摻萘系高效減水劑混凝土坍落度損失控制
2006-05-22 00:00
摘 要：水泥的細度與成份是影響水泥與萘系高效減水劑相適應的關鍵因素，選擇細度成份適宜的水泥并通過對比試驗選擇與水泥適應性良好的萘系高效減水劑、在施工中采用后摻法，是減少混凝土坍落度損失行之有效的方法。
關鍵詞：坍落度損失；控制方法；水泥細度；C3A 含量；堿含量；外加劑
1 概述
萘系高效減水劑是在我國使用最廣泛的高效減水劑，它具有減水率高、價格相對較低的優點，但摻萘系高效減水劑混凝土坍落度損失較大，一般1h 可損失大半，氣溫較高時損失更為顯著。同時，水泥與萘系高效減水劑適應性也影響混凝土的坍落度損失。1999 年開始執行的水泥標準與舊標準相比提高了水泥細度及早期強度要求，迫使水泥廠家采用提高水泥比表面積、增加C3 S、C3 A 含量等方法來提高早期強度，水泥細度的增加及成份的變化增加了水泥與萘系高效減水劑的不適應性，導致預拌混凝土在運輸過程中坍落度損失過快，而施工現場又采取直接加水的不當方式來增加混凝土坍落度，從而造成混凝土質量事故。選擇細度成份適宜的水泥、作好外加劑對比試驗、選擇與水泥適應性較好的外加劑及加強施工工藝控制是保證混凝土質量的前提條件。
2 影響坍落度損失常見因素
2. 1 水泥中影響坍落度損失的因素
2. 1. 1 水泥細度
研究表明，隨水泥比表面積的增加，水泥與相同高效減水劑的相容性變差，飽和點提高，為減小流動度損失需要摻加更多的高效減水劑[1 ] 。同時也有研究表明，在細度相同的情況下，在一般粉磨工藝下加工的高C3 S 含量水泥（普通硅酸鹽水泥熟料中含量通常為50 %～60 %，當超過60 %時就認為是高C3 S 水泥） 將會產生粉磨現象，使水泥中細顆粒比例提高[2 ] 。水泥細顆粒較多會引起水化速度加快，使早期消耗的水量增加，增加水泥的流動性經時損失，最終產生與減水劑的適應性問題。
2. 1. 2 C3A 含量
在水中，C3 S 顆粒Zeta 電位為負值，C3A 顆粒Zeta 電位為正值，中和C3A 顆粒表面正電荷需要較大數量的高效減水劑，故高效減水劑對C3A 含量少、C3 S 含量相對較高的水泥有較好的分散塑化效果。水泥四大成份水化速度由大到小排列為C3 A > C4AF > C3 S > C2 S，C3 A 含量高的水泥在初期水化產物量較多，隨著水化反應進行，混凝土中高效減水劑一部分與水化產物結合，失去分散能力，因而C3A 含量高的水泥消耗掉的外加劑也較多，當溶液中外加劑數量不足以補充反應消耗掉的外加劑數量，就會產生較大的坍落度損失。一般認為，C3 A 含量大于8 %，將給水泥與外加劑適應性帶來不利影響。
2. 1. 3 堿含量
堿含量（堿性硫酸鹽） 也影響水泥與萘系高效減水劑適應性，堿性硫酸鹽少的水泥由于對磺酸基的高效減水劑有強烈的吸附作用，當調整高效減水劑摻量時，有可能得到很大的初始坍落度，但有時坍落度損失很快，而且當稍微超過劑量時，還會出現嚴重的離析和泌水。延遲或二次添加（開始攪拌加入1/ 2，另一半在5min之后加入） 高效減水劑也不能調整這方面的缺點。可溶性堿最佳含量為0. 4 %～0. 6 %[3 ] 。
2. 2 外加劑因素
當前，各個廠家生產的萘系高效減水劑其配方多樣，質量參差不齊，對同一種水泥適應性也不盡相同，高效減水劑與水泥不相適應，常會使混凝土拌和物泌水、離析，加速坍落度損失。
2. 3 施工環境影響
通常，施工過程氣溫越高，水泥水化速度越快，混凝土坍落度損失也就越大。在較高的氣溫下施工，宜采用降溫措施或采用緩凝性高效減水劑降低水化速度以減少坍落度損失。
3 坍落度損失控制方法
（1） 水泥選擇：選擇細度及成份適宜的水泥，是水泥與外加劑相適應的基礎。可在水泥招標文件中對影響水泥與萘系高效減水劑適應性的關鍵因素作出規定，應避免走進只注重強度與價格的誤區。水泥選擇不當常導致水泥與外加劑適應性差，從而使混凝土內部與外觀質量出現問題。
（2） 外加劑選擇：通過對不同廠家生產的產品對比，選擇與水泥適應性良好的產品。主要對比項目為最佳摻量、混凝土和易性、坍落度損失及混凝土強度等。在外加劑對比試驗中，水泥凈漿性能可反映混凝土的部分性能，如最佳摻量，坍落度損失速度等，凈漿對比試驗可有效地減少混凝土對比試驗的工作量。
高效減水劑摻量增加時，水泥凈漿流動性也相應增加，摻量與流動度關系見圖1，當高效減水劑摻量較小時水泥凈漿流動度增加較明顯，在摻量較大時變化比較小，曲線變得比較平緩。在二者接合處高效減水劑摻量為“最佳摻量”。在相近的減水效果下，不宜選用摻量較大的產品，較大的摻量引入的有害物質（如堿含量） 的可能性也將增大，在確定最佳摻量的過程中凈漿的保水性也可反應出混凝土的保水性，凈漿泌水（外加劑與水泥不相適應），相應摻量的混凝土會有較嚴重的泌水離析現象。根據經驗，在凈漿不泌水的情況下，相同摻量混凝土也可能出現離析泌水現象，這可能跟集料的級配有一定關系。水泥凈漿流動度損失與混凝土坍落度損失有較好的擬合性[3 ]，見圖2，通過水泥凈漿流動度損失，可初步判定混凝土坍落度損失速度。
（3） 外加劑摻入方式：外加劑采用后摻法加入，能增加水泥顆粒表面Zeta 電位差，增強分散作用并能減少C3A 對高效減水劑的吸附，因而能減少混凝土坍落度損失。
4 工程實例
武漢至孝感高速公路第四合同段界河大橋梁為預制T 梁，設計強度C50 。混凝土由攪拌站集中攪拌，用混凝土攪拌車運至制梁場，再轉移到料斗內由龍門吊運至澆筑地點，每車混凝土從攪拌站運至制梁場到混凝土全部入模約需1h，考慮其它影響因素， 要求混凝土1. 5h后坍落度不得小于9cm （過小不便于振搗，混凝土也不容易從攪拌車內倒出） 。從節約成本考慮，初始坍落度不宜過大，考慮16～18cm。所用材料與對比試驗情況如下：
水泥：采用公開招投標方式采購，招標書中明確規定C3 A 含量不大于8 %，堿含量0. 4 %～0. 6 %。通過對比，武漢亞東水泥有限公司生產的P ·O42. 5 水泥中標，水泥部分性能見表1 。
細集料：采用孝感地區楊河河砂（中砂），含泥量小于3 %。粗集料：孝感地區周巷產5～25mm 連續級配碎石（石灰巖），含泥量小于1 %，壓碎值小于12 %，針片狀顆粒含量小于5 %。
外摻料：由于攪拌站無該材料自動計量裝置，為減少影響混凝土質量因素，未采用。
外加劑：對比山西、北京、湖北共5 家外加劑廠生產的UNF- 2A、UNF - 1 、J G- 2 、ADD - NS、FDN - 1 等5 種萘系高效減水劑，最后根據性價比原則選定北京某外加劑廠生產J G - 2 型外加劑，對比試驗情況如下：
（1） 凈漿試驗：根據不同摻量下凈漿流動度確定最佳摻量，然后測最佳摻量下凈漿流動度經時損失。水泥凈漿試驗水灰比為0. 29，試驗結果見表2 、表3 。
（2） 混凝土對比試驗：外加劑按最佳摻量加入，所用配合比為水泥∶砂∶碎石∶水∶外加劑= 459 ∶681 ∶1160 ∶170 。混凝土各項性能見表4 。
因摻UNF - 1 、ADD - NS 高效減水劑混凝土出現了較嚴重的泌水、離析現象（水泥與外加劑不相適應），故未作坍落度經時損失試驗，也不作為外加劑選擇對象。其中J G - 2 型高效減水劑坍落度損失與其它外加劑相對較小，早期及28d 強度較高，考慮其摻量及價格較為經濟，故選定J G- 2 型高效減水劑作為施工用減水劑。
J G- 2 高效減水劑也具有奈系高效減水劑坍落度損失大的特點，為減小坍落度損失，對外加劑采用后摻法作了對比試驗，試驗結果見表5 。
由表5 可知，后摻法改善了混凝土坍落度損失，滿足了施工要求，但經過較長時間后，混凝土坍落度損失仍較大，因而無法滿足超長時間保持坍落度的要求。當施工要求長時間保持坍落度，應選用氨基磺酸系、聚羧酸等新型高效減水劑。
5 結束語
合理選擇水泥，并在選定水泥基礎上作好萘系高效減水劑對比試驗，選定與水泥適應良好的高效減水劑，并在施工中采用后摻法，能有效地降低混凝土坍落度損失。
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