混凝土原材料與聚羧酸減水劑適應性探討

竹鵬翔

（山西萬榮技師學院，山西 萬榮 044200）

與傳統高效減水劑相比，聚羧酸減水劑主要有以下幾個突出優點：（1）低摻量下即具有非常高的分散性能，減水率高，并且具有明顯的增強效果；（2）混凝土流動性能保持優異；（3）收縮小，含堿量低，引氣適中；（4）分子結構可設計性強；（5）對環境友好；（6）適應性較好。

雖然聚羧酸減水劑對水泥的適應性相比與其他減水劑要好，但實際工程應用中發現，聚羧酸減水劑與水泥仍然存在著適應性問題，不僅相同品種的聚羧酸系減水劑對于不同水泥表現出來的分散性和分散性保持能力都不同，應用于某種水泥流動性及其保持能力表現良好的聚羧酸系減水劑，對其他水泥使用時，可能會使其流動性快速損失；而且，同一種聚羧酸減水劑應用于不同水泥中時，其流動性和保持性能也有所差異。下面我們從以下幾方面分析混凝土原材料對聚羧酸減水劑適應性的影響。

1 水泥的原因

水泥的不適應原因包括以下幾個方面:

1.1 水泥的礦物組成的影響

水泥熟料的四大礦物成分中,影響吸附外加劑的順序為C3A〉C3S〉C2S〉C4AF。

C3A是水泥熟料的四大礦物成分中水化最快的,且水化放熱量最大而且吸附外加劑也是最快的,高的水化熱使混凝土的坍落度損失加快。從而,使水泥與羧酸的適應性變差。

1.2 調凝石膏的影響

石膏在水泥中起調節凝結時間的作用,所以要嚴格控制水泥中C3A的含量,一般控制在不超過8%。石膏又分為二水石膏、半水石膏、硬石膏,按標準而差。三種石膏都可以作為水泥的調凝劑。但其中硬石膏的溶解性差,與羧酸復合的一些外加劑,如糖、木鈣等與硬石膏同用,不但不能促進溶解,反而會降低石膏的溶解度。使水泥因缺少調凝成份而產生速凝成假凝等異常凝結。就半水石膏而言,也由于CaSO4+H2O→CaSO4·2H2O的結晶。水泥與水拌合后,反應十分迅速,而且消耗大量的水,從而也改變了水泥的凝結狀況,出現異常現象,這是影響水泥與外加劑適應性差的一個原因。

還有一個原因就是石膏研磨細度不夠,會影響石膏的溶解性,即使適用二水石膏也會產生速凝現象。此外,由于生產工藝的影響,水泥廠為了縮短熟料冷卻時間,水泥二次粉磨的溫度過高。使二水石膏在150℃高溫下脫水成為半水石膏。溫度在升至160℃時,半水石膏也會變成硬石膏。從而影響水泥的適應效果,使混凝土的流動性變差,甚至出現假凝。

1.3 水泥細度的影響

水泥生產企業為滿足水泥高標準的強度要求,滿足水泥細度是最有效的辦法。但是水泥過細,同時帶來的問題就是表面積增大,需水量增大,減少了新拌混凝土中的自由水,還使自由水中外加劑的濃度降低。混凝土塑性變差,混凝土坍落度損失更快,而且水泥過細水化速度快,水化熱高,混凝土還容易出現裂縫。

1.4 混合材的影響

國家標準允許在水泥中摻入一定量的摻和料,常用的有水淬高爐礦渣、粉煤灰、沸石粉、火山灰、煤矸石、窯皮等,摻和料不同,也會影響聚羧酸的適應性,如摻煤矸石、窯皮,水泥和羧酸的適應性就很差。

1.5 含堿與適應性的影響

水泥中的堿來源于所有的原材料。一般都會認為,含堿越低,相容性越好,高含堿量會導致水泥的早期水化速度快。增大用水量并且加快工作度的損失,塑性效果變差。但是也有極個別特殊情況,有的水泥會因堿含量低而導致適應性變差。而必須在水泥中加些堿。﹝一般用Na2CO3{來調節它的工作狀態。所以水泥中的堿必須合適。

1.6 水泥的存放時間和溫度的適應性影響

筆者通過多次試砼認為,就鮮水泥在生產10天內對外加劑的吸附量較大,大部分15天后就正常了。再一個就是水泥的溫度。筆者曾在青蘭高速（陜西段）好幾個標段的工程中,把新鮮的水泥（溫度60-70℃）與放置10天后的水泥作比較,要使混凝土坍落度達到同等的要求,外加劑的摻量要是原來的2.5倍。這是因為新鮮水泥的溫度相當高,早期水化快,水化放熱量大,所以對外加劑吸附量也大,同等摻量時流動度變小,必然會產生混凝土的需水量大,坍落度損失快,凝結時間短等現象。

除水泥之外，其他混凝土原材料也與聚羧酸系高性能減水劑有著適應性問題，筆者發現實驗過程中摻加PCE的水泥凈漿流動度2小時內基本保持不變，而使用完全相同原材料的新拌混凝土的流變性在半小時內幾乎完全喪失。使用完全相同材料的水泥漿體流動度結果有著巨大的反差，這充分說明了混凝土中其他原材料對聚羧酸減水劑的應用性能也有很大影響。

2 集料的原因

2.1 細集料的原因

我國用的細集料包括天然砂和機制砂。天然砂中又分為河砂、土砂、淡化海砂等。隨著聚羧酸減水劑的廣泛使用，細骨料與其適應性好壞已經影響到新拌混凝土和硬化后混凝土的性能，成為業內人士關注的焦點之一。已有文獻顯示，聚羧酸減水劑對混凝土中砂子含泥量相當敏感，既能影響混凝土的坍落度及坍落度損失，在砂子含泥量超過3%時還會對強度產生不利影響。此外,影響聚羧酸減水劑適應性的還有機制砂的石粉含量。石粉含量過大、也會對混凝土流動度產生不良效果,造成混凝土流不開。事實上，除了砂子含泥量和石粉含量之外，砂子的其他性能對聚羧酸減水劑的適應性也有不同的影響。如砂的細度模數,細度模數小,混凝土會比較干,也會流不開。當然砂率的大小同樣也會影響混凝土的性能。另外,淡化海砂中氯離子含量、硫酸鹽含量都會對減水劑適應性有影響。

2.2 粗集料的原因

石子的級配及針、片狀含量對聚羧酸減水劑的影響也是很明顯的。相同配合比的情況下，石子的針、片狀含量增加，會使混凝土的流動度下降，擴展度變小，且容易出現泌水、離析等問題。此時除了對混凝土配合比進行大的調整，只改變減水劑的摻量或含氣量很難達到滿意的效果。因此，在實際工程中，應根據原材料的具體情況經反復試配才能找出最佳的解決方案。

3 結語

聚羧酸減水劑在工程中應用的時間不長，從目前積累的經驗看，聚羧酸減水劑對膠凝材料、砂和石質量變化的敏感性較強，受影響因素較多，外加劑企業應和施工單位加強合作，及時發現問題，解決問題。同時不斷的對產品進行優化，施工方在應用聚羧酸減水劑之前，應該對混凝土的各種材料進行認真的篩選，盡量選用質量穩定的原材料，經適配調整選擇最佳配合比。