水工混凝土中減水劑的選擇和使用

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（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 減水劑的作用

摻減水劑可以在保持相同用水量的情況下增大混凝土的流動性；或在保持相同流動性和強度條件下降低水泥用量；在保持相同流動度和水泥用量不變的情況下，提高混凝土的強度。根據(jù)使用情況的不同，山西水工局東北項目部工地試驗室在室內(nèi)試拌成型基準混凝土與摻減水劑的混凝土，從表1和表2中看出摻減水劑后混凝土拌和物塌落度和強度產(chǎn)生效果。

1）從表1中由序號1和2可知在同水膠比情況下，塌落度由70 mm提高到220 mm，摻減水劑使混凝土塌落度提高了150 mm，流動性大大增加，改善拌和物和易性及混凝土施工性能。

2）從表1中由序號1和3可知在不改變和易性條件下，用水量由190kg減少到141kg，水膠比由0.53降到0.39，明顯降低混凝土用水量，減小水膠比，提高混凝土強度。

表1 基準混凝土與摻減水劑混凝土用水量及坍落度對比表

表2 基準混凝土與摻減水劑混凝土強度對比表

3）從表1中由序號1和4可知在同塌落度，水膠比不變的情況下，用水量由190 kg降到141 kg，水泥用量由360 kg減少到266 kg，減少用水量和水泥用量，從而節(jié)省水泥，減小混凝土的溫度變形和溫度應(yīng)力。

4）從表2中可知摻減水劑用水量由235 kg降到170 kg，減少用水量，減水率達到28%。顯著提高混凝土抗壓強度，與基準混凝土相比，摻減水劑混凝土1 d強度可提高77%，3 d強度提高67%，7 d強度提高52%，28 d強度可提高47%。

總之減水劑對水泥有強烈的分散作用，在混凝土中改變了水泥漿體的流變性能，進而改變了水泥混凝土結(jié)構(gòu)，起到了改善混凝土性能的作用。還大大提高水泥拌和物流動性和混凝土塌落度，同時還能大幅度提高混凝土拌和物粘聚性，保塑性和可泵性，改善混凝土的泌水，收縮徐變性能及工作性能，能大幅度降低混凝土拌和物用水量而提高混凝土的早期和后期強度，能有效延緩和調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間，抑制水泥早期水化放熱速率和放熱量，使塑化性能好，塌落度損失小，進而提高混凝土的抗?jié)B、抗凍融及耐久性等性能，對鋼筋無銹蝕作用，能有效防止混凝土堿骨料反應(yīng)。

2 減水劑的種類

按減水能力及兼有的功能，減水劑可分為普通減水劑、高效減水劑，早強減水劑，緩凝高效減水劑，緩凝減水劑，引氣減水劑，高性能減水劑等。

SIHH，全稱是“日內(nèi)瓦國際高級鐘表沙龍”，也簡稱為“日內(nèi)瓦表展”，與巴塞爾展一個顯著的不同是，他只有鐘表品牌，而且是邀請制度，過往只有經(jīng)官方邀請的渠道商和媒體人才能參加展會，最近兩年才增加了一天“公眾日”。

普通減水劑是保持混凝土的塌落度基本相同的條件下，能減少拌和用水量的外加劑，高效減水劑不同于普通減水劑，具有較高的減水率，較低的引氣量，是我國使用量大而面廣的外加劑品種。高性能減水劑是國內(nèi)近年來開發(fā)的新型外加劑品種，目前主要為聚羧酸鹽類產(chǎn)品。摻入不同組分復(fù)配，可生產(chǎn)出早強型、標準型和緩凝型高性能減水劑。

目前常用的減水劑有木質(zhì)素系、萘系、氨基磺酸鹽及羧酸基接枝共聚物系等多種。木質(zhì)素系減水劑的主要品種有木質(zhì)素磺酸鈣（簡稱木鈣），普通減水劑常用木鈣，摻量一般為水泥質(zhì)量的0.2%～0.3%，減水率為10%左右，混凝土28 d抗壓強度提高10%～20%，在保持混凝土強度和塌落度不變的條件下，可節(jié)約水泥8%～10%。萘系高效減水劑減水率多在15%～20%以上，混凝土28 d強度可增加20%以上，并有早強作用，減水率高，不引氣，缺點塌落度損失較大。氨基磺酸鹽減水劑減水率高，可達13%～27%，塌落度損失小，適宜摻量0.5%～1.0%，缺點對摻量敏感，摻量稍過量容易泌水。羧酸基接枝共聚物減水劑是一類全新的高性能減水劑，摻量低，一般為膠凝材料質(zhì)量的0.15%～0.25%，減水率高，混凝土拌和物工作性較好，對水泥適應(yīng)性好。適用于高性能混凝土，也是混凝土減水劑的發(fā)展方向。

3 減水劑摻量確定

減水劑摻量按膠凝材料質(zhì)量的百分比計，每種減水劑都有適宜的摻量，即使使用同一種減水劑由于用途不同，摻量也不同，使用前參考廠家產(chǎn)品說明書中提供的摻量范圍（如聚羧酸高效減水劑一般摻量為膠凝材料的0.5%～1.5%）進行減水劑不同摻量的混凝土性能試驗確定合理摻量，并要求符合國家和行業(yè)有關(guān)標準的規(guī)定。山西水工局東北項目部工地試驗室配制C35W12F200襯砌混凝土?xí)r，為了確定減水劑合理摻量，試驗室采用不同摻量的減水劑進行試驗，減水劑的不同摻量對混凝土拌和物工作性能的影響見表3。

表3 減水劑不同摻量的混凝土性能對比表

1）當(dāng)減水劑摻量為0.5%時，塌落度由90 mm增到120 mm.增大幅度不大，說明摻量過低時，塑化減水效果不明顯；達不到要求塌落度，起不到應(yīng)有的摻加效果。

2）當(dāng)減水劑摻量為1.3%時，塌落度由200 mm增到240 mm，增加的幅度明顯下降。摻量過高時，雖然減水效果有一定的增加，但混凝土拌和物開始出現(xiàn)泌漿、膠結(jié)，扒板、工作性差的不良后果，減水效果不明顯。超過飽和摻量，摻再多的減水劑也將不起減水的作用，反而帶來副作用。

3）當(dāng)減水劑摻量為1.0%時，塌落度由120 mm增到200 mm，塌落度隨減水劑的摻量增加而增大，混凝土拌和物和易性好，流動性大，易插搗，工作性能好，達到要求塌落度。因此在滿足混凝土性能要求的前提下，需考慮經(jīng)濟效益后確定減水劑的最佳摻量，是使用好減水劑的重要保證。

4 減水劑摻加方法確定

在混凝土的攪拌過程中，不同的摻加方法將會帶來不同的使用效果。減水劑的摻加方法不同，即使在相同摻量情況下，對混凝土所產(chǎn)生的塑化減水、增強效果也有一定差異。減水劑的摻加方法有：先摻法（針對粉狀減水劑），該方法在實際工程中使用不方便；同摻法（事先將減水劑配制成一定濃度的溶液，在攪拌過程中同水一起摻入），在工程實際中，常采用同摻法，可將減水劑與混凝土拌和均勻，方便自動計量；后摻法（在混凝土加水?dāng)嚢枰欢螘r間后，再加入減水劑進一步攪拌），后摻法又分為干粉摻加法和溶液摻加法。對于萘系高效減水劑，為了避開水泥中的鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣礦物成分的選擇性吸附，以后摻法為好。

5 減水劑與水泥的相溶性試驗

減水劑與水泥的相溶性也是評價減水劑性能的指標之一。在原材料中，水泥對減水劑的影響較大，同一種減水劑在相同的摻量下，往往因水泥不同而使用效果明顯不同。減水劑與水泥都存在相溶性問題，在使用前一定要做減水劑與水泥的相溶性試驗。減水劑相溶性試驗根據(jù)實際混凝土拌和物的塌落度損失情況，依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》SL352－2006靜態(tài)混凝土塌落度損失進行評定。減水劑在高強、高性能混凝土工程中的應(yīng)用也越來越多，水泥與減水劑的相溶性問題對混凝土工程來說是一個不可忽視和回避的重要問題，尤其在高標號混凝土中較為明顯，很多工程中都遇到了這樣的情況。

山西水工局新疆項目部工地在進行預(yù)制襯砌管片生產(chǎn)中出現(xiàn)此情況：混凝土粘聚性過大，出機塌落度110 mm，5 min損失到40 mm，10 min坍落度為10 mm，損失過快，扒板嚴重，給澆筑和振搗造成困難。振搗最長時間達53 min（正常時每片振搗時間3 min左右）無法滿足施工要求，致使預(yù)制襯砌管片廠停工。查其原因：配料單中所用原材料按標準檢驗合格，減水劑符合《混凝土外加劑》GB8076一等品的高效減水劑。初步判定水泥與減水劑相溶性不好，才引起流動度損失過快和異常板結(jié)。

于是利用減水劑對水泥凈漿的擴散性，將所用水泥與減水劑取樣做凈漿流動度試驗，結(jié)果流動度很小，減水劑幾乎不減水。對同一水泥不同減水劑進行試驗，其數(shù)據(jù)說明由于減水劑生產(chǎn)廠家不同，同一水泥的擴散性不同，同一水泥的摻量不同其擴散性也不同；同時我們對同一廠家的減水劑不同廠家的水泥進行了試驗，其結(jié)果表明由于不同廠家的水泥因組分不同，試驗結(jié)果也不同。遇到了水泥與減水劑不相溶的狀況。

山西水工局新疆項目部工地試驗室與水泥廠首先從水泥熟料化學(xué)成分找原因，水泥熟料中鋁酸三鈣對減水劑的吸附能力最強，是造成混凝土塌落度損失過快的主要原因。通過大量的反復(fù)調(diào)整，反復(fù)試驗，對預(yù)制襯砌管片使用的水泥廠的水泥熟料化學(xué)成分和物理性能進行了調(diào)整，對不適應(yīng)因素逐個排除，找出其原因，具體調(diào)整見表4表5。

山西水工局新疆項目部工地試驗室將調(diào)整后水泥在室內(nèi)試拌混凝土進行5 min和10 min陷度損失比較，調(diào)整后水泥陷度損失?。?0 min最大陷度損失30 mm，最小陷度損失0），混凝土拌和物和易性較好，無粘聚性過大現(xiàn)象，混凝土陷度盤間波動較小，能夠滿足施工要求。見表6。

6 影響水泥與減水劑相溶性的因素

通過大批量的試驗，分別采用不同的水泥摻和料，調(diào)整水泥的生產(chǎn)工藝和化學(xué)成分，最終調(diào)整好水泥用于預(yù)制襯砌管片生產(chǎn)，解決了水泥與減水劑的相溶性問題，找到了影響水泥與減水劑相溶性的因素。

6.1 水泥熟料礦物成分的影響

水工使用的水泥主要以普通硅酸鹽水泥為主，水泥熟料占主要部分。減水劑的使用效果隨熟料礦物成分的組成不同而異，其中鋁酸三鈣對相溶性影響最大。在高標號混凝土工程中沒有對混凝土有早期強度要求的情況下，盡量不要使用鋁酸三鈣含量高的水泥，也就是早強水泥，以提高混凝土澆筑過程中水泥與減水劑的相溶性，減少混凝土的坍落度損失過快甚至出現(xiàn)混凝土粘聚性過大及扒板現(xiàn)象。

6.2 水泥中的堿含量

水泥中的堿是指氧化鈉和氧化鉀，這兩種化學(xué)成分對減水劑影響較大，一般含堿量高的水泥摻入減水劑后流動性減小，流動性損失加快。并有明顯的早強和促凝作用，加快了水泥漿的凝結(jié)和產(chǎn)生早期強度，必然會加快混凝土坍落度損失。

6.3 水泥中石膏的影響

水泥在進行生產(chǎn)混凝土?xí)r，水泥與水結(jié)合，石膏會在瞬時間吸附大量的水造成陷度損失過快，給混凝土施工帶來困難，在預(yù)制襯砌管片生產(chǎn)時曾經(jīng)遇到過，最嚴重時在5 min內(nèi)由200 mm的陷度損失為0，無法滿足施工要求。造成石膏脫水的主要原因是水泥廠在磨制水泥熟料時磨機溫度過高，降溫措施不當(dāng)所致。

6.4 水泥的細度影響

水泥顆粒越細，比表面積越大，需水量越大，水化速度越快，水泥顆粒越細，水泥中鋁酸三鈣礦物成分需要吸附的減水劑越多，使水泥漿流動度減小，減水劑摻量增大，而且流動度損失也加快。

6.5 水泥中摻加的混合材品種

我們所使用的普通硅酸鹽水泥，都摻有一定數(shù)量的摻合料，摻合料數(shù)量占6%～15%，摻合料品種的不同也影響水泥與減水劑的相溶性。

其次通過預(yù)制襯砌管片生產(chǎn)中的大量試驗，影響水泥與減水劑相溶型的因素還有減水劑的種類和摻量，混凝土配合比，尤其是水膠比，礦物外加劑的品種和摻量及混凝土攪拌時的加料程序、攪拌時的溫度，攪拌機的類型等。

表4 襯砌管片水泥熟料化學(xué)成分調(diào)整表

表5 襯砌管片水泥物理性能調(diào)整表

表6 混凝土塌落度穩(wěn)定性和損失統(tǒng)計分析

7 減水劑選擇原則

選擇減水劑一是性能要滿足使用要求，二是經(jīng)濟合理。目前我國有各類外加劑生產(chǎn)企業(yè)數(shù)千家，技術(shù)水平參差不齊，產(chǎn)品質(zhì)量存在很大差距，要選擇能確保減水劑質(zhì)量的生產(chǎn)廠家。首先要對工程的施工要求、現(xiàn)場條件、施工工藝等情況進行全面了解，在選擇時，一定要先掌握減水劑的性能、特點和適用范圍，根據(jù)不同的作用目的，選擇不同的減水劑，嚴禁使用對人體產(chǎn)生危害，對環(huán)境產(chǎn)生污染的減水劑。減水劑應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定，應(yīng)采用工程使用的原材料在室內(nèi)進行全面混凝土試配試驗，其次在使用前要檢測水泥與減水劑的相溶性試驗，確定合理摻量，以防工程應(yīng)用時出現(xiàn)相溶性問題而措手不及。