聚羧酸減水劑與水泥及礦物摻合料適應(yīng)性研究

溫兆龍，蔣元海，劉洋，劉程旭，沈俊杰，吳建鋒

（嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

0 引言

聚羧酸減水劑可以用于生產(chǎn)免蒸養(yǎng)混凝土，而免蒸養(yǎng)生產(chǎn)技術(shù)作為一種綠色生產(chǎn)技術(shù)避免了蒸養(yǎng)過程中的碳排放，對于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和有極大地好處。所以研究免蒸養(yǎng)混凝土，具有較大現(xiàn)實(shí)意義，符合發(fā)展要求。此外，聚羧酸減水劑與傳統(tǒng)減水劑相比更加綠色環(huán)保，在工程應(yīng)用中乃至對于減少碳排放都發(fā)揮著越來越重要的作用。

1 水泥與聚羧酸減水劑適應(yīng)性的影響因素

1.1 水泥熟料的礦物組成

張新民[1]團(tuán)隊(duì)研究水泥熟料對聚羧酸減水劑與水泥適應(yīng)性影響，實(shí)驗(yàn)選用五種不同成分的熟料與石膏、石子進(jìn)行粉磨制成五種水泥成品。分析數(shù)據(jù)可得，水泥中的C3S與聚羧酸減水劑有良好的適應(yīng)性。相反，由于C3A具有水化熱大、水化速度快的特點(diǎn)，所以當(dāng)C3A的含量越高，消耗的聚羧酸減水劑分子也越多，聚羧酸減水劑分散性越差。因此，就其與減水劑適應(yīng)性來看，應(yīng)選用C3S含量較高和C3A含量較低的水泥進(jìn)行混凝土的配制。

根據(jù)相關(guān)資料[2]結(jié)果表明，當(dāng)水泥中C3A的含量大于8.5%時，聚羧酸減水劑不能有效發(fā)揮分散作用，影響混凝土拌合物的保坍性，且調(diào)整減水劑用量或砂率均不能解決坍落度損失大的問題；而當(dāng)C3A的含量小于8%時，聚羧酸減水劑能夠有效發(fā)揮分散作用，與水泥的適應(yīng)性良好，同時，混凝土拌合物的保坍性得到改善。

1.2 水泥堿含量

梁新林[3]進(jìn)行對比試驗(yàn)，研究堿含量不同的水泥與同一含量的聚羧酸減水劑之間的適應(yīng)性，實(shí)驗(yàn)選取P·O 42.5級水泥中四種不同堿含量（0.48%、0.52%、0.72%、0.85%），研究結(jié)果表明，水泥堿含量從0.48%增加到0.52%時，聚羧酸減水劑的減水率小幅度減小,此時混凝土拌合物現(xiàn)象均勻、不泌水；水泥堿含量在0.52%~0.72%時，聚羧酸減水劑減水率下降幅度明顯，混凝土拌合物開始離散并且伴隨少量泌水；水泥堿含量大于0.72%時，減水率下降幅度較小，混凝土拌合物出現(xiàn)離散并伴隨嚴(yán)重泌水現(xiàn)象。

1.3 石膏

潘曄昕[4]選取脫硫石膏、二水石膏、磷石膏三種石膏，將其分別粉磨后制成試驗(yàn)樣品，根據(jù)其流動度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熟料、石灰石配比含量穩(wěn)定不變時，將石膏配比含量從6增至7時，試驗(yàn)樣品的凝結(jié)時間有所提升且其化學(xué)成分SO3含量也有所增加，使得水泥凈漿流動度增加。

在其余配合比穩(wěn)定不變時，張瑞紅[5]研究了三種石膏與混凝土坍落度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將摻入三種石膏的水泥拌合物靜置1.5 h后,無水石膏坍落度損失值為最大，二水石膏坍落度損失值居中,半水石坍落度損失值最小。由于三種石膏溶于水體速度各不相同，因此，溶解度和溶解速度大的半水石膏會使拌合物出現(xiàn)假凝的現(xiàn)象，而溶解度和溶解速度小的無水石膏對抑制C3A水化速度的作用有限，二水石膏居中。此外，石膏中SO42-含量能夠較好的控制C3A的水化速度，因此，在生產(chǎn)水泥過程中使用配合比合適的二水石膏對于改善水泥與減水劑適應(yīng)性效果更佳。

1.4 水泥細(xì)度

胡振慶小組[6]通過研究水泥比表面積對水泥與減水劑的適應(yīng)性影響，在加入減水劑含量不變的情況下，該小組選取五組不同比表面積的水泥，對其流動度進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果表明，水泥的初始流動度隨水泥比表面積的增大而減小，經(jīng)過一段時間后，流動度結(jié)果相同，即水泥比表面積大小和水泥流動度成反比關(guān)系。探其原因，減水劑能使水泥表面產(chǎn)生吸附作用，因此，減小水泥的比表面積，有利于提高聚羧酸減水劑與水泥的適應(yīng)性，其原因?yàn)樵谒z比相同條件下，水泥顆粒的需水量下降，其凈漿流動度提高，從而改善聚羧酸減水劑與水泥的適應(yīng)性。

2 礦物摻合料對水泥與聚羧酸減水劑適應(yīng)性的影響

2.1 礦物摻合料種類

礦物摻合料種類包括粉煤灰、礦粉、硅灰粉、天然火山灰、石灰石粉。各摻合料的顆粒大小、化學(xué)成分等之間的差異性，將對聚羧酸減水劑適應(yīng)性產(chǎn)生不同程度的影響。

何燕[7]等人研究了混合材對水泥與聚羧酸減水劑適應(yīng)性的影響，試驗(yàn)對比了粉煤灰和礦渣兩種類別的摻合料，采用等比例替代水泥。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其余材料質(zhì)量固定不變時，礦渣等比例代替水泥質(zhì)量增加，凈漿的流動度增加；粉煤灰等比例代替水泥質(zhì)量增加，凈漿初始流動度稍有增大，當(dāng)代替比例大于30%時，水泥凈漿的初始流動度有所降低。因此，礦渣作為混合材對聚羧酸減水劑與水泥適應(yīng)性有所改善，并且對摻聚羧酸減水劑的混凝土流動性具有增強(qiáng)作用。多余粉煤灰顆粒吸附聚羧酸減水劑分子，對水泥凈漿的流動性產(chǎn)生不利影響。

李志坤[8]等人研究了不同摻合料復(fù)摻時對聚羧酸減水劑與水泥適應(yīng)性的影響，試驗(yàn)選取了Ⅱ級煤灰，S95級礦渣和硅灰三種摻合料。粉煤灰和礦渣以不同比例（10∶0、8∶2、6∶4、2∶8、0∶10）復(fù)摻替代50%水泥，從m（粉煤灰）∶m（礦渣）=10∶0到m（粉煤灰）∶m（礦渣）=0∶10時，水泥凈漿的初始流動度和1 h凈漿流動度均增大，復(fù)摻粉煤灰和礦渣的水泥凈漿流動度介于單摻粉煤灰和礦渣的流動度之間，該兩種摻合料對水泥凈漿流動度有復(fù)合效果。粉煤灰、礦渣分別和硅灰以不同比例（37∶3、34∶6、31∶9、28∶12、25∶15）復(fù)摻替代50%水泥，隨硅灰含量的提高，水泥凈漿流動度和1 h流動度均有大幅度下降；當(dāng)m（粉煤灰）∶m（硅灰）或m（礦渣）∶m（硅灰）均從31∶9到25∶15時，水泥的凈漿流動度均有大幅度下降，進(jìn)而硅灰對聚羧酸減水劑與水泥適應(yīng)性有不利影響。

劉譽(yù)璟[9]通過研究摻入不同含量石粉對減水劑流動性的影響，結(jié)果表明,石粉含量增加時，減水劑飽和度增加，石粉含量固定為5%，減水劑飽和點(diǎn)較低且流動性能較差。在不同種類減水劑中摻加同種含量石粉，石粉對聚羧酸減水劑的吸附量遠(yuǎn)小于其他減水劑，因此，當(dāng)?shù)V物摻合料使用石粉時，可優(yōu)先考慮使用聚羧酸高效減水劑作為外加劑。

2.2 摻合料的細(xì)度

當(dāng)摻合料含量、使用種類以及混凝土流動性相同的情況下，摻合料的比表面積越大，攪拌混凝土需水量和減水劑的用量也越大，即摻合料細(xì)度越高，減水劑的適應(yīng)性越差。

3 結(jié)語

水泥和聚羧酸減水劑的適應(yīng)性在不同程度上受水泥細(xì)度、水泥中礦物組成、水泥堿含量及石膏的影響。此外，摻合料也會對聚羧酸減水劑與水泥的適應(yīng)性產(chǎn)生影響。結(jié)合聚羧酸減水劑在實(shí)際應(yīng)用中的 突出表現(xiàn)，可推斷該產(chǎn)品將在建筑行業(yè)中擁有廣闊市場前景。因此，對高效減水劑與水泥及礦物摻合料進(jìn)行深入研究探討，可以很大程度上提高混凝土在未來建筑行業(yè)的實(shí)用性，為我國經(jīng)濟(jì)及建筑行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步做出重要貢獻(xiàn)。