尚濤 李峰

摘 要 萘系高效減水劑屬于高分子表面活性劑，是我國(guó)目前應(yīng)用最廣泛的高效減水劑，它具有成本低、減水率高、增強(qiáng)效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，但摻單一品種外加劑已經(jīng)難以滿(mǎn)足實(shí)際工程中混凝土的高保坍、多功能等要求，減水劑與其他外加劑進(jìn)行復(fù)合，是減水應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的又一趨勢(shì)，本文利用萘系減水劑與其他外加劑的復(fù)配探討對(duì)混凝土的保坍性，并結(jié)合成本計(jì)算，選擇最為經(jīng)濟(jì)的復(fù)配方案。

關(guān)鍵詞 混凝土;萘系高效減水劑;坍落度損失

1研究背景

目前單一外加劑品種國(guó)內(nèi)外相差不是很大，而我國(guó)在復(fù)合外加劑及其應(yīng)用技術(shù)上還停留在20世紀(jì)90年代以前的水平。混凝土外加劑發(fā)展的方向是高效能、多功能復(fù)合外加劑。只有復(fù)合才能具有高效能、多功能，并且促進(jìn)新型混凝土和新的施工工藝的發(fā)展。減水劑與其他外加劑進(jìn)行復(fù)合，是減水應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的又一趨勢(shì)，單一品種的外加劑，無(wú)論是有機(jī)的還是無(wú)機(jī)的都難以滿(mǎn)足工程的需要。

1.1 萘系高效減水劑的作用機(jī)理及外加劑復(fù)合原理

在新拌混凝土中，加入減水劑后，減水劑的憎水集團(tuán)定向吸引于水泥質(zhì)點(diǎn)表面，親水基團(tuán)指向水溶液，組成了單分子或多分子吸附膜。由于表面活性劑分子的定向吸附，使水泥質(zhì)點(diǎn)表面帶有相同符號(hào)的電荷，于是在電性斥力的作用下，隨著體系對(duì)外加劑的吸附量增加，ζ電位進(jìn)一步變負(fù)（絕對(duì)值增大），不但使水泥-水體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)（雙電層ζ-電位提高），并使水泥在加水初期所形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)分散解體，使絮凝狀凝聚體內(nèi)的游離水釋放出來(lái)，從而改善新拌混凝土的流動(dòng)性和達(dá)到減水的目的[3]。

1.2 外加劑復(fù)合原理

減水作用機(jī)理表明，通過(guò)三種作用可以減少混凝土的用水量，或保持相同的水灰比，增加其流動(dòng)性，即：①分散作用;②初期水化抑制;③引氣作用。

混凝土中的水以三種形式存在，即化學(xué)結(jié)合水、吸附水和游離水。水泥完全水化，只需要水灰比0.22左右。但為了滿(mǎn)足新拌混凝土工作性能的要求，實(shí)際用水量比理論用水量要大得多。這樣就在損失強(qiáng)度的前提下滿(mǎn)足混合物工作性要求，因此不摻外加劑的普通混凝土的水泥利用系數(shù)較低。

結(jié)合水參與了化學(xué)反應(yīng)，使水泥水化硬化，因而具有強(qiáng)度;游離水使混合物具有工作性，滿(mǎn)足施工工藝要求;而吸附水（包括水泥凝聚結(jié)構(gòu)中所封住的水）影響水泥石與集料間黏結(jié)力，降低混凝土強(qiáng)度和耐久性。

摻分散作用的外加劑，如高效減水劑，能使水泥漿分散，破壞了水泥漿中凝聚結(jié)構(gòu)，使吸附水減少，游離水增多，因而大大提高了水泥漿的流動(dòng)性，或者保持相同流動(dòng)性時(shí)減少用水量。

摻緩凝劑，由于對(duì)初期水泥水化的抑制作用減少了結(jié)合水量，相對(duì)增加了游離水量，因而也具有減水作用。

引氣劑使混凝土混合物引入大量微氣泡，在粒子之間產(chǎn)生滾動(dòng)和浮托作用，使水泥漿分散，同樣具有減水作用。

這三種減水作用機(jī)理不同。通過(guò)復(fù)合，使不同減水作用“疊加”可以進(jìn)一步提高減水效果[2]。

1.3 混凝土的坍落度損失機(jī)理

從高效減水劑作用機(jī)理可見(jiàn)，雙電層電位及高分子吸附狀態(tài)是影響減水劑流化作用的主要因素。因此，混凝土坍落度損失的機(jī)理也在于雙電層電位及高分子吸附狀態(tài)的改變。一般來(lái)說(shuō)，混凝土坍落度損失的機(jī)理可以概括為以下幾個(gè)方面：

（1）由于混凝土拌合物的水化反應(yīng)，以及吸附于水化產(chǎn)物表面或者蒸發(fā)等原因消耗了較多的拌和用水，是造成坍落度損失的重要因素之一。

（2）水泥水化過(guò)程中，由于物理、化學(xué)分散，液相中的粒子增多，分散的粒子由于布朗運(yùn)動(dòng)、重力、機(jī)械攪拌等，粒子表面吸附的高效減水劑隨時(shí)間增加而減少。高效減水劑吸附在水泥顆粒表面或早期水化物上，或是被水化物包圍，或是與水化物反應(yīng)而被消耗掉，減弱了其分散能力，水泥顆粒間斥力減小使得兩水泥顆粒之間 Zeta 電位降低，相互間作用位能下降，產(chǎn)生凝聚，從而引起了混凝土的坍落度損失。

（3）水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH）2、CSH等水化產(chǎn)物，使新拌混凝土的黏度增大，造成混凝土坍落度隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，也是引起混凝土坍落度損失的重要原因之一。

1.4 調(diào)整水泥的成分含量

選用 C3A、C4AF 含量低，C3S、C2S 含量高的水泥，可抑制混凝土坍落度的損失。調(diào)整摻入水泥中的石膏形態(tài)及含量，增加外加劑與水泥的適應(yīng)性，也可有效地抑制混凝土坍落度的損失。另外，要盡量選用質(zhì)量穩(wěn)定的水泥。

2原材料

2.1 水泥

水泥為南京迴峰水泥制造有限公司生產(chǎn)“雙猴牌”P(pán).O42.5水泥，其性能指標(biāo)見(jiàn)表1，按照《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法（80μm篩篩析法）》（GB/T1345-91）、《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》（GB/T1346-2001）、《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T17671-1999）的試驗(yàn)方法進(jìn)行物理力學(xué)性能試驗(yàn)。所有性能均符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175-1999）標(biāo)準(zhǔn)中普通硅酸鹽水泥要求。

2.2 礦物摻和料

采用粉煤灰和礦粉兩種。

（1）粉煤灰。采用Ⅱ級(jí)粉煤灰，粉煤灰的性能測(cè)試依據(jù)GB/T176-1996進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

經(jīng)檢測(cè)該粉煤灰為Ⅱ級(jí)粉煤灰。

（2）磨細(xì)礦粉。采用S95級(jí)磨細(xì)礦粉，根據(jù)GB/T18046-2008進(jìn)行試驗(yàn)，其性能指標(biāo)如表3所示。

2.3 集料

采用的是來(lái)自南京鑫茂攪拌站的粗細(xì)集料。

（1）細(xì)集料。采用江砂，細(xì)度模數(shù)為（μf=2.6），級(jí)配合格，根據(jù)GB/T14684-2001檢驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

根據(jù)天然砂含泥量、泥塊含量標(biāo)準(zhǔn)，砂子屬于Ⅲ類(lèi)砂。

砂子的級(jí)配分布如下表：

由表2.5可得該河砂屬于Ⅱ區(qū)砂，且為中砂，適宜拌至混凝土。

計(jì)算與分析：

按下式計(jì)算砂的細(xì)度模數(shù)μf （精確至0.01）;

μf =

式中：β1、β2、β3、β4、β5、β6分別為5.00、2.50、1.25、0.630、0.315、0.160mm各方孔篩上的累計(jì)篩余百分率平均值，得：

μf1=2.67;μf2=2.61;

取平均可得μf=2.6

所以該河砂屬于中砂。

（2）粗集料。采用碎石，二級(jí)配，5～31.5mm連續(xù)級(jí)配，石子性能測(cè)試依據(jù)GB/T14685-2002進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6所示。

為便于試驗(yàn)，尋求最小空隙率，根據(jù)不同比例進(jìn)行松堆密度和緊堆密度的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表7。

故經(jīng)過(guò)試驗(yàn)可得：大小石子比例6：4，其空隙率最小。故試驗(yàn)采用比例6：4。

3配合比設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)原則。①以絕對(duì)體積法為計(jì)算基礎(chǔ)，漿骨比為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)。②以工作性、強(qiáng)度、耐久性和開(kāi)裂性作為設(shè)計(jì)原則。

（2）設(shè)計(jì)目標(biāo)。①?gòu)?qiáng)度等級(jí)C30。②初始坍落度200～220mm，

擴(kuò)展度大于460mm。③1h坍落度損失滿(mǎn)足泵送要求（一般1h坍落度不小于180mm較合適）。

（3）設(shè)計(jì)思路。設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，參考JGJ55-2011設(shè)計(jì)規(guī)范以及相關(guān)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定水膠比為0.50，膠材用量340kg/m3，砂率40%，使用萘系高效減水劑JM-A，固含量為42%。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)漿骨比定為VP∕VA =0.335∶0.665，目標(biāo)含氣量Va=2.5%。粉煤灰摻量為10%，礦渣粉摻量為20%;大石子的粒徑16～31mm和小石子的粒徑5～16mm，比例為6∶4。

經(jīng)過(guò)計(jì)算可得以下配合比：

3.1 復(fù)配方案

配方：①萘系減水劑+引氣劑;②萘系減水劑+緩凝劑;③萘系減水劑+引氣劑+緩凝劑;④萘系減水劑+氨基磺酸鹽;⑤萘系減水劑+氨基磺酸鹽+引氣劑;⑥萘系減水劑+丙酮;⑦萘系減水劑+丙酮+引氣劑;⑧萘系減水劑+丙酮+緩凝劑;⑨萘系減水劑+木鈣+緩凝劑。

3.2 試驗(yàn)方法

（1）表觀(guān)密度、堆積密度與空隙率測(cè)定。按JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定。

（2）原材料密度的測(cè)定。按GB/T208-1994《水泥密度測(cè)定方法》規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定。

（3）水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間和安定性的測(cè)定。按GB/T1346-2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定。

（4） 混凝土拌和物性能試驗(yàn)?；炷涟韬臀锏奶涠?、擴(kuò)展度、泌水率、凝結(jié)時(shí)間和含氣量的測(cè)定按GB/T50080-2002《普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。

4萘系減水劑與引氣劑的復(fù)配

摻入適量引氣劑，可以在混凝土中產(chǎn)生很多獨(dú)立、封閉、微小細(xì)密的氣泡。這些氣泡不僅可以起到潤(rùn)滑的作用，而且可有效地將水泥離子隔離，防止水泥顆粒凝聚，這對(duì)減少混凝土坍落度損失也是非常有利的。但引氣劑摻量過(guò)多對(duì)混凝土的強(qiáng)度和彈性模量是不利的，故在工程實(shí)踐中應(yīng)注意控制摻量1。

萘系高效減水劑JM-A與引氣劑JM-2000之間的復(fù)配，保持JM-A的摻量為1.0%，JM-2000分別按0.004%、0.008%、0.012%摻量復(fù)配，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

由表3.1可知：

（1）在單摻萘系減水劑的條件下，選擇與引氣劑復(fù)配后，含氣量明顯增大，且隨著引氣劑摻量的增加而增大，可見(jiàn)引氣效果比較明顯;

（2）萘系減水劑與引氣劑復(fù)合使用后，初始坍落度均有所增大，但隨著引氣劑摻量的增大1h經(jīng)時(shí)坍落度逐漸減小，且擴(kuò)展度也隨之減小，可以看出，引氣劑摻量為0.004%時(shí)，坍落度損失最小，保坍性最好，故該組最佳復(fù)配方案是：1.0% JM-A+0.004% JM-2000。

4.1 萘系減水劑與緩凝劑的復(fù)配

萘系減水劑與緩凝劑之間的復(fù)配，萘系摻量是1.0%，緩凝劑選用蔗糖，其摻量不宜過(guò)大，一般小于膠凝材料的萬(wàn)分之八的摻量。夏季一般摻量小于萬(wàn)分之四，本試驗(yàn)分別按0.01%、0.03%、0.05%的摻量復(fù)配，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

5結(jié)束語(yǔ)

（1）萘系減水劑與緩凝劑復(fù)配后，初始坍落度大于單摻減水劑的混凝土，且隨著T摻量的增加初始坍落度逐漸減小，當(dāng)T的摻量為0.01%時(shí)，雖然初始坍落度和擴(kuò)展度均最大，但坍落度和擴(kuò)展度的經(jīng)時(shí)損失率也最大，當(dāng)T的摻量為0.05%時(shí)，雖保坍性最好，但考慮到初始坍落度低于第3組且經(jīng)濟(jì)成本高于第3組，故第3組作為最佳復(fù)配比例，即：1.0% JM-A+0.03% T。

（2）由含氣量也可推知，蔗糖除了具有保坍性能外還具有一定的引氣作用。

6結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文的大量試驗(yàn)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性能和混凝土綜合性能指標(biāo)，得到如下解，總結(jié)摻萘系高效減水劑的保坍途徑有以下幾種：

①萘系與緩凝劑（或引氣劑）的復(fù)配，成本較低且混凝土的新拌性能較好，是解決混凝土坍落度損失最常用的方法;②與普通減水劑等的復(fù)配也是降低成本、解決坍損問(wèn)題的方法之一;③與脂肪族類(lèi)高效減水劑的復(fù)配可以發(fā)揮協(xié)同作用，是降低成本提高性?xún)r(jià)比的一種比較好的方法;④與氨基磺酸鹽類(lèi)高效減水劑的復(fù)配，減水效率提高的同時(shí)保坍效果也比較好， 但由于成本較高，故在工程實(shí)踐中應(yīng)用較少。

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