減水劑對(duì)混凝土性能特點(diǎn)的影響研究

朱洪俊

（江蘇雙龍集團(tuán)有限公司 江蘇南京 211111）

隨著混凝土在工程建設(shè)中的推廣與應(yīng)用，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。特別是為了滿足工程建設(shè)施工的多樣化需求，開發(fā)和應(yīng)用一些專門的減水劑等外摻劑，可以改善混凝土強(qiáng)度等使用性能，對(duì)進(jìn)一步拓展混凝土應(yīng)用范圍具有重要的意義。

1 減水劑對(duì)混凝土性能特點(diǎn)的影響機(jī)理

減水劑本質(zhì)上是一類建筑材料，在使用中會(huì)產(chǎn)生泡沫以及氣泡等溶膠性泡，且它們具有不同的特性與形成機(jī)理，是由于離子型減水劑所造成的。在混凝土拌合物中加入減水劑后，減水劑會(huì)在水泥顆粒表面進(jìn)行吸附，一般80%左右的減水劑會(huì)被水泥顆粒所吸附，可以使它們?cè)谳^長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持聚集狀態(tài)而不出現(xiàn)擴(kuò)散的情況。在不摻加減水劑時(shí)，混凝土?xí)幸欢ǖ暮瑲饬浚?%左右），所形成的氣泡大小不均，且分布也非常不均勻。在混凝土中加入減水劑后，混凝土參數(shù)分布能保持良好特性，改善了混凝土的工作性能，如混凝土的抗拉強(qiáng)度。此外，在混凝土拌制中添加減水劑，有助于減少混凝土拌制中的用水量，所產(chǎn)生的微小溶膠性氣泡有助于填補(bǔ)混凝土中內(nèi)部存在的微孔隙，顯著改善混凝土的抗?jié)B透性能，增強(qiáng)其化學(xué)防腐能力和抗老化能力；減水劑可以融入內(nèi)部材料中自由水的遷移，有助于緩和靜水壓力，增強(qiáng)混凝土抵抗反復(fù)凍融循環(huán)作用的能力；減水劑能夠減緩中后期的水泥水化反應(yīng)速度，提升水泥的強(qiáng)度，增強(qiáng)其抗膨脹性能。因此，在混凝土拌制時(shí)，除了考慮砂、石、水泥等常規(guī)材料外，適當(dāng)加入一定量的減水劑改善混凝土的使用性能。

2 減水劑對(duì)混凝土常見性能特點(diǎn)影響的試驗(yàn)論證

2.1 試驗(yàn)原材料

本次試驗(yàn)研究混凝土拌制的原材料，型號(hào)及類別如下：砂采用中砂級(jí)別的河砂，細(xì)度模數(shù)為 2.68；石采用人工碎石，由（5～16mm）和（16～31.5mm）兩個(gè)粒徑范圍的碎石進(jìn)行搭配使用，混凝土基本配合比如表1所示。

表1 混凝土基本配合比

2.2 試驗(yàn)方法

本次混凝土性能影響檢測(cè)性試驗(yàn)中，采用了三種不同的減水劑進(jìn)行混凝土配置，將其坍落度控制在120～150mm范圍內(nèi)。基于該坍落度規(guī)定值，最終確定出表2所示的混凝土配合比。然后分別按照規(guī)定流程和要求制作混凝土試件，采用水泥基材料抗裂性能測(cè)試儀等相關(guān)設(shè)備，在規(guī)定條件下對(duì)混凝土的各項(xiàng)性能影響情況進(jìn)行分析。

表2 混凝土配合比

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）減水劑對(duì)新拌制混凝土坍落度的影響。

在對(duì)混凝土和易性以及流動(dòng)性等分析時(shí)，一個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo)就是坍落度，其數(shù)值越大，代表混凝土具有更好的流動(dòng)性。坍落度損失則是指混凝土在經(jīng)過特定時(shí)間后再次測(cè)定的坍落度同其初始坍落度二者之間的差值，影響因素包括水泥、集料自身特性外和水灰比等，減水劑種類也是關(guān)鍵的影響因素。在本次試驗(yàn)研究中，通過歸納、總結(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以繪制出圖1。

圖1 不同減水劑種類對(duì)混凝土坍落度隨時(shí)間的變化

由圖1可知，在前期30min內(nèi)，萘系減水劑有最大的混凝土坍落度損失，占比達(dá)到60%，其次為三聚氰胺系減水劑（30%）和聚羥酸系減水劑（20%），這表明聚羥酸系減水劑具有最好的混凝土保坍性。從其形成機(jī)理來講，聚羥酸系減水劑在混凝土材料中會(huì)按照梯形的方式吸附于水泥表面，使得水泥分子可以在高分子吸附層所形成的靜電斥力有更大分散效果，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，所以混凝土中加入聚羥酸系減水劑后，可以極大地降低其坍落度損失。

（2）減水劑對(duì)新拌制混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

通過由表2構(gòu)成的混凝土試塊，對(duì)其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)后，可得表3。

表3 不同減水劑構(gòu)成混凝土的抗壓強(qiáng)度比較

由表3可知，由不同類型減水劑所構(gòu)成的混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不同影響。通過應(yīng)用減水劑，均可以顯著地降低混凝土拌制的拌合用水量，改善水泥的水化程度，顯著提高混凝土各個(gè)齡期（3d、7d、28d）的強(qiáng)度，可以從三種由高效減水劑所構(gòu)成混凝土的抗壓強(qiáng)度均顯著高于空白混凝土抗壓強(qiáng)度，其中3d、7d和28d的抗壓強(qiáng)度提高比例分別高達(dá)15%、20%和30%左右。此外，早期混凝土抗壓強(qiáng)度最大的混凝土類型為聚羥酸系減水劑所拌制的混凝土，28d后的抗壓強(qiáng)度值也最高。而萘系減水劑所構(gòu)成的混凝土在早期具有相對(duì)較低的抗壓強(qiáng)度，這表明其早強(qiáng)性能相對(duì)較差。

（3）減水劑對(duì)新拌制混凝土早期開裂性能的影響。

添加有外加劑的混凝土，水泥和外加劑之間會(huì)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)。一種減水劑在某種水泥所構(gòu)成的混凝土中相對(duì)較小的坍落度，卻在另一種水泥中可能出現(xiàn)比較大的坍落度損失，所以不存在對(duì)任何一種類型水泥均具有良好作用的減水劑。在實(shí)際的混凝土質(zhì)量評(píng)定中，常用的評(píng)定指標(biāo)主要包括混凝土坍落度與強(qiáng)度，卻容易忽視混凝土體積穩(wěn)定性，容易誘發(fā)早期收縮裂縫，可能會(huì)加速混凝土開裂，影響建筑物結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性。從影響混凝土早期開裂性的因素角度來看，除了風(fēng)速、環(huán)境溫度外，外加劑種類及其摻入量也是非常關(guān)鍵的一個(gè)影響因素。

通過試驗(yàn)證明，三聚氰胺系減水劑所構(gòu)成的混凝土的最大裂縫寬度與開裂面積為最小，其中裂縫面積僅為聚羧酸系減水劑對(duì)應(yīng)值的76%和萘系減水劑對(duì)應(yīng)值的52%；最大裂縫寬度僅為聚羧酸系減水劑和萘系減水劑對(duì)應(yīng)值的40%左右。在早期混凝土裂縫開裂時(shí)間，外加劑品種的影響不顯著，與外加劑組成成分等因素有關(guān)。

（4）減水劑對(duì)新拌制混凝土耐久性能的影響。

減水劑對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生較大的影響，主要表現(xiàn)為：①混凝土抗凍融性的影響。鑒于水灰比越小，混凝土的抗凍融性能越好，通過摻入具有引氣功效的減水劑，顯著改善抗凍融性能。引氣量適宜控制在2%左右，最高不宜超過6%，否則會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性產(chǎn)生不利影響。②混凝土抗?jié)B性能的影響。水灰比作為影響混凝土抗?jié)B性能的主要因素，其值如果大于0.55，那么會(huì)超過水泥水化用水量在混凝土中形成許多泌水孔，增加混凝土的透水性。如果水灰比過小，會(huì)影響混凝土的和易性，也不利于混凝土的抗?jié)B透性。③混凝土抗鋼筋銹蝕以及抗碳化性能的影響。通過選擇減水劑，可以顯著減緩混凝土的碳化速度，有助于提升混凝土抗碳化性能，減輕鋼筋銹蝕危害。

3 總結(jié)

綜上所述，通過試驗(yàn)可知，減水劑會(huì)對(duì)混凝土的坍落度損失、抗壓強(qiáng)度、早期開裂性能以及耐久性能等產(chǎn)生影響。在實(shí)際的混凝土拌制施工中，結(jié)合實(shí)際的情況，選擇恰當(dāng)類型的減水劑，改善混凝土的使用性能和工作性能。