談高效減水劑與混凝土之間的相互影響

程改艷

(山西省公路局晉中分局試驗室，山西晉中 030600)

1 概述

我國減水劑可分為普通減水劑和高效減水劑兩類，能大幅度減少用水量和提高新拌混凝土的和易性的外加劑即為高效減水劑，它的減水率按標(biāo)準(zhǔn)要求必須大于10%，且需符合表1要求。

表1 抗壓強(qiáng)度要求

我國高效減水劑的類型主要有:萘磺酸鹽甲醛縮合物(萘系高效減水劑)、磺化三聚氰胺甲醛縮合物(三聚氰胺系)、氨基磺酸鹽系、脂肪族系和聚羧酸鹽系減水劑等。

萘系高效減水劑常在適當(dāng)?shù)膿搅肯聹p水率在15%～25%之間，也能明顯提高混凝土強(qiáng)度，可用于配制大流動性、高強(qiáng)、高性能混凝土。但是在混凝土中單純添加萘系減水劑時，就會加快混凝土坍落度的損失。所以水泥中加入萘系減水劑的同時，必須一起加入復(fù)合緩凝等成分，對其進(jìn)行改性;聚羧酸鹽系高效減水劑與其他品種減水劑相比分散性能良好，而且能保持坍落度，是目前國內(nèi)外減水劑開發(fā)領(lǐng)域的重點研究對象，對行業(yè)發(fā)展有重要的意義。聚羧酸鹽系減水劑與不同的水泥均有相對較好的適應(yīng)性，目前聚羧酸高效減水劑已成為主流。

2 高效減水劑對混凝土性能的影響

2.1 對新拌混凝土坍落度的影響

如圖1所示，摻入高效減水劑會使混凝土坍落度損失增大，這是因為:1)水泥中主要礦物質(zhì)吸附減水劑能力的順序為C4AF＞C3A＞C3S＞C2S，加水?dāng)嚢杈蜁偈馆^多的分散劑聚集到水泥顆粒表面，使整個液相中減水劑的濃度明顯下降。當(dāng)澆灌成型時，對水泥起分散作用的減水劑的量明顯不足，因此導(dǎo)致坍落度的損失會隨著時間的增長而變大。2)氣泡外溢和水分蒸發(fā)，在減水劑摻入的過程中會將氣泡引入，而氣泡在運(yùn)輸和停放過程中不斷外溢并消散，隨著水分的蒸發(fā)，混凝土坍落度值會明顯下降。3)水泥初始化速度加快，水化物增多，固體量增加，因而使得混凝土的粘度增加，坍落度下降［1］。

圖1 使用不同外加劑時混凝土的坍落度損失

2.2 對混凝土強(qiáng)度的影響

高效減水劑摻入水泥混凝土中的目的之一是使新拌混凝土在保持一定和易性情況下減少用水量，從而提高硬化混凝土的強(qiáng)度［2］。

岡田—西林的經(jīng)驗公式描述了摻加減水劑混凝土的強(qiáng)度與減水率和含氣量之間的關(guān)系:假設(shè)混凝土的水灰比(W/C)每降低0.01，抗壓強(qiáng)度增加2 MPa～3 MPa，而混凝土內(nèi)的含氣量每增加1%，抗壓強(qiáng)度降低5%，則:

其中，R為摻加減水劑混凝土的抗壓強(qiáng)度，MPa;R0為基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度，MPa;ΔA為混凝土中因摻加減水劑而增加的含氣量(摻減水劑混凝土的含氣量與基準(zhǔn)混凝土含氣量之差);ΔW/C為混凝土因摻加減水劑而降低的水灰比;α為減水增強(qiáng)系數(shù)。

2.3 對混凝土體積穩(wěn)定性的影響

混凝土體積穩(wěn)定性是指混凝土凝結(jié)硬化過程中，不受外界各種環(huán)境影響而保持自身體積不變的性質(zhì)，其體積穩(wěn)定性通常用試件軸向相對長度的變化率來表征。而脆性性能是混凝土體積穩(wěn)定的一個重要指標(biāo)，混凝土強(qiáng)度的拉壓比即標(biāo)準(zhǔn)試件抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值，一般可表示混凝土的脆性性能，如果強(qiáng)度拉壓比值降低則意味著混凝土的脆性增大。楊利民在《高效減水劑對混凝土體積穩(wěn)定性的影響》一文中提出:高效減水劑對水泥基材料脆性性能的影響是因高效減水劑和混凝土配合比的不同而不同。他在試驗中表明:在W/B=0.35的水膠比下，摻入高效減水劑可明顯增加混凝土的脆性，降低體積穩(wěn)定性。但隨著高效減水劑的摻入使得混凝土早期收縮變形大大增加，必須引起人們的充分重視［3］。

3 混凝土中水泥和礦物摻料對高效減水劑的影響

3.1 水泥

高效減水劑與混凝土各組成材料之間存在適應(yīng)性的問題，其中水泥受到的影響最大。所謂水泥的適應(yīng)性是指將外加劑摻入水泥中看是否能達(dá)到預(yù)期的效果，如果能達(dá)到則為適應(yīng)性好，反之則為適應(yīng)性差。普遍認(rèn)為，減水劑的減水機(jī)理主要是提高顆粒相互之間的空間排斥能力，將其摻入水泥中，由于其吸附在水泥顆粒的表面，因而在其表面會產(chǎn)生一系列的反應(yīng)，這些反應(yīng)會使水泥顆粒間的凝聚力減少，起到分散水泥顆粒的作用，在加水初期使水泥釋放出凝聚狀凝聚體內(nèi)的游離水，從而達(dá)到減水的目的。在楊德昌所寫的文章《水泥與減水劑適應(yīng)性初探》中提出:水泥與高效減水劑的適應(yīng)性與水泥熟料礦物中C3A(鋁酸三鈣)的多少、總堿量、細(xì)度和硫酸鈣的形態(tài)與摻量有很大關(guān)系。水泥中C3A(鋁酸三鈣)含量越少、初凝時間越長，水泥與減水劑的適應(yīng)性越好［4］。

3.2 礦物摻合料粉煤灰

一般來說，粉煤灰水泥細(xì)度越小，與高效減水劑的相容性是越好的。這是因為，粉煤灰具有較好的活性效果，細(xì)度越小的粉煤灰其玻璃微珠越多，則其流動性也會越好。同時，粉煤灰越細(xì)比表面積就越大，它的堆積密度也隨之增大，因而可置換出更多的填充水。比表面積越大對高效減水劑起的載體作用也越大，能降低其飽和點，從而使水泥與高效減水劑的相容性得到較大的改善［5］。在劉金梅所寫的文章《超細(xì)粉煤灰對水泥與高效減水劑相容性的影響》中指出，雖然越細(xì)的粉煤灰會對水泥與高效減水劑的相容帶來較好影響，但若粉煤灰的細(xì)度太小的話，則會給相容性帶來負(fù)效應(yīng)。這是因為細(xì)度很小的粉煤灰，較大的比表面積使得顆粒的吸附能力增強(qiáng)，形成絮狀結(jié)構(gòu)的趨勢增大，便會給水泥與減水劑的相容性帶來影響［6］。高效減水劑在水泥中摻量的飽和點受水泥細(xì)度的影響，水泥細(xì)度越細(xì)，比表面積越大，則其達(dá)到飽和點所需的高效減水劑摻量越多。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會各方面的建設(shè)都會大規(guī)模的開展，各項工程建設(shè)對混凝土的需求也是空前的，同時也要求混凝土的各項指標(biāo)不斷提高，高性能化、多功能化、綠色環(huán)保是混凝土材料的發(fā)展方向。這就要求工程技術(shù)人員必須針對不同品牌的水泥和外加劑進(jìn)行優(yōu)化試驗，掌握各種外加劑和水泥之間的關(guān)系，建立數(shù)據(jù)庫，為將來的工程建設(shè)提供寶貴的資料。

［1］徐 清.摻高效減水劑混凝土坍落度損失的控制［J］.新型建筑材料，2000(8):21-23.

［2］陳建奎.高效減水劑的摻量與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系［J］.混凝土，1983(3):96-98.

［3］楊利民.高效減水劑對混凝土體積穩(wěn)定性的影響［J］.山西建筑，2008，34(6):192-193.

［4］楊德昌.水泥與減水劑適應(yīng)性初探［J］.數(shù)字水泥網(wǎng)，2005(6):76-77.

［5］粉煤灰細(xì)度對水泥與高效減水劑相容性的影響［J］.豆丁網(wǎng)，http://www.docin.com/p-88724795.html.

［6］劉金梅，盧忠遠(yuǎn)，嚴(yán) 云，等.超細(xì)粉煤灰對水泥與高效減水劑相容性的影響［J］.混凝土，2008(11):122-123.