智能緩釋型減水劑在商品混凝土行業中的應用

王友奎，趙帆

（華爍科技股份有限公司 湖北省化學研究院,湖北 武漢 430073）

隨著施工和監管單位對商品混凝土質量管理的加強，以及商品混凝土攪拌站間的競爭逐漸加劇，各方對現場施工時混凝土流動性和后期混凝土強度要求越來越高。與其他生產后即穩定的產品不同，新拌混凝土流動性隨時間的變化特別大，在短短的幾小時內即由大流動態變到固態，這給混凝土攪拌站的生產管理帶來很大的挑戰。混凝土的坍落度損失是商品混凝土使用過程中經常遇到的問題。由于商品混凝土生產特點，其運輸和等待時間較長，新拌混凝土從攪拌到澆筑之間的時間差往往長達2h 甚至更長，這會導致坍落度的損失特別是炎熱的夏季，混凝土的坍落度損失過大，這就造成現場澆筑時，泵送或密實成型困難從而影響施工效率。更為嚴重的是，現實生產中，施工單位為解決流動性差的問題，往往無節制的加水，造成混凝土強度的下降，從而影響混凝土質量，造成建筑物強度不合格。因此，因流動性下降引起的質量糾紛輕則讓商混站頭疼不已，重則阻礙商品混凝土攪拌站的發展。

隨著聚羧酸鹽減水劑技術的快速發展，混凝土攪拌站可通過加強綜合管理，并利用減水劑的智能緩釋技術較好的解決混凝土坍落度損失問題，減少質量糾紛，排除商品混凝土攪拌站發展中的隱患，有效提升商品混凝土攪拌站競爭力。

1 混凝土坍落度損失的主要原因

影響混凝土坍落度損失的原因是多方面的，而且這些因素之間相互關聯。主要包括四個方面：一是水泥方面，如水泥中的礦物成分種類、SO3含量與C3A和堿含量的匹配、細度等。水泥中C3A，C4AF含量較高對減水劑吸附量較大，則混凝土坍落度損失較大，反之較小。 二是減水劑的成分以及緩凝劑的種類、用量等。三是環境條件，如溫度、濕度、運輸時間等。四是混凝土的水灰比大小、減水劑摻入時間次序、摻合料的品種及摻加比例。

2 混凝土坍落度損失常見的解決方法

混凝土坍落度損失過大是由多種因素造成的，需要根據不同的情況提出不同的解決方法。目前主要有以下方法。

（1）減水劑后摻法：即在砂、石、水泥、水拌合之后再摻減水劑。這種方法對抑制坍落度損失有明顯效果。主要是因為水泥遇水后，在有石膏的環境中，水泥中的C3A，C4AF能迅速生成鈣礬石，C3A、C4AF在體系中明顯減少，這時再加入減水劑，被C3A、C4AF吸附消耗的減水劑量顯著減少，大量的減水劑能比較充分地被C2S、C3S吸附，水泥顆粒的動電電位明顯提高，并在一定時間內保持相對穩定，直接表現為混凝土的和易性好，坍落度損失較小。但此方法作用有限，而且生產操作不方便。

（2）摻緩凝劑法：緩凝劑對水泥緩凝的作用理論有吸附理論、生成絡鹽理論、沉淀理論和控制氫氧化物結晶生長理論。緩凝劑使水泥中的C3A水化減慢，從而抑制了坍落度損失。此方法對混凝土坍落度損失作用也有限，而且會延長混凝土的凝結時間。

（3）降低出機混凝土溫度：混凝土的溫度越高，水泥水化速度越快，水泥顆粒維持一定的動電電位時間越短，混凝土中游離水變為結合水的比例就越大。所以，新拌混凝土的溫度越高，坍損越快；溫度越低，坍損越慢。一般來講，溫度每上升10℃，坍落度損失增大10%～40%。因此應采取降低各種原材料的溫度達到抑制坍損的目的。此方法需要有配套的降溫設備，水工大體積工程中常用此法，對商品混凝土攪拌站來講不大適用。

3 智能緩釋技術解決混凝土坍落度損失

具有智能緩釋分子基團的聚羧酸塑化劑在初始摻入混凝土中，并不吸附在水泥表面，因此在初始對水泥沒有分散作用。由于在水泥的強堿性條件下，智能緩釋型聚羧酸塑化劑逐漸水解產生具有對水泥有分散作用的塑化高分子，這些塑化高分子再吸附到水泥表面，從而對水泥起到分散作用，提供混凝土流動性保持的動力。根據工程施工對混凝土流動性保持要求的時間不一樣以及各工地材料的差異，可以從分子設計入手，合成具有不同水解釋放速度的智能緩釋型聚羧酸塑化劑的分子，提供合適的水解速率，從而滿足工程施工對混凝土流動性保持的要求。緩釋機理保坍如圖1。

智能緩釋型聚羧酸塑化劑的作用機理是摻入混凝土中逐漸水解產生具有對水泥有分散作用的塑化高分子，生成的塑化高分子再吸附到水泥表面，從而起到對水泥顆粒的分散作用。因而從利用高分子設計，選擇具有合適水解速度的緩釋基團，可以合成具有不同保塑效果的聚羧酸塑化劑（見圖2），滿足不同施工條件下對新拌混凝土坍落度保持的要求。

新拌混凝土的坍落度損失會隨著時間的延長，氣溫的升高而增加。通常攪拌車到達現場后，壓車等待等原因，造成坍落度損失大。有時甚至遇到泵送不出去的情況，有的采用二次摻入減水劑的，有的甚至直接加水來提高混凝土的流動性，從而帶來質量隱患。用智能緩釋型聚羧酸減水劑則可以較好的解決混凝土坍落度損失的問題。

表1 不同溫度下減水劑與保塑劑的復配比例

由表1、圖3可以看出，隨著氣溫的升高，混凝土的損失變大；智能緩釋型聚羧酸保塑劑在減水劑中的比例需要增大，才能保持混凝土的坍落度。由于在水泥的強堿性條件下，智能緩釋型聚羧酸保塑劑逐漸水解產生具有對水泥有分散作用的塑化高分子，這些水解生產的高分子對水泥起到再次分散的作用，彌補了由于水泥水化導致混凝土坍落度的損失，提供混凝土流動性保持的動力。避免了工地出現的二次摻入減水劑或加水現象的發生，從而保證了混凝土硬化后的強度。

4 應用實例

四川成都某攪拌站，罐車將混凝土 （其配合比及性能見表2）運送至工地需1.5h，運用智能緩釋保塑劑與聚羧酸減水劑復配，復配適當的緩凝、保水組分，在夏季高溫的條件下，混凝土兩小時后的坍落度及擴展度損失很小，在工程使用中，混凝土的和易性及各項施工性能和強度指標控制均較好，滿足了施工的要求。

河南開封某攪拌站，由于受砂來源的限制，采用面砂和機制砂混合使用，面砂含泥量偏高，機制砂中石粉含量較多，用脂肪族類減水劑生產的混凝土（其配合比及性能見表3）坍損大，而且混凝土表面還泌一層黃水。由于智能緩釋保塑劑剛摻入混凝土中，未被吸附，因而能有效的降低砂石含泥量的影響。與智能緩釋保塑劑復配后，混凝土的坍損得到了較好的控制，不泌水，混凝土兩小時后的坍落度及擴展度不損失。

5 結束語

混凝土攪拌站可通過加強綜合管理，并采用減水劑的智能緩釋技術來解決混凝土坍落度的損失問題，提供混凝土流動性保持的動力，避免了工地出現的再次摻入減水劑或加水現象的發生，滿足混凝土的泵送施工，從而對混凝土硬化后的強度起到保障。減少商品混凝土質量事故和糾紛，有效提升商品混凝土攪拌站競爭力。

表2 混凝土配合比及性能

表3 混凝土配合比及性能

[1]周永明等．混凝土坍落度損失機理及控制方法[J]．工程建設與設計，2009(3) :111-114

[2]王友奎等．聚羧酸減水劑的分子結構設計及在混凝土中的應用[J]．中國混凝土進展2010，2010：223-229