 | 0.3 | 0.3 | |||||
| A9 | 0.9 | H6 | 0.6 | ||||||||
| B3 | 0.3 | H9 | 0.9 |
图1 修补砂浆的凝结时间
Fig.1 Setting time of repair mortars
（1）基准砂浆的凝结时间为83 min；随着酒石酸掺量的增大，修补砂浆的凝结时间几乎不变.文献［
（2）随着硼砂或六偏磷酸钠掺量的增大，修补砂浆的凝结时间逐渐延长，在掺量为0.6%时达到最大，当掺量增至0.9%时反而略微缩短，但仍高于基准砂浆.这与文献［
（3）相比于基准砂浆（Blank），复掺酒石酸和硼砂时砂浆（A3B3）的凝结时间略微缩短，二者复掺并未起到缓凝作用；复掺酒石酸和六偏磷酸钠时砂浆（A3H3）的凝结时间有所延长，介于单掺2种缓凝剂之间（A6和H6）；复掺硼砂和六偏磷酸钠时砂浆（B3H3）的凝结时间则明显延长，与单掺0.6%六偏磷酸钠时砂浆（H6）的凝结时间相当.由此可见，修补砂浆中复掺酒石酸和六偏磷酸钠或者复掺硼砂和六偏磷酸钠，缓凝效果基本上是单掺相应2种缓凝剂的缓凝效果叠加；复掺酒石酸和硼砂的缓凝效果反而减弱，这可能是二者产生了一定程度的相互干扰，甚至是其他添加剂共同干扰，使得二者复掺的缓凝效果有所降低.以上分析表明，就缓凝效果而言，复掺硼砂和六偏磷酸钠的效果最好，而复掺酒石酸和硼砂的效果不佳.
图2 修补砂浆的流动度
Fig.2 Fluidity of repair mortars
（1）随着酒石酸掺量的增大，修补砂浆的初始流动度和60 min流动度几乎不变；30 min流动度由178 mm降低至145 mm，但酒石酸掺量变化的影响较小.随着硼砂掺量的增大，修补砂浆的初始流动度显著降低，30 min流动度略微降低，60 min流动度则是先增大后降低.原因可能在于硼砂优先吸附在水泥颗粒表面，降低了减水剂的吸附，导致减水剂的减水效果减弱，从而降低了修补砂浆的初始流动度；随着时间的延长，减水剂在水泥颗粒表面吸附量增大，使得修补砂浆的经时流动度明显增
（2）相比于基准砂浆，砂浆A3B3的初始流动度和经时流动度均有所降低；砂浆A3H3的初始流动度和经时流动度均明显增大，且初始流动度最大；砂浆B3H3的初始流动度有所降低，低于其他各组，但30 min和60 min经时流动度最大，介于单掺硼砂和六偏磷酸钠之间（B6和H6）.这表明，就流动度而言，复掺酒石酸和六偏磷酸钠或者复掺硼砂和六偏磷酸钠的效果较好，而复掺酒石酸和硼砂的效果不佳.
图3 修补砂浆的抗折强度
Fig.3 Flexural strength of repair mortars
（1）随着酒石酸掺量的增大，修补砂浆6 h~28 d各龄期的抗折强度均显著降低.这与文献［
（2）2种缓凝剂复掺时，相比于基准砂浆，砂浆A3B3的抗折强度均明显降低，28 d降幅达25%；砂浆A3H3的抗折强度也均有所降低，降幅在12%~39%之间；砂浆B3H3各龄期的抗折强度与基准砂浆基本相同，变化规律与砂浆B6类似.这表明，就抗折强度而言，复掺硼砂和六偏磷酸钠时基本无负面影响，而复掺酒石酸和硼砂或者复掺酒石酸和六偏磷酸钠会导致抗折强度明显降低.
图4 修补砂浆的抗压强度
Fig.4 Compressive strength of repair mortars
（1）随着酒石酸掺量的增大，修补砂浆在6 h~28 d各龄期的抗压强度均显著降低.随着硼砂掺量的增大，修补砂浆各龄期的抗压强度逐渐有所增大，增幅达10%以上.随着六偏磷酸钠掺量的增大，修补砂浆各龄期的抗压强度变化规律与抗折强度类似，6 h~3 d抗压强度有所降低，7 d以后抗压强度有所提高.这表明，酒石酸不利于提高修补砂浆的抗压强度，硼砂能显著提高抗压强度，六偏磷酸钠虽使得早期强度略微降低，但有利于中后期抗压强度发展.
（2）2种缓凝剂复掺时，相比于基准砂浆，砂浆A3B3和A3H3的抗压强度变化规律与抗折强度类似，也是介于单掺2种缓凝剂之间；砂浆B3H3的3 d内抗压强度与基准砂浆基本相同，7、28 d抗压强度则比基准砂浆提高10%以上，但略低于砂浆B6.这表明，复掺硼砂和六偏磷酸钠对修补砂浆的早期抗压强度基本无负面影响，且有利于中后期抗压强度发展，而复掺酒石酸和硼砂或者复掺酒石酸和六偏磷酸钠会导致修补砂浆的抗压强度明显降低.
图5 修补砂浆的拉伸黏结强度
Fig.5 Tensile bond strength of repair mortars
（1）随着龄期的延长，修补砂浆的拉伸黏结强度逐渐增大.基准砂浆各龄期的拉伸黏结强度均最大.相比于基准砂浆，单掺酒石酸的修补砂浆各龄期拉伸黏结强度显著降低，降幅在30%~56%之间；单掺硼砂时修补砂浆的拉伸黏结强度也有所降低，28 d强度降幅仅为8.7%；单掺六偏磷酸钠时，修补砂浆的1、3 d拉伸黏结强度显著降低，28 d时降幅较小（为16%）.各组修补砂浆的28 d拉伸黏结强度均大于1.6 MPa，远超过JC/T 2381—2016《修补砂浆》的要求.这表明，3种缓凝剂使得修补砂浆的拉伸黏结强度出现不同程度降低；就拉伸黏结强度降幅而言，酒石酸>六偏磷酸钠>硼砂.
（2）2种缓凝剂复掺时，砂浆A3B3的1、3 d拉伸黏结强度与砂浆A6基本相同，随着龄期的延长，强度介于单掺酒石酸与单掺硼砂之间，但28 d强度为基准砂浆的76%；砂浆A3H3或B3H3的3 d以后拉伸黏结强度与砂浆H6基本相同.这表明，复掺缓凝剂也均会导致修补砂浆各龄期拉伸黏结强度降低.其中，复掺酒石酸和六偏磷酸钠与复掺硼砂和六偏磷酸钠的强度基本相同，复掺酒石酸和硼砂时最低.
图6 修补砂浆的干燥收缩率
Fig.6 Drying shrinkage of repair mortars
（1）无论是否掺加缓凝剂，修补砂浆的干燥收缩率均是随着龄期的延长而逐渐变大.随着酒石酸掺量的增大，修补砂浆各龄期的干燥收缩率逐渐降低，酒石酸掺量为0.6%和0.9%时甚至使得修补砂浆3 d以内时产生微膨胀；0.9%酒石酸使得28 d干燥收缩率降幅高达84%.随着硼砂掺量的增大，干燥收缩率呈现出逐渐增大的趋势.随着六偏磷酸钠掺量的增大，干燥收缩率则呈现出逐渐降低的趋势；0.3%掺量时修补砂浆的干燥收缩率与基准砂浆基本一致，0.6%和0.9%掺量时则显著低于基准砂浆.这表明，酒石酸和六偏磷酸钠能显著降低修补砂浆的干燥收缩率，酒石酸的影响作用更为明显；硼砂则增大了修补砂浆的干燥收缩率.
（2）2种缓凝剂复掺时，相比于基准砂浆，砂浆A3B3与A3H3的干燥收缩率均明显降低，28 d时降幅分别达61.3%和56.8%，介于单掺2种相应缓凝剂之间；砂浆B3H3在14 d内干燥收缩率略高于基准砂浆，介于单掺硼砂和六偏磷酸钠组（B6和H6）之间，但28 d干燥收缩率已低于基准砂浆.这表明，复掺酒石酸和硼砂或者复掺酒石酸和六偏磷酸钠能显著降低修补砂浆的干燥收缩率，而复掺硼砂和六偏磷酸钠则提高了干燥收缩率.
酒石酸会导致修补砂浆的抗折强度和抗压强度降低，主要在于其能增大水泥砂浆的总孔隙
（1）3种缓凝剂对PC‑CSA‑FDG三元胶凝体系修补砂浆的性能具有显著而不同的影响.酒石酸无明显的缓凝作用，硼砂和六偏磷酸钠能显著延长修补砂浆的凝结时间，六偏磷酸钠的缓凝效果略优于硼砂.
（2）酒石酸使修补砂浆的经时流动度、力学性能与干燥收缩率显著降低；硼砂和六偏磷酸钠能显著改善修补砂浆的流动度；硼砂对修补砂浆的抗折强度影响较小，能显著提高抗压强度，但导致干燥收缩率增大；六偏磷酸钠虽使得修补砂浆的早期强度略微降低，但有利于中后期强度的发展，且能显著降低干燥收缩率.3种缓凝剂均在一定程度上降低了修补砂浆的拉伸黏结强度.
（3）2种缓凝剂复掺时，复掺硼砂和六偏磷酸钠的作用效果最佳，具体表现为其能有效延长修补砂浆的凝结时间，并有利于改善经时流动度和中后期强度，干燥收缩率也仅略微增大；作用效果介于单掺硼砂和六偏磷酸钠之间.而复掺酒石酸和硼砂或者复掺酒石酸和六偏磷酸钠的作用效果不佳.
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