混凝土原材料与聚羧酸减水剂适应性探讨

竹鹏翔

（山西万荣技师学院，山西 万荣 044200）

与传统高效减水剂相比，聚羧酸减水剂主要有以下几个突出优点：（1）低掺量下即具有非常高的分散性能，减水率高，并且具有明显的增强效果；（2）混凝土流动性能保持优异；（3）收缩小，含碱量低，引气适中；（4）分子结构可设计性强；（5）对环境友好；（6）适应性较好。

虽然聚羧酸减水剂对水泥的适应性相比与其他减水剂要好，但实际工程应用中发现，聚羧酸减水剂与水泥仍然存在着适应性问题，不仅相同品种的聚羧酸系减水剂对于不同水泥表现出来的分散性和分散性保持能力都不同，应用于某种水泥流动性及其保持能力表现良好的聚羧酸系减水剂，对其他水泥使用时，可能会使其流动性快速损失；而且，同一种聚羧酸减水剂应用于不同水泥中时，其流动性和保持性能也有所差异。下面我们从以下几方面分析混凝土原材料对聚羧酸减水剂适应性的影响。

1 水泥的原因

水泥的不适应原因包括以下几个方面:

1.1 水泥的矿物组成的影响

水泥熟料的四大矿物成分中,影响吸附外加剂的顺序为C3A〉C3S〉C2S〉C4AF。

C3A是水泥熟料的四大矿物成分中水化最快的,且水化放热量最大而且吸附外加剂也是最快的,高的水化热使混凝土的坍落度损失加快。从而,使水泥与羧酸的适应性变差。

1.2 调凝石膏的影响

石膏在水泥中起调节凝结时间的作用,所以要严格控制水泥中C3A的含量,一般控制在不超过8%。石膏又分为二水石膏、半水石膏、硬石膏,按标准而差。三种石膏都可以作为水泥的调凝剂。但其中硬石膏的溶解性差,与羧酸复合的一些外加剂,如糖、木钙等与硬石膏同用,不但不能促进溶解,反而会降低石膏的溶解度。使水泥因缺少调凝成份而产生速凝成假凝等异常凝结。就半水石膏而言,也由于CaSO4+H2O→CaSO4·2H2O的结晶。水泥与水拌合后,反应十分迅速,而且消耗大量的水,从而也改变了水泥的凝结状况,出现异常现象,这是影响水泥与外加剂适应性差的一个原因。

还有一个原因就是石膏研磨细度不够,会影响石膏的溶解性,即使适用二水石膏也会产生速凝现象。此外,由于生产工艺的影响,水泥厂为了缩短熟料冷却时间,水泥二次粉磨的温度过高。使二水石膏在150℃高温下脱水成为半水石膏。温度在升至160℃时,半水石膏也会变成硬石膏。从而影响水泥的适应效果,使混凝土的流动性变差,甚至出现假凝。

1.3 水泥细度的影响

水泥生产企业为满足水泥高标准的强度要求,满足水泥细度是最有效的办法。但是水泥过细,同时带来的问题就是表面积增大,需水量增大,减少了新拌混凝土中的自由水,还使自由水中外加剂的浓度降低。混凝土塑性变差,混凝土坍落度损失更快,而且水泥过细水化速度快,水化热高,混凝土还容易出现裂缝。

1.4 混合材的影响

国家标准允许在水泥中掺入一定量的掺和料,常用的有水淬高炉矿渣、粉煤灰、沸石粉、火山灰、煤矸石、窑皮等,掺和料不同,也会影响聚羧酸的适应性,如掺煤矸石、窑皮,水泥和羧酸的适应性就很差。

1.5 含碱与适应性的影响

水泥中的碱来源于所有的原材料。一般都会认为,含碱越低,相容性越好,高含碱量会导致水泥的早期水化速度快。增大用水量并且加快工作度的损失,塑性效果变差。但是也有极个别特殊情况,有的水泥会因碱含量低而导致适应性变差。而必须在水泥中加些碱。﹝一般用Na2CO3{来调节它的工作状态。所以水泥中的碱必须合适。

1.6 水泥的存放时间和温度的适应性影响

笔者通过多次试砼认为,就鲜水泥在生产10天内对外加剂的吸附量较大,大部分15天后就正常了。再一个就是水泥的温度。笔者曾在青兰高速（陕西段）好几个标段的工程中,把新鲜的水泥（温度60-70℃）与放置10天后的水泥作比较,要使混凝土坍落度达到同等的要求,外加剂的掺量要是原来的2.5倍。这是因为新鲜水泥的温度相当高,早期水化快,水化放热量大,所以对外加剂吸附量也大,同等掺量时流动度变小,必然会产生混凝土的需水量大,坍落度损失快,凝结时间短等现象。

除水泥之外，其他混凝土原材料也与聚羧酸系高性能减水剂有着适应性问题，笔者发现实验过程中掺加PCE的水泥净浆流动度2小时内基本保持不变，而使用完全相同原材料的新拌混凝土的流变性在半小时内几乎完全丧失。使用完全相同材料的水泥浆体流动度结果有着巨大的反差，这充分说明了混凝土中其他原材料对聚羧酸减水剂的应用性能也有很大影响。

2 集料的原因

2.1 细集料的原因

我国用的细集料包括天然砂和机制砂。天然砂中又分为河砂、土砂、淡化海砂等。随着聚羧酸减水剂的广泛使用，细骨料与其适应性好坏已经影响到新拌混凝土和硬化后混凝土的性能，成为业内人士关注的焦点之一。已有文献显示，聚羧酸减水剂对混凝土中砂子含泥量相当敏感，既能影响混凝土的坍落度及坍落度损失，在砂子含泥量超过3%时还会对强度产生不利影响。此外,影响聚羧酸减水剂适应性的还有机制砂的石粉含量。石粉含量过大、也会对混凝土流动度产生不良效果,造成混凝土流不开。事实上，除了砂子含泥量和石粉含量之外，砂子的其他性能对聚羧酸减水剂的适应性也有不同的影响。如砂的细度模数,细度模数小,混凝土会比较干,也会流不开。当然砂率的大小同样也会影响混凝土的性能。另外,淡化海砂中氯离子含量、硫酸盐含量都会对减水剂适应性有影响。

2.2 粗集料的原因

石子的级配及针、片状含量对聚羧酸减水剂的影响也是很明显的。相同配合比的情况下，石子的针、片状含量增加，会使混凝土的流动度下降，扩展度变小，且容易出现泌水、离析等问题。此时除了对混凝土配合比进行大的调整，只改变减水剂的掺量或含气量很难达到满意的效果。因此，在实际工程中，应根据原材料的具体情况经反复试配才能找出最佳的解决方案。

3 结语

聚羧酸减水剂在工程中应用的时间不长，从目前积累的经验看，聚羧酸减水剂对胶凝材料、砂和石质量变化的敏感性较强，受影响因素较多，外加剂企业应和施工单位加强合作，及时发现问题，解决问题。同时不断的对产品进行优化，施工方在应用聚羧酸减水剂之前，应该对混凝土的各种材料进行认真的筛选，尽量选用质量稳定的原材料，经适配调整选择最佳配合比。