不同类型外加剂对混凝土敏感性的研究

魏元奋，顾雪

（1. 上海申昆混凝土集团景祥混凝土有限公司，上海 200245； 2. 上海嘉华青松混凝土有限公司，上海 200245）

0 前言

近年来，聚羧酸减水剂由于原料供应方便、生产工艺简单和产品稳定等特点，受到生产者和使用者的欢迎。然而，由于我国地域辽阔，季节变化明显，混凝土原材料差异大以及掺合料日益复杂等多方面的因素，聚羧酸减水剂在混凝土中的应用也日益复杂[1-2]。聚羧酸减水剂在应用过程中对砂石材料、外加剂掺量、用水量和环境温度的敏感性显得尤为突出，主要表现在聚羧酸减水剂作用于混凝土时，常会出现与水泥、矿物掺合料适应性不好、混凝土工作性能不稳定、易离析或坍落度较大损失等敏感性问题，导致无法满足施工现场要求，这些都极大地制约了聚羧酸减水剂的推广与使用[3-4]。

结合聚羧酸减水剂与二代减水剂（脂肪族、萘系和氨基减水剂）在混凝土中的实际工程应用情况，本文对不同类型外加剂的敏感性做了对应的比较和研究，通过外加剂掺量、环境温度、混凝土用水量以及原材料变化作为敏感性测试评价指标[5]，得出了不同类型的外加剂在不同条件下的敏感性程度，有利于使用者进一步掌握不同减水剂在施工应用中的特点和差异性。

1 试验部分

1.1 试验原材料

测试原材料Ⅰ：脂肪族减水剂（SAF，五龙新材料），萘系减水剂（SNF，五龙新材料），氨基减水剂（ASP，秦燕化工），醚类聚羧酸减水剂（减水型：PC-1，上海华联），醚类聚羧酸减水剂（综合型：PC-2，上海华联），酯类聚羧酸减水剂（PC-3，上海华联）。

测试原材料Ⅱ：水泥：金峰 P·O42.5（C1），盘固 P·O42.5（C2），金山南方 P·O42.5（C3）。天然砂（S1）：细度模数 2.5，含泥量≤1%；机制砂（S2）：细度模数 2.7，含泥量 7%；机制砂（S3）：细度模数 2.9，含泥量 9%。粗骨料（G）：5～25mm 连续级配碎石。矿粉：S95（SL）。粉煤灰：苏州娄城（Ⅱ 级 F 类）。

1.2 试验方法

1.2.1 混凝土试验

混凝土试验参照 GB/T 50080—2011《普通混凝土拌合物性能试验方法》进行，混凝土试验的配合比见表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

1.2.2 敏感性评价

测试脂肪族减水剂（ S A F ） 、 萘系减水剂（SNF）、氨基减水剂（ASP）、醚类聚羧酸减水剂（减水型：PC-1，综合型：PC-2）和酯类聚羧酸减水剂（PC-3）对外加剂掺量、混凝土用水量、环境温度和原材料各种因素的敏感性。敏感性评价指标见表2。

表2 敏感性评价指标

2 结果与讨论

2.1 外加剂掺量对混凝土敏感性的影响

保持混凝土配合比不变，通过调整 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等外加剂掺量，考察外加剂掺量对混凝土敏感性的影响。

试验方法：以混凝土扩展度在 (400±1)mm 为掺量起点，调整外加剂含量至起点掺量接近，然后进行掺量递增，当混凝土扩展度在 (600±10)mm 时，确定该掺量为外加剂的终点掺量。外加剂掺量 k 值= (终点掺量 -起点掺量)/起点掺量。掺量 k 值越大，表示掺量敏感性越小，越不敏感。水泥选用南方水泥，砂子选用河砂，试验结果见表3 和图1。

表3 外加剂掺对混凝土扩展度的影响

图1 外加剂掺量对混凝土敏感性的影响

从表3 和图1 可以看出，虽然外加剂起点掺量接近，但是不同类型外加剂的终点掺量差别较大，其中 ASP 掺量终点为 1.6%，终点掺量最低，其中 SNF 的终点掺量最高，为 1.9%，终点掺量最高。不同类型外加剂掺量 k 值由大到小依次为 SNF＞SAF＝PC-3＞PC-2＞ASP=PC-1。由此可得，不同类型类型外加剂中：萘系减水剂 SNF 对掺量敏感性最低，脂肪族减水剂 SAF 和酯类聚羧酸减水剂 PC-3 对掺量敏感性次之，氨基减水剂 ASP 和醚类聚羧酸减水剂 PC-1 对掺量敏感性最高。在聚羧酸减水剂中，PC-1 的掺量敏感性最高，PC-3 的掺量敏感性最低，综合型 PC- 2 的掺量敏感性居中。

2.2 环境温度对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响

保持混凝土配合比及外加剂配方不变，通过调整环境温度差异，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加剂对新拌混凝土敏感性的影响。

试验方法：当混凝土扩展度在 (530±10)mm 时的掺量作为外加剂基准掺量。保持混凝土配合比及外加剂掺量不变，调整环境温度，分别为 5℃、10℃、20℃、30℃、40℃（试验前，原材料分别在对应温度存放 12h），在不同环境温度下对比试验，考察不同外加剂在不同环境温度下对混凝土敏感性的影响。扩展度差 = 高温扩展度 - 低温扩展度，扩展度差值越小，表示环境温度敏感性越小，越不敏感。水泥选用南方水泥，砂子选用河砂，试验结果见表4 和图2。

表4 环境温度对混凝土扩展度的影响

图2 不同环境温度对混凝土敏感性的影响

从表4 和图2 可以看出，每一类外加剂在不同环境温度下的表象有一定的差异性，其中 PC-1 和 SNF 作用的混凝土随着温度变化，其扩展度变化最小，说明其对环境温度的敏感性最低；醚类聚羧酸 PC-2 作用的混凝土随着温度变化，其扩展度变化最大，说明 PC-2 对温度的敏感性最高；可能因 PC-2 属于综合型减水，羧基密度较低，在较低温度下，对水泥颗粒的吸附和锚固作用较低，随着温度的升高，其锚固和吸附作用明显加强，导致其在不同温度下初始扩展度差异较大。综合比较：PC-2＞PC-3＞ASP＞SAF＞SNF＝PC-1。

2.3 单方用水量对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响

保持混凝土配合比及外加剂配方不变，通过调整混凝土单方用水量，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加剂对新拌混凝土敏感性的影响。

试验方法：当混凝土扩展度在 (500±10)mm 时的掺量作为外加剂基准掺量。保持混凝土配合比及外加剂掺量不变，调整混凝土单方用水量，基准用水量 175kg，分别加减 5kg 用水量和加减 10kg 用水量，考察单方用水量对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响。扩展度差值 = 高用水量扩展度 - 低用水量扩展度，扩展度差值越小，表示用水量敏感性越小，越不敏感。水泥选用南方水泥，砂子选用河砂，试验结果见表5 和图3。

表5 用水量对混凝土坍落度的影响

图3 单方用水量对混凝土敏感性的影响

从表5 和图3 可以看出，单方用水量对用不同外加剂新拌混凝土的敏感性具有一定的差异性。其中醚类聚羧酸减水剂 PC-1 作用的混凝土，对于不同用水量，其扩展度变化最大，差值达到 170mm 以上，说明醚类聚羧酸减水剂 PC-1 对混凝土用水量敏感性最大。而萘系减水剂 SNF 和酯类聚羧酸减水剂 PC-3 作用的混凝土扩展度差值相对较小，说明在 6 种不同型号的外加剂，SNF 和 PC-3 对混凝土用水量敏感性最低。脂肪族减水剂 SAF 和醚类聚羧酸减水剂 PC-2 对混凝土用水量敏感性居中。

2.4 混凝土原材料对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响

保持混凝土配合比及外加剂配方不变，通过更换水泥品种和机制砂，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加剂对新拌混凝土敏感性的影响。

试验方法（1）：混凝土扩展度在 (530±10)mm 时的掺量作为外加剂的固定掺量。保持混凝土配合比及外加剂掺量不变，更换水泥品种，考察混凝土原材料对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响。扩展度差值 = 适应性好的水泥扩展度 - 适应性低的水泥扩展度，扩展度差值越小，表示外加剂对该水泥的敏感性越小，越不敏感。砂子选用河砂，试验结果见表6 和图4。

表6 水泥种类对混凝土扩展度的影响

图4 不同水泥混凝土敏感性的影响

从表6 和图4 可以看出，更换水泥品种对用不同外加剂新拌混凝土的敏感性具有一定的影响。从更换水泥后扩展度差值可以看出，SNF 的扩展度差值最小，说明其对水泥敏感性最小，PC-1 的扩展度差值最大，说明其对水泥的敏感性最大。

PC-3、PC-2、PC-1 比 ASF、SNF、ASP 的扩展度差值更大，说明聚羧酸减水剂敏感性比二代减水剂要大。在聚羧酸减水剂中，PC-3 扩展度差值最小，其对水泥的敏感性最小。

试验方法（2）：混凝土扩展度在 (530±10)mm 时的掺量作为外加剂的固定掺量。保持混凝土配合比及外加剂掺量不变，更换砂的品种，考察混凝土原材料中砂对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响。扩展度差值=河砂的混凝土扩展度 - 机制砂的混凝土扩展度，扩展度差值越小，表示该砂对混凝土的敏感性越小，越不敏感。选用南方水泥，试验结果见表7 和图5。

表7 砂种类对混凝土扩展度的影响

图5 不同砂对混凝土敏感性的影响

从表7 和图5 可以看出，更换砂的品种对不同外加剂新拌混凝土的敏感性具有很大的影响，随着机制砂含泥量增加，其混凝土减水率、扩展度都大幅降低。图5 中扩展度差值最大的为 PC-1，说明醚类聚羧酸减水剂 PC-1 对机制砂的适应性最差，敏感性最大。萘系减水剂 SNF 的扩展度差值最小，说明其对含泥量高的机制砂适应性最好。比较 PC-3、PC-2、PC-1 比 ASF、SNF、ASP 的扩展度差值也可以看出，对于含泥量高的机制砂中，聚羧酸减水剂比二代减水剂的敏感性要大很多。因此，在使用聚羧酸减水剂时，应相对固定砂石材料的种类、含泥量等，避免其带来的敏感性和生产不稳定性。

3 结论

通过外加剂掺量、环境温度、混凝土单方用水量以及原材料等指标对混凝土原敏感性测试评价得到：

（1）不同类型外加剂的终点掺量差别较大，敏感性从小到大依次为 SNF＜SAF＝PC-3＜PC-2＜ASP=PC-1，萘系减水剂 SNF 对掺量敏感性最低，氨基减水剂 ASP 和醚类聚羧酸减水剂 PC-1 对掺量敏感性最高。

（2）环境温度对混凝土敏感性相对较小，但也有一定的差异性。其中 PC-1 和 SNF 对环境温度的敏感性最低；醚类聚羧酸 PC-2 对环境温度的敏感性最高。

（3）混凝土单方用水量对混凝土敏感性有一定的差异性：醚类聚羧酸减水剂 PC-1 对混凝土用水量敏感性最大，而萘系减水剂 SNF 和酯类聚羧酸减水剂 PC-3 对混凝土用水量的敏感性最小。

（4）不同原材料对混凝土敏感性影响较大：特别是含泥量较大的机制砂，对使用聚羧酸减水剂的混凝土敏感性特别大。所以，在使用聚羧酸减水剂时，应相对固定砂石材料的种类、含泥量等，避免其带来的敏感性和生产不稳定性。而聚羧酸减水剂中属酯类减水剂的对机制砂的敏感性最低。不同种类水泥对混凝土敏感性相对较小。