不同减水剂对混凝土性能影响的试验研究

周灏川

（济南市人防建筑设计研究院有限责任公司，山东 济南 250000）

0 引言

改革开放以来，我国经济飞速发展，道路、桥梁和民用建筑等工程不断增多，水泥混凝土是这些工程广泛应用的人造石材之一[1]。当前，混凝土正朝着高性能方向发展，外加剂包括减水剂已经成为其不可或缺的重要成分[2]。减水剂的加入可以在不影响混凝土和易性的基础上，减少混凝土拌和用水量，并保持坍落度基本不损失，达到泵送等施工要求[3]。减水剂的掺加不仅可以改善混凝土的坍落度、含气量、泌水率、凝结时间等工作性能，还可适当增加其抗压强度。葛新文等研究发现，减水剂对混凝土拌合物坍落度具有明显增大作用。鉴于建设工程对高性能混凝土有着广泛需求，本文就不同种类及掺量的减水剂对混凝土性能的影响进行研究，以供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

（1）水泥：P·O42.5级水泥，其化学组成如表1所示。

（2）集料：粗集料为5～25mm粒径的碎石，细集料选用中砂，其技术指标分别如表2、表3所示。

表2 碎石技术指标

表3 中砂技术指标

（3）拌合水：自来水。

（4）减水剂：选用萘系、脂肪族及聚羧酸类三种减水剂，其物理指标如表4所示。

表4 三种减水剂的物理指标

1.2 试验方法

（1）混凝土配合比。本文为探究不同类型及掺量的减水剂对混凝土性能的影响，确保水灰比、砂率等其它因素不会对混凝土性能产生影响，针对减水剂对混凝土性能影响进行混凝土配合比设计，其配合比如表5所示（其中N、Z、J 分别为萘系、脂肪族及聚羧酸类三种减水剂缩写）。

表5 混凝土配合比

（2）测量内容。依照表5各组混凝土配合比配置混凝土，参照相关规范，分别测定拌合完成后的坍落度、泌水率、凝结时间等工作性能以及养护成型后不同龄期的各组混凝土的抗压强度。

本试验用到的试验仪器如表6所示。

表6 试验仪器

2 试验结果与分析

2.1 混凝土的工作性能

利用上述仪器测得的各组混凝土的工作性试验结果如表7所示。

表7 各组混凝土工作性试验结果

（1）坍落度。依据表7绘制坍落度柱状图，见图1。

图1 各组混凝土坍落度

由图1 可知，各组混凝土的坍落度范围处于165±10mm，满足泵送的要求。相较于对照组，添加减水剂的各组混凝土的坍落度总体呈现增大趋势，聚羧酸类减水剂对混凝土坍落度的提升效果最高，萘系和脂肪族减水剂对坍落度的提升效果相当，较聚羧酸类减水剂对混凝土坍落度的提升效果不显著；同种类型减水剂，在一定的掺量范围内，随着减水剂掺量的逐渐增加，混凝土坍落度均呈现逐渐上升趋势。

（2）泌水率。依据表7绘制泌水率柱状图，见图2。

图2 各组混凝土泌水率

由图2 可知，各组混凝土的泌水率范围为0.2%～2.0%，较高的泌水率对于混凝土而言是不利的，泌水率越高，新拌混合料表面的含水量较高，进而产生大量的浮浆，最终发生混凝土上下结构强度不均的现象。相较于对照组，添加聚羧酸类减水剂的混凝土泌水率呈现降低趋势，聚羧酸类减水剂的掺加改善了混合料的泌水性，而添加萘系和脂肪族减水剂的各组混凝土的泌水率总体呈现增大趋势，相同掺量范围内，较萘系减水剂，添加脂肪族减水剂的混凝土泌水率更高；在一定的掺量范围内，随着减水剂掺量的逐渐增加，混凝土泌水率均呈现先上升后下降趋势。

（3）凝结时间。依据表7 绘制凝结时间柱状图，见图3。

由图3 可知，各组混凝土的初凝时间范围为300～600min，各组混凝土的终凝时间范围为500～1000min，凝结时间关系到混凝土的搅拌、运输、养护、拆模等工程建设情况，对于工程建设而言，混凝土的初凝时间应尽量较长，有利于混凝土的搅拌及运输，混凝土的终凝时间应尽量较短，有利于混凝土养护成型后的拆模，利于工程建设下道工序的开展，从而加快施工进度。

图3 各组混凝土凝结时间

相较于对照组，添加减水剂的各组混凝土的初凝时间均呈现增大趋势；聚羧酸类减水剂和萘系减水剂对混凝土初凝时间延长效果较高且相当，脂肪族减水剂对混凝土初凝时间的延长效果较低。

相较于对照组，减水剂的掺入使得各组混凝土的终凝时间均具有延长趋势；萘系减水剂的掺入对混凝土终凝时间的延长作用最佳，聚羧酸类和脂肪族减水剂的掺入对混凝土终凝时间的延长作用相当，少于萘系减水剂对混凝土终凝时间的延长时间；同类型减水剂中，在一定的掺量范围内，混凝土终凝时间伴随三种减水剂掺量的逐渐增加呈现先上升后下降的趋势。

2.2 混凝土不同龄期的抗压强度

利用上述仪器测得的各组混凝土不同龄期抗压强度试验结果如表8所示

依据表8绘制各组混凝土不同龄期抗压强度的柱状图，见图4。

表8 各组混凝土不同龄期抗压强度试验结果

由图4可以看出：

图4 各组混凝土不同龄期抗压强度

（1）整体而言，在28d龄期内，三种减水剂的掺入对3d 和7d 龄期的各组混凝土抗压强度的提升效果较明显，对28d龄期混凝土抗压强度的提升效果不明显，甚至掺加脂肪族减水剂的混凝土的抗压强度较对照组抗压强度低；掺加三种减水剂的混凝土前期抗压强度的提升速率较快，而后期对于混凝土抗压强度的提升作用不明显。

（2）对不同种减水剂而言，不同龄期内对混凝土抗压强度的提升效果大体排序为：萘系＞聚羧酸类＞脂肪族；相同龄期内，随着三种减水剂含量的增加，混凝土抗压强度呈现先增大后减小的趋势。

3 结束语

（1）对掺减水剂混凝土的工作性能进行分析，聚羧酸类减水剂效果最佳，在混凝土坍落度方面改善作用较大，也只有聚羧酸类减水剂改善了混凝土的泌水性，从而降低了混凝土的泌水量，避免出现混凝土上下强度不均的现象。

（2）对掺减水剂混凝土的抗压强度进行分析，萘系和聚羧酸类减水剂起到了增强混凝土抗压强度的功效，不同龄期内对混凝土抗压强度的提升效果大体排序为：萘系＞聚羧酸类＞脂肪族。

（3）基于以上研究成果，推荐工程中应用聚羧酸类减水剂，避免使用脂肪族减水剂。掺加减水剂的同时，混凝土各项工作性能及抗压强度均会发生变化，减水剂掺入量并非越大越好，应结合实际工程控制不同的减水剂掺入量。