影響減水劑在混凝土中使用性能的因素

陳泗桂

（福建省漳州市龍池混凝土工程有限公司，福建 漳州 363107）

影響減水劑在混凝土中使用性能的因素

陳泗桂

（福建省漳州市龍池混凝土工程有限公司，福建 漳州 363107）

本文通過總結(jié)筆者在工作中遇到的實例，針對混凝土生產(chǎn)過程中，影響減水劑使用效果的因素進(jìn)行簡要分析，說明混凝土中各原材料與減水劑的不相適應(yīng)是造成混凝土出現(xiàn)坍落度損失嚴(yán)重、流動性差等無法滿足施工要求的主要因素。

坍落度；減水劑；混凝土

混凝土出現(xiàn)坍落度損失嚴(yán)重、流動性差、凝結(jié)時間短等問題無法滿足施工要求，成了商品混凝土公司最棘手的問題。從近幾年的混凝土生產(chǎn)情況來看，出現(xiàn)這些情況大多都是減水劑與水泥不適應(yīng)造成的。出現(xiàn)上述情況，很多混凝土公司都把矛頭指向減水劑公司，減水劑公司作為材料供應(yīng)商，敢怒不敢言，只能硬著頭皮天天配合混凝土公司試驗室做試驗。然而很多時候，減水劑是無辜的。減水劑與水泥不適應(yīng)而致使商品混凝土失去工作性能，既有減水劑本身成分方面的因素，也有水泥自身的礦物組成、比表面積、混凝土摻合料的種類，還有骨料的級配等多方面因素所致。本人畢業(yè)于福建建筑學(xué)校（原：福建建材工業(yè)學(xué)校）硅酸鹽專業(yè)（重點(diǎn)為水泥），先后在水泥廠、管樁公司、商品混凝土公司工作過，與水泥打交道二十幾年，同時作為減水劑的使用者，與減水劑打交道也有十幾年，長期與減水劑公司一起做試驗，對減水劑在水泥制品行業(yè)、商混中的應(yīng)用有很深的體會。商品混凝土公司不同于其他行業(yè)的是，它對混凝土工作性能從生產(chǎn)開始到結(jié)束及運(yùn)輸距離都有要求，因此須對減水劑提出來更多更具體的要求，正是因為這樣，混凝土一量出現(xiàn)坍落度損失嚴(yán)重等問題，大家習(xí)慣于把矛頭指向減水劑公司。

現(xiàn)在筆者用幾個切身體會和簡單的實例與大家一起探討一下影響商品混凝土減水劑使用性能的因素及解決方法。

1 水泥的礦物組成對減水劑的影響

水泥的礦物組成為鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）、硅酸三鈣（3CaO·SiO2）、硅酸二鈣（2CaO·SiO2）和鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3），水化速度最快的是鋁酸三鈣，其次是硅酸三鈣，再次是硅酸二鈣，最后是鐵鋁酸四鈣。根據(jù)一般回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的水泥熟料來看，水泥礦物組成一般見表 1。

表 1 水泥礦物的組成表

從與減水劑的反應(yīng)情況來看，礦物自身微觀結(jié)構(gòu)確定了此種關(guān)系，鋁酸三鈣吸附減水劑速度最快，其次是硅酸三鈣，這是影響減水劑與水泥適應(yīng)性的重要因素。從本人多年的工作經(jīng)驗來看，水泥中的 C3A、C3S 含量如控制在以下范圍內(nèi)（見表 2）：

表 2 水泥成分經(jīng)驗控制表

在上述范圍內(nèi)時，C3S 和 C3A 含量控制，加入適量的二水石膏生產(chǎn)出的水泥，添加各種減水劑配制出的商品混凝土和易性都較好，坍損也較小，一般都能滿足施工要求。如果以上兩種成份有一種超過這個范圍或者兩種成份都超過了范圍，就很容易出現(xiàn)減水劑與水泥適應(yīng)性不好的情況，所生產(chǎn)的混凝土坍損嚴(yán)重，是很難滿足施工要求的。

舉例：我公司長年使用福建科之杰新材料集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的 Point-800S 聚羧酸減水劑（緩凝型），該減水劑在多年使用過程中都較為穩(wěn)定，已獲得很不錯的效果。但在做試配時，發(fā)現(xiàn)使用相同的減水劑、相同的摻量，使用福建省某廠家 A 的 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥和福建省某廠家 B 的P·O42.5 普通硅酸鹽水泥。初始狀態(tài)都正常，但某廠家 A 的水泥配制的混凝土 60 分鐘后損失 20mm，而某廠家 B 的水泥配制的混凝土 60 分鐘后損失竟達(dá)到 100mm 以上。根據(jù)本人多年的工作經(jīng)驗，應(yīng)該不是減水劑的問題，而是水泥的礦物組成引起的問題。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)某廠家 A 生產(chǎn)的水泥 C3A 含量為7.2%，某廠家 B 生產(chǎn)的水泥 C3A 含量為 11.2%。

水泥礦物成分中鋁酸三鈣對減水劑的影響是最明顯的，近幾年來，水泥廠為了提高水泥的 3d 強(qiáng)度，一般方法是提高鋁酸三鈣含量，這給減水劑的應(yīng)用帶來了不少麻煩。為此我們與該廠協(xié)商，務(wù)必將鋁酸三鈣控制在 8% 以下。已入庫的水泥只能通過大幅提高減水劑摻量，在水膠比不變的情況下提高膠凝材料用量，增大混凝土出廠坍落度，使混凝土經(jīng)過運(yùn)輸損失后到達(dá)現(xiàn)場時候還有流動性，以此保證施工要求，但增加了成本，這種處置辦法只是權(quán)宜之計，不能長期使用。由此可見鋁酸三鈣的含量是不能過高的，否則不論是對萘系類的減水劑還是聚羧酸類的減水劑，都會使得水泥與減水劑不適應(yīng)。所以配制商品混凝土的時候，需要留心水泥中鋁酸三鈣乃至其他所有成分的含量變化。

2 水泥的比表面積對減水劑的影響

GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的細(xì)度用比表面積表示時，其比表面積不小于 300m2/kg[1]，從混凝土的耐久性能方面考慮，水泥比表面積不宜超過 350m2/kg。但大多數(shù)水泥廠比表面積的控制值都在370～380m2/kg，有的甚至高達(dá) 400m2/kg 以上。水泥的比表面積直接影響到水泥顆粒對減水劑分子的吸附。使用相同摻量的減水劑，水泥比表面積越大時，水泥顆粒與水接觸的面積越大，水泥水化所需的水越多，在水膠比不變的條件下，水泥顆粒之間的自由水相應(yīng)減少，漿體流動性變差，水泥比表面積越大，水泥細(xì)顆粒多，水泥的水化速度加快，也加快了水化產(chǎn)物絮狀結(jié)構(gòu)的形成，迅速使水泥漿體流動性變差，減水劑就無法充分發(fā)揮作用。

3 礦物摻合料對減水劑的影響

（1）煤矸石

現(xiàn)在的水泥企業(yè)在生產(chǎn)過程中會使用一些廢棄礦物替代原有的摻合料，這是利國利民無可厚非的，這些次要成份含量不是很高，但它的影響不容小覷。

例如煤礦產(chǎn)業(yè)、隧道工程生產(chǎn)建設(shè)過程中排放的煤矸石棄置不用，占用大片土地。為減少粘土開挖，保護(hù)環(huán)境，充分利用礦物廢料，水泥成份中就多了一個不大起眼的成分——煤矸石。煤矸石是一類多孔骨料，它的多孔特性使它直接吸附大量減水劑。自燃或人工煅燒過的煤矸石可作為水泥生產(chǎn)的活性混合材料，用于生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥。它的摻量要控制在一定范圍，如摻量在 5% 左右時不影響混凝土的坍損，摻量在 10% 左右時混凝土的坍損相當(dāng)嚴(yán)重，一旦摻量達(dá)到 20% 左右時，減水劑完全無法發(fā)揮作用，坍落度是會完全損失的。

舉例：本公司在生產(chǎn)過程中，現(xiàn)場試驗員反映，運(yùn)到現(xiàn)場的混凝土無法卸料，試驗室立即組織人員調(diào)查原因，經(jīng)檢查，配合比輸入無誤，電腦計量偏差正常，操作臺反應(yīng)無異常，出廠混凝土坍落度控制在 200mm 左右，只是新進(jìn)廠一批水泥。這家水泥廠是老供應(yīng)商，以往使用過程都是正常的，于是筆者猜測水泥廠調(diào)整了配方?jīng)]有及時提醒我方。經(jīng)與水泥廠試驗室溝通，該水泥廠近期把用于水泥生產(chǎn)中的礦物摻合料煤矸石摻量由原來的 5% 提高到 10%。為此，我們與水泥廠協(xié)商把煤矸石摻量恢復(fù)到原來的摻量，盡量把煤矸石的摻量控制在 5% 以下。后來的水泥在生產(chǎn)過程中又恢復(fù)正常了。

（2）粉煤灰

商品混凝土公司為了提高混凝土的流動性、改善可泵性、降低水化熱，提高后期強(qiáng)度，一般都會在混凝土中摻入粉煤灰。粉煤灰的摻量是有嚴(yán)格的規(guī)范限制的，無論是在水泥廠還是在商混公司，使用粉煤灰做為摻合料時，對粉煤灰的質(zhì)量是有嚴(yán)格要求的，特別是粉煤灰中的含碳量。因碳元素對減水劑的吸附作用很大，含碳量過高，吸附減水劑比較厲害，導(dǎo)致減水劑無法發(fā)揮作用，直接影響到混凝土工作性能。Ⅰ 級粉煤灰含碳量很低，與減水劑適應(yīng)性沒有影響，Ⅱ級粉煤灰對減水劑適應(yīng)性也沒有太大影響，如 Ⅱ 級粉煤灰含碳量較高，已接近 Ⅲ 級灰時，就會對減水劑適應(yīng)性產(chǎn)生影響。所以規(guī)范規(guī)定商品混凝土必須使用 Ⅱ 級以上的粉煤灰，Ⅲ 級粉煤灰是不能在商品混凝土中使用的。

4 骨料對減水劑的影響

（1）碎石

碎石作為混凝土中的粗骨料，應(yīng)該嚴(yán)格控制含泥量。含泥量超過 3%，要達(dá)到相同的坍落度，需要增加單位用水量和減水劑摻量。泥里的粘性顆粒會吸附減水劑，導(dǎo)致減水劑性能大打折扣，如含泥量嚴(yán)重超標(biāo)時，即使通過增加用水量和減水劑摻量來提高初始坍落度，混凝土坍落度損失也是極快，20 分鐘左右就會損失過半。

（2）砂

河砂是自然界提供的良好細(xì)骨料，經(jīng)長時間的水流沖刷研磨，表面較平滑、級配好，一般含泥量也較小，幾乎對減水劑沒多大影響。當(dāng)使用人工砂時，石粉含量控制在 10% 左右，將很好地改善混凝土的和易性，關(guān)鍵是控制亞甲藍(lán) MB值。經(jīng)多年使用體驗上看，如人工砂的細(xì)顆粒含量過多，將增加單位用水量和減水劑的用量，且拌出的混凝土拌合物較粘，流動性差，混凝土坍落度損失也增大。

舉例：近幾年福建省鼓勵使用人工砂，這是個很好的政策，我公司開始逐步使用人工砂，使用過程中也是經(jīng)歷了一些波折。曾經(jīng)使用一批細(xì)度模數(shù)為 2.6 左右的人工砂，在同一批減水劑、相同摻量的情況下，拌出的混凝土坍落度損失相當(dāng)大，我們立即組織人員取樣試配驗證，兩種人工砂的級配如下（見表 3），并制作了骨料最佳級配圖（見圖 1）。

用這兩種人工砂做試配對比，結(jié)果見表 4。

由此可見，砂的級配不好，尤其是細(xì)顆粒偏多時，細(xì)顆粒將大量吸附減水劑，使混凝土的流動性變差，坍落度損失嚴(yán)重。

表 3 人工砂級配表

圖 1 細(xì)骨料最佳級配圖

表 4 人工砂試配結(jié)果

5 材料溫度對減水劑的影響

要配制優(yōu)質(zhì)混凝土，材料溫度是必須要考慮進(jìn)去的。溫度越高，反應(yīng)活化分子數(shù)增多，化學(xué)反應(yīng)隨著溫度的升高而越來越激烈，水化反應(yīng)也不能逃離這個規(guī)律。特別是夏季，太陽暴曬后原料本身溫度較高，會導(dǎo)致水化反應(yīng)加快，引起坍落度損失增大，所以高溫季節(jié)要注意對砂石、粉罐的遮陰降溫。水泥要控制入罐溫度，一般控制在 65℃ 以下。

在上述探討的眾多因素中，本人認(rèn)為，水泥與減水劑的適應(yīng)性問題尤為重要，如果是其他材料出了問題，都可以在較短時間內(nèi)得到解決。而水泥一旦出現(xiàn)問題，即使各方努力尋找到原因，也不能立即更改水泥廠的配方。再者說來，如果要變更水泥品牌，也不是一天兩天可以完成的。

早在上個世紀(jì) 60～70 年代，日本人就針對水泥與減水劑適應(yīng)性的問題探討過，且得到了有效解決。由于日本生產(chǎn)水泥的公司不多，就十幾家，生產(chǎn)減水劑的公司也是屈指可數(shù)的幾家，分別隸屬各自類別的協(xié)會。一旦發(fā)生減水劑與水泥無法適應(yīng)的事情，兩個協(xié)會就聯(lián)合邀請各種專家展開研討、分析原因并仲裁，找出原因就徹底給予改進(jìn)。由于重視程度非常高，處置效率也很高，所以從那時起日本就很少再發(fā)生水泥與減水劑不適應(yīng)的現(xiàn)象了。筆者猜測他們是建立了一種系統(tǒng)，徹底研究了每一種成分對生產(chǎn)出來的混凝土的影響。由于我國的情況不同，我國水泥廠萬千家，減水劑廠家也有上千家，一個小小的商品混凝土公司可能使用著三四種水泥、兩三種減水劑，各協(xié)會也不可能出面解決這些事情。再說，我國水泥行業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)只做了下限規(guī)定或者不做規(guī)定，例如比表面積、礦物組成，這就給商品混凝土公司帶來無奈的困擾，水泥與減水劑不適應(yīng)大大影響混凝土工作性能，甚至造成工程事故。

作為商品混凝土公司，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、滿足施工要求、減少投訴，應(yīng)選用質(zhì)優(yōu)穩(wěn)定的原材料，以最優(yōu)化的配合比、生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)的嚴(yán)格把關(guān)，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的商品混凝土。

[1] GB175－2007 通用硅酸鹽水泥[S]．

[2]外加劑在商品混凝土應(yīng)用中存在的問題及解決方法[DB/ OL]．

［通訊地址］漳州市臺商投資區(qū)東一號路（363107）

Effect factors on the use performance of reducing agent in concrete

Chen Sigui
(Fujian Province Zhangzhou Longchi Concrete Engineering Co., Ltd., Fujian Zhangzhou 363107)

This paper summarized the examples of the author's work, and made a brief analysis of factors affecting the use effect of reducing agent according to the concrete production process. It showed that the inadaptability between raw material of concrete and the water reducing agent is the main fator causing concrete slump loss, and poor liquidity making concrete can not meet the construction requirements.

slump; reducing agent; concrete

陳泗桂（1974—），女，工程師，硅酸鹽專業(yè)、北京交通大學(xué)公路工程與管理專業(yè)，漳州市龍池混凝土工程有限公司試驗室主任。