胡永杰（工程師）

聚羧酸減水劑在混凝土中的應(yīng)用越來越廣泛，但是由于目前國內(nèi)各地區(qū)原材料品種錯(cuò)綜復(fù)雜，在聚羧酸減水劑的實(shí)際應(yīng)用中存在坍落度損失、泌水等諸多問題。筆者在多年混凝土企業(yè)技術(shù)管理及外加劑復(fù)配應(yīng)用技術(shù)服務(wù)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，許多商品混凝土公司技術(shù)部門對聚羧酸減水劑的作用機(jī)理及特點(diǎn)不夠了解，以致不知道如何進(jìn)行進(jìn)廠檢測以及正確合理使用。聚羧酸減水劑是由含有羧基的不飽和單體共聚而成，使混凝土在減水、保坍、增強(qiáng)、收縮及環(huán)保方面具有良好性能的減水劑。聚羧酸減水劑屬于表面活性劑，表面活性劑分子由親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)二部分組成，加入水中后親水基團(tuán)指向溶液，憎水基團(tuán)指向空氣、固體或非極性液體并作定向排列，形成定向吸附膜而降低水的表面張力和二相間的界面張力。它的基本作用機(jī)理是，當(dāng)水泥漿體中加入減水劑后，減水劑分子中的憎水基團(tuán)定向吸附于水泥質(zhì)點(diǎn)表面，降低表面能。親水基團(tuán)指向水溶液，在水泥顆粒表面形成單分子或多分子吸附膜，使水泥顆粒表面帶上相同的電荷，表現(xiàn)出斥力，吸附在水泥顆粒表面的減水劑分子之間的空間位阻斥力使水泥顆粒分散，破壞了水泥絮凝結(jié)構(gòu)，釋放出大量游離水，增大了混凝土拌合物的流動(dòng)性。

 

聚羧酸減水劑對水泥堿含量較敏感，水泥與聚羧酸減水劑相容性從流變性的角度考慮，水泥存在一個(gè)最佳的可溶堿含量。過低或過高時(shí)，對減水劑與水泥的相容性都帶來不利影響。有些水泥廠家為了滿足低堿水泥的指標(biāo)要求，水泥中的可溶性堿含量達(dá)不到其最佳值，這樣不僅當(dāng)減水劑摻量不足時(shí)會使坍落度有較大損失，而當(dāng)摻量稍高于飽和點(diǎn)時(shí)，還會出現(xiàn)嚴(yán)重的離析與泌水；水泥中堿含量高，會使凝結(jié)時(shí)間縮短，早期強(qiáng)度提高。

 

水泥中石膏的存在形態(tài)、水灰比、溫度等因素的綜合作用影響其溶解度，C3A 和石膏反應(yīng)時(shí)生成的鈣礬石較少，不能有效控制 C3A 的水化速度，使凝結(jié)時(shí)間加快，混凝土坍落度損失變快。

 

減水劑與水泥適應(yīng)性取決于水泥可溶性堿、細(xì)度、C3A 含量和石膏類型，減水劑在水泥顆粒上的吸附率和水泥水化速率均受這些參數(shù)影響。

 

如遇到水泥凈漿流動(dòng)性好，但混凝土坍落度大情況，可能由于混凝土配合比變化，如水灰比、用水量變小，使可溶性 SO3 總量減少，導(dǎo)致混凝土坍落度損失快。另外，減水劑摻量過小，使其不能持續(xù)發(fā)揮作用，必然導(dǎo)致坍落度損失過快。

 

目前，許多商品混凝土公司技術(shù)部門對外加劑的進(jìn)廠檢測多采用固含量、密度、凈漿流動(dòng)度等技術(shù)指標(biāo)檢測，很少進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。

 

筆者經(jīng)過多年來在混凝土企業(yè)和外加劑公司的工作經(jīng)驗(yàn)，建議商品混凝土技術(shù)人員在使用外加劑時(shí)，首先根據(jù)攪拌站原材料和配合比情況，確定合理的外加劑技術(shù)指標(biāo)并制定適用的檢測指標(biāo)及方法。然后，從采購環(huán)節(jié)遴選外加劑供應(yīng)商，綜合考慮廠家生產(chǎn)規(guī)模、運(yùn)輸能力、質(zhì)量穩(wěn)定性、技術(shù)服務(wù)能力、價(jià)格等因素，但不能把價(jià)格作為篩選的唯一指標(biāo)。最后，在減水劑進(jìn)廠時(shí)要嚴(yán)格把關(guān)。有些攪拌站技術(shù)人員對聚羧酸減水劑的收樣檢測辦法比較迷惑。經(jīng)過大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者建議攪拌站技術(shù)人員把外加劑進(jìn)廠必測項(xiàng)目定為：密度、混凝土減水率或膠砂減水率，也可用常用配合比如 C30 的實(shí)際使用配合比驗(yàn)證。參考指標(biāo)項(xiàng)目定為：水泥凈漿流動(dòng)度和固含量、pH 值等。

 

以上僅為筆者在混凝土攪拌站和外加劑公司實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)心得之談，期望能與同行、專家共同學(xué)習(xí)進(jìn)步、取長補(bǔ)短。

 

龍宇（高級工程師)

加聚羧酸減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度很大，而混凝土擴(kuò)展度很??；或者出機(jī)坍落度很大，但損失很快。一般來說，水泥和減水劑的相容性不好，問題出在如下兩方面：

 

一是混凝土中減水劑的摻量不足，或者說低于飽和點(diǎn)摻量，導(dǎo)致減水劑沒能充分發(fā)揮出減水、保坍性能。在做水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)時(shí)，除了要檢測初始凈漿流動(dòng)度，還要檢測半小時(shí)或 1 小時(shí)的凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失。宜選擇凈漿流動(dòng)度基本上不再隨著減水劑摻量的增加而明顯增長，且經(jīng)時(shí)損失最小時(shí)所對應(yīng)的減水劑摻量為飽和點(diǎn)摻量，用以指導(dǎo)在混凝土中的摻量。

 

圖1 飽和點(diǎn)摻量確定示意圖

 

圖 1 為飽和點(diǎn)摻量確定示意圖。對于Ⅰ、Ⅱ和 Ⅳ 三種減水劑來說，單純就初始凈漿流動(dòng)度而言，飽和點(diǎn)摻量為 0.5%。但從 1 小時(shí)凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失來看，Ⅰ、Ⅱ減水劑飽和點(diǎn)摻量宜取 0.7%。而 Ⅳ 減水劑在 0.7% 摻量下的經(jīng)時(shí)損失仍然較大。如果用 Ⅳ 減水劑在摻量為 0.5% 時(shí)拌制混凝土，雖然水泥凈漿流動(dòng)度很大，混凝土出機(jī)坍落度可能很大，但損失一定會很快。

 

二是如果不存在上述第一個(gè)問題的情況下，混凝土工作性能不好，那說明問題出在其它原材料質(zhì)量指標(biāo)或配合比參數(shù)上。如骨料含泥量及泥塊含量或砂細(xì)度模數(shù)、礦物摻合料的需水性或與減水劑的相容性、膠凝材料用量、砂率、用水量等等。在這些指標(biāo)或參數(shù)里，對加聚羧酸減水劑的混凝土工作性能影響最大、最常見的指標(biāo)就是砂子的含泥量及泥塊含量。聚羧酸減水劑對泥非常敏感，砂含泥量不宜大于 2%，否則混凝土工作性能很難滿足要求。

 

表 1 為砂含泥量對混凝土坍落度或減水劑摻量的影響試配（來自筆者在國外的實(shí)際工程數(shù)據(jù)），砂含泥量從 1.5% 增加到 3.5%，混凝土出機(jī)坍落度從 195mm 降低到 100mm，已無擴(kuò)展度。而砂含泥量從 1.5% 降低到 1%，混凝土工作性能在基本保持不變的情況下，減水劑摻量可從 1.9% 降低到 1.4%，其影響之大可見一斑。目前國內(nèi)很多地方的潔凈優(yōu)質(zhì)天然砂資源基本枯竭，砂子的含泥量及泥塊含量普遍超標(biāo)，這是影響聚羧酸減水劑推廣應(yīng)用的最大障礙。

 

表 1 砂含泥量對混凝土坍落度或減水劑摻量的影響

 

減水劑的檢測指標(biāo)非常多，分為受檢混凝土性能指標(biāo)和勻質(zhì)性指標(biāo)兩大類。受檢混凝土性能指標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)條件下（原材料質(zhì)量和配合比參數(shù)都要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求），以受檢混凝土和基準(zhǔn)混凝土性能的比值或差值表示，是用來評定不同外加劑質(zhì)量的。勻質(zhì)性指標(biāo)是指外加劑本身的性能，是用來判定或控制產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的。

 

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)條件與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)條件差異巨大，因此從使用角度來說，個(gè)人認(rèn)為只需每批次檢測勻質(zhì)性指標(biāo)，沒必要按標(biāo)準(zhǔn)要求檢測受檢混凝土性能指標(biāo)，其指標(biāo)可參考出廠檢測報(bào)告或型式檢驗(yàn)報(bào)告，并按生產(chǎn)條件在混凝土實(shí)際配比試配時(shí)檢測或驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整外加劑摻量。

 

對于勻質(zhì)性指標(biāo)，最重要的是含固量和凈漿流動(dòng)度，并應(yīng)找到飽和點(diǎn)摻量。正如前面所言，在實(shí)際工程應(yīng)用中，凈漿流動(dòng)度大并不代表混凝土坍落度也大。但這至少說明，造成坍落度異常的主要原因不是水泥與外加劑的問題，應(yīng)及時(shí)從其它原材料質(zhì)量指標(biāo)以及配合比參數(shù)等方面排查。另外外加劑應(yīng)用時(shí)，其摻量不宜低于飽和點(diǎn)摻量，以充分發(fā)揮外加劑的減水及保坍效能，可以最大限度地減少膠凝材料的用量，降低混凝土成本。由于骨料含泥等吸附作用，其在混凝土中的實(shí)際摻量也不宜低于飽和點(diǎn)摻量。

 

高國成（技術(shù)經(jīng)理）

近期我攪拌站分公司承接本建筑總公司的一項(xiàng)水工混凝土工程，工程情況如下：混凝土強(qiáng)度等級為 C25W4F150 的水工混凝土，方量為 2000m3 、分段分次進(jìn)行混凝土的澆筑，采用攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸，運(yùn)距為 50km（路上基本情況較為暢通，但需要經(jīng)過集市），全部采用汽車泵泵送。

 

根據(jù)以上工程情況，需要長距離運(yùn)輸混凝土，途中還會遇到一些其他耽誤運(yùn)輸時(shí)間的情況，這就要求混凝土必須要經(jīng)過很長時(shí)間的運(yùn)輸，再加上工地上也可能會遇到一些意外的耽誤混凝土澆筑的時(shí)間，累加起來說明混凝土必須要求有很長的初凝時(shí)間或者是混凝土的坍落度損失不能過大，根據(jù)現(xiàn)有的攪拌站泵送劑（萘系）從坍落度損失來看是不能滿足要求的。再看該工程抗凍融循環(huán)為 150 次，這就要求在泵送劑的基礎(chǔ)上需要再引入一部分引氣劑來滿足工程的要求，另外還要求抗?jié)B等級為 W4。結(jié)合以上幾點(diǎn)情況，如果采用現(xiàn)有的泵送劑（萘系）需要做一系列的調(diào)整，甚至來說可能也會面臨不能滿足實(shí)際的需求和成本上的壓力，鑒于此，攪拌站決定采用第三代新型減水劑——聚羧酸高性能減水劑。

 

1 實(shí)驗(yàn)情況

 

實(shí)驗(yàn) 1：由于聚羧酸外加劑對砂石料的含泥量要求非常嚴(yán)格，我攪拌站嚴(yán)格控制骨料的總含泥量＜2%（本地良好的材料），其它材料也嚴(yán)格控制。首先攪拌站根據(jù)外加劑廠家的聚羧酸性價(jià)比的要求下，配制摻量為 1.8%～2%，減水率為 24% 以上的。我攪拌站技術(shù)人員首先做了外加劑與水泥的適應(yīng)性試驗(yàn)，凈漿流動(dòng)度為 240～260mm，1h 為 250～260mm。從基本試驗(yàn)來看基本滿足適應(yīng)性要求。但這只是一個(gè)基本的實(shí)驗(yàn)，只能反映外加劑與水泥的部分情況，不能反映混凝土拌合物的性能情況，還需要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行聚羧酸混凝土的試配。只有通過試配才能直觀地反響混凝土的和易性和混凝土后期的力學(xué)性能。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混凝土的初始和易性令人非常滿意，混凝土出機(jī)的狀態(tài)滿足要求，但經(jīng)過 5～30s 的人工拌合后發(fā)現(xiàn)混凝土突然就失去流動(dòng)性，混凝土表面慢慢發(fā)干，15min 后混凝土一片散渣。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)情況，重復(fù)實(shí)驗(yàn)一次，發(fā)現(xiàn)兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致：出機(jī)坍落度很好，但是短短的數(shù)秒時(shí)間內(nèi)坍落度損失較大，以至于 15min 左右混凝土基本從大流動(dòng)混凝土直接變化到干硬性混凝土了。使用該混凝土制作試塊發(fā)現(xiàn)經(jīng)過人工搗棒振搗，稀漿全部流走，致使試塊表面無法抹平。至此說明該混凝土與外加劑不適應(yīng)。

 

實(shí)驗(yàn) 2：經(jīng)與外加劑廠協(xié)調(diào)，由外加劑廠家技術(shù)人員帶了一部分葡萄糖酸鈉進(jìn)行調(diào)整實(shí)驗(yàn)，摻加 7% 左右的葡萄糖酸鈉實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)混凝土出機(jī)坍落度及 1 小時(shí)的坍落度基本沒有大的變化，滿足實(shí)驗(yàn)要求，但是混凝土?xí)猩倭棵跐{（漿體從骨料從流出），即保水性差一些。又經(jīng)過幾次實(shí)驗(yàn)，包括小料葡萄糖酸鈉會對這方面造成一定影響和對凝結(jié)時(shí)間也會造成一定影響，經(jīng)過幾次實(shí)驗(yàn)決定摻加 5% 左右的葡萄糖酸鈉，但是還是有少部分泌水。后期的混凝土試塊壓力實(shí)驗(yàn)也基本滿足要求。由于工程急需供應(yīng)混凝土，為此我攪拌站決定使用稍微有些泌漿的聚羧酸外加劑投入使用。

 

2 實(shí)際工程情況

 

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和對聚羧酸性能的掌握，應(yīng)對攪拌站操作全體人員進(jìn)行了技術(shù)交底。開始投入生產(chǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)混凝土運(yùn)送到工地坍落度一點(diǎn)也不損失，和易性非常好。過程中有兩輛車出現(xiàn)問題，混凝土足足等候 4 個(gè)小時(shí)，坍落度還是非常好。這種實(shí)際生產(chǎn)基本和實(shí)驗(yàn)一致，滿足了混凝土長距離運(yùn)送混凝土，在時(shí)間上滿足了施工的要求，但是發(fā)現(xiàn)澆筑到大壩底板的混凝土經(jīng)過振搗出現(xiàn)大量的泌漿現(xiàn)象，甚至汽車泵泵送到底板混凝土流動(dòng)的過程中就會出現(xiàn)泌漿，經(jīng)過估算混凝土澆筑 30min 后就會出現(xiàn)凝固。給后期的混凝土施工造成了一定麻煩。最后經(jīng)過后期的觀察，混凝土外觀基本滿足要求，強(qiáng)度回彈也基本滿足要求。

 

3 結(jié)論

 

通過以上實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)際的應(yīng)用我們不難發(fā)現(xiàn)聚羧酸外加劑的實(shí)驗(yàn)不能完全采用原來的一些實(shí)驗(yàn)方法來進(jìn)行，有的時(shí)候甚至根本就不能反映外加劑與水泥的關(guān)系。但是作為實(shí)驗(yàn)人員，筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)工作不僅要對一些原材料做一些基本的實(shí)驗(yàn)外，最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪腔炷帘旧?。無論檢查哪種材料，但是最終的膠合材料還是混凝土本身，這才是作為混凝土攪拌站實(shí)驗(yàn)的最終宗旨。保證生產(chǎn)就是保證混凝土本身的狀態(tài)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)聚羧酸確實(shí)有自己的一些特點(diǎn)，比如說攪拌的滯后性，材料的敏感性等應(yīng)該納入一些國家規(guī)范中，這樣才能更好地指導(dǎo)混凝土的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)工作。