不同類型外加劑對混凝土敏感性的研究

魏元奮，顧雪

（1. 上海申昆混凝土集團景祥混凝土有限公司，上海 200245； 2. 上海嘉華青松混凝土有限公司，上海 200245）

0 前言

近年來，聚羧酸減水劑由于原料供應方便、生產(chǎn)工藝簡單和產(chǎn)品穩(wěn)定等特點，受到生產(chǎn)者和使用者的歡迎。然而，由于我國地域遼闊，季節(jié)變化明顯，混凝土原材料差異大以及摻合料日益復雜等多方面的因素，聚羧酸減水劑在混凝土中的應用也日益復雜[1-2]。聚羧酸減水劑在應用過程中對砂石材料、外加劑摻量、用水量和環(huán)境溫度的敏感性顯得尤為突出，主要表現(xiàn)在聚羧酸減水劑作用于混凝土時，常會出現(xiàn)與水泥、礦物摻合料適應性不好、混凝土工作性能不穩(wěn)定、易離析或坍落度較大損失等敏感性問題，導致無法滿足施工現(xiàn)場要求，這些都極大地制約了聚羧酸減水劑的推廣與使用[3-4]。

結(jié)合聚羧酸減水劑與二代減水劑（脂肪族、萘系和氨基減水劑）在混凝土中的實際工程應用情況，本文對不同類型外加劑的敏感性做了對應的比較和研究，通過外加劑摻量、環(huán)境溫度、混凝土用水量以及原材料變化作為敏感性測試評價指標[5]，得出了不同類型的外加劑在不同條件下的敏感性程度，有利于使用者進一步掌握不同減水劑在施工應用中的特點和差異性。

1 試驗部分

1.1 試驗原材料

測試原材料Ⅰ：脂肪族減水劑（SAF，五龍新材料），萘系減水劑（SNF，五龍新材料），氨基減水劑（ASP，秦燕化工），醚類聚羧酸減水劑（減水型：PC-1，上海華聯(lián)），醚類聚羧酸減水劑（綜合型：PC-2，上海華聯(lián)），酯類聚羧酸減水劑（PC-3，上海華聯(lián)）。

測試原材料Ⅱ：水泥：金峰 P·O42.5（C1），盤固 P·O42.5（C2），金山南方 P·O42.5（C3）。天然砂（S1）：細度模數(shù) 2.5，含泥量≤1%；機制砂（S2）：細度模數(shù) 2.7，含泥量 7%；機制砂（S3）：細度模數(shù) 2.9，含泥量 9%。粗骨料（G）：5～25mm 連續(xù)級配碎石。礦粉：S95（SL）。粉煤灰：蘇州婁城（Ⅱ 級 F 類）。

1.2 試驗方法

1.2.1 混凝土試驗

混凝土試驗參照 GB/T 50080—2011《普通混凝土拌合物性能試驗方法》進行，混凝土試驗的配合比見表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

1.2.2 敏感性評價

測試脂肪族減水劑（ S A F ） 、 萘系減水劑（SNF）、氨基減水劑（ASP）、醚類聚羧酸減水劑（減水型：PC-1，綜合型：PC-2）和酯類聚羧酸減水劑（PC-3）對外加劑摻量、混凝土用水量、環(huán)境溫度和原材料各種因素的敏感性。敏感性評價指標見表2。

表2 敏感性評價指標

2 結(jié)果與討論

2.1 外加劑摻量對混凝土敏感性的影響

保持混凝土配合比不變，通過調(diào)整 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等外加劑摻量，考察外加劑摻量對混凝土敏感性的影響。

試驗方法：以混凝土擴展度在 (400±1)mm 為摻量起點，調(diào)整外加劑含量至起點摻量接近，然后進行摻量遞增，當混凝土擴展度在 (600±10)mm 時，確定該摻量為外加劑的終點摻量。外加劑摻量 k 值= (終點摻量 -起點摻量)/起點摻量。摻量 k 值越大，表示摻量敏感性越小，越不敏感。水泥選用南方水泥，砂子選用河砂，試驗結(jié)果見表3 和圖1。

表3 外加劑摻對混凝土擴展度的影響

圖1 外加劑摻量對混凝土敏感性的影響

從表3 和圖1 可以看出，雖然外加劑起點摻量接近，但是不同類型外加劑的終點摻量差別較大，其中 ASP 摻量終點為 1.6%，終點摻量最低，其中 SNF 的終點摻量最高，為 1.9%，終點摻量最高。不同類型外加劑摻量 k 值由大到小依次為 SNF＞SAF＝PC-3＞PC-2＞ASP=PC-1。由此可得，不同類型類型外加劑中：萘系減水劑 SNF 對摻量敏感性最低，脂肪族減水劑 SAF 和酯類聚羧酸減水劑 PC-3 對摻量敏感性次之，氨基減水劑 ASP 和醚類聚羧酸減水劑 PC-1 對摻量敏感性最高。在聚羧酸減水劑中，PC-1 的摻量敏感性最高，PC-3 的摻量敏感性最低，綜合型 PC- 2 的摻量敏感性居中。

2.2 環(huán)境溫度對不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響

保持混凝土配合比及外加劑配方不變，通過調(diào)整環(huán)境溫度差異，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加劑對新拌混凝土敏感性的影響。

試驗方法：當混凝土擴展度在 (530±10)mm 時的摻量作為外加劑基準摻量。保持混凝土配合比及外加劑摻量不變，調(diào)整環(huán)境溫度，分別為 5℃、10℃、20℃、30℃、40℃（試驗前，原材料分別在對應溫度存放 12h），在不同環(huán)境溫度下對比試驗，考察不同外加劑在不同環(huán)境溫度下對混凝土敏感性的影響。擴展度差 = 高溫擴展度 - 低溫擴展度，擴展度差值越小，表示環(huán)境溫度敏感性越小，越不敏感。水泥選用南方水泥，砂子選用河砂，試驗結(jié)果見表4 和圖2。

表4 環(huán)境溫度對混凝土擴展度的影響

圖2 不同環(huán)境溫度對混凝土敏感性的影響

從表4 和圖2 可以看出，每一類外加劑在不同環(huán)境溫度下的表象有一定的差異性，其中 PC-1 和 SNF 作用的混凝土隨著溫度變化，其擴展度變化最小，說明其對環(huán)境溫度的敏感性最低；醚類聚羧酸 PC-2 作用的混凝土隨著溫度變化，其擴展度變化最大，說明 PC-2 對溫度的敏感性最高；可能因 PC-2 屬于綜合型減水，羧基密度較低，在較低溫度下，對水泥顆粒的吸附和錨固作用較低，隨著溫度的升高，其錨固和吸附作用明顯加強，導致其在不同溫度下初始擴展度差異較大。綜合比較：PC-2＞PC-3＞ASP＞SAF＞SNF＝PC-1。

2.3 單方用水量對不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響

保持混凝土配合比及外加劑配方不變，通過調(diào)整混凝土單方用水量，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加劑對新拌混凝土敏感性的影響。

試驗方法：當混凝土擴展度在 (500±10)mm 時的摻量作為外加劑基準摻量。保持混凝土配合比及外加劑摻量不變，調(diào)整混凝土單方用水量，基準用水量 175kg，分別加減 5kg 用水量和加減 10kg 用水量，考察單方用水量對不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響。擴展度差值 = 高用水量擴展度 - 低用水量擴展度，擴展度差值越小，表示用水量敏感性越小，越不敏感。水泥選用南方水泥，砂子選用河砂，試驗結(jié)果見表5 和圖3。

表5 用水量對混凝土坍落度的影響

圖3 單方用水量對混凝土敏感性的影響

從表5 和圖3 可以看出，單方用水量對用不同外加劑新拌混凝土的敏感性具有一定的差異性。其中醚類聚羧酸減水劑 PC-1 作用的混凝土，對于不同用水量，其擴展度變化最大，差值達到 170mm 以上，說明醚類聚羧酸減水劑 PC-1 對混凝土用水量敏感性最大。而萘系減水劑 SNF 和酯類聚羧酸減水劑 PC-3 作用的混凝土擴展度差值相對較小，說明在 6 種不同型號的外加劑，SNF 和 PC-3 對混凝土用水量敏感性最低。脂肪族減水劑 SAF 和醚類聚羧酸減水劑 PC-2 對混凝土用水量敏感性居中。

2.4 混凝土原材料對不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響

保持混凝土配合比及外加劑配方不變，通過更換水泥品種和機制砂，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加劑對新拌混凝土敏感性的影響。

試驗方法（1）：混凝土擴展度在 (530±10)mm 時的摻量作為外加劑的固定摻量。保持混凝土配合比及外加劑摻量不變，更換水泥品種，考察混凝土原材料對不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響。擴展度差值 = 適應性好的水泥擴展度 - 適應性低的水泥擴展度，擴展度差值越小，表示外加劑對該水泥的敏感性越小，越不敏感。砂子選用河砂，試驗結(jié)果見表6 和圖4。

表6 水泥種類對混凝土擴展度的影響

圖4 不同水泥混凝土敏感性的影響

從表6 和圖4 可以看出，更換水泥品種對用不同外加劑新拌混凝土的敏感性具有一定的影響。從更換水泥后擴展度差值可以看出，SNF 的擴展度差值最小，說明其對水泥敏感性最小，PC-1 的擴展度差值最大，說明其對水泥的敏感性最大。

PC-3、PC-2、PC-1 比 ASF、SNF、ASP 的擴展度差值更大，說明聚羧酸減水劑敏感性比二代減水劑要大。在聚羧酸減水劑中，PC-3 擴展度差值最小，其對水泥的敏感性最小。

試驗方法（2）：混凝土擴展度在 (530±10)mm 時的摻量作為外加劑的固定摻量。保持混凝土配合比及外加劑摻量不變，更換砂的品種，考察混凝土原材料中砂對不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響。擴展度差值=河砂的混凝土擴展度 - 機制砂的混凝土擴展度，擴展度差值越小，表示該砂對混凝土的敏感性越小，越不敏感。選用南方水泥，試驗結(jié)果見表7 和圖5。

表7 砂種類對混凝土擴展度的影響

圖5 不同砂對混凝土敏感性的影響

從表7 和圖5 可以看出，更換砂的品種對不同外加劑新拌混凝土的敏感性具有很大的影響，隨著機制砂含泥量增加，其混凝土減水率、擴展度都大幅降低。圖5 中擴展度差值最大的為 PC-1，說明醚類聚羧酸減水劑 PC-1 對機制砂的適應性最差，敏感性最大。萘系減水劑 SNF 的擴展度差值最小，說明其對含泥量高的機制砂適應性最好。比較 PC-3、PC-2、PC-1 比 ASF、SNF、ASP 的擴展度差值也可以看出，對于含泥量高的機制砂中，聚羧酸減水劑比二代減水劑的敏感性要大很多。因此，在使用聚羧酸減水劑時，應相對固定砂石材料的種類、含泥量等，避免其帶來的敏感性和生產(chǎn)不穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

通過外加劑摻量、環(huán)境溫度、混凝土單方用水量以及原材料等指標對混凝土原敏感性測試評價得到：

（1）不同類型外加劑的終點摻量差別較大，敏感性從小到大依次為 SNF＜SAF＝PC-3＜PC-2＜ASP=PC-1，萘系減水劑 SNF 對摻量敏感性最低，氨基減水劑 ASP 和醚類聚羧酸減水劑 PC-1 對摻量敏感性最高。

（2）環(huán)境溫度對混凝土敏感性相對較小，但也有一定的差異性。其中 PC-1 和 SNF 對環(huán)境溫度的敏感性最低；醚類聚羧酸 PC-2 對環(huán)境溫度的敏感性最高。

（3）混凝土單方用水量對混凝土敏感性有一定的差異性：醚類聚羧酸減水劑 PC-1 對混凝土用水量敏感性最大，而萘系減水劑 SNF 和酯類聚羧酸減水劑 PC-3 對混凝土用水量的敏感性最小。

（4）不同原材料對混凝土敏感性影響較大：特別是含泥量較大的機制砂，對使用聚羧酸減水劑的混凝土敏感性特別大。所以，在使用聚羧酸減水劑時，應相對固定砂石材料的種類、含泥量等，避免其帶來的敏感性和生產(chǎn)不穩(wěn)定性。而聚羧酸減水劑中屬酯類減水劑的對機制砂的敏感性最低。不同種類水泥對混凝土敏感性相對較小。