中国核工业华兴建设有限公司 江苏省南京市 210019
[摘要]本文结合实际混凝土生产原材料选择，讨论了混凝土外加剂与水泥适应性试验的过程与质量控制，进行试验并对试验结果进行了总结分析。
[关键字] 外加剂；混凝土；适应性试验
1.前言
混凝土外加剂与水泥是混凝土的主要原材料，水泥是混凝土胶凝材料的主要组分，使用外加剂则对改善混凝土工作性能和提高混凝土强度作用明显。二者的适应性对混凝土性能的影响很大，主要表现在对混凝土流动性、混凝土和易性、混凝土坍落度及经时损失、混凝土凝结时间、外加剂减水效果及混凝土强度等多方面的影响。根据以往工程混凝土生产经验，同一种水泥配合使用不同厂家的外加剂生产的混凝土，混凝土性能有可能区别很大，甚至同一种水泥与同一厂家外加剂在不同季节、不同使用环境下适应性都会产生变化。水泥与外加剂的适应性是一个十分复杂的问题，至少受到下列因素的影响。a)水泥:矿物组成、细度、游离氧化钙含量、石膏加入量及形态、水泥熟料碱含量、碱的硫酸饱和度、混合材种类及掺量、水泥助磨剂等。b)外加剂的种类和掺量。如:萘系减水剂的分子结构，包括磺化度、平均分子量、分子量分布、聚合性能、平衡离子的种类等。c)混凝土配合比，尤其是水胶比矿物外加剂的品种和掺量。d)混凝土搅拌时的加料程序、搅拌时的温度、搅拌机的类型等[1]。
所以，混凝土外加剂与水泥的适应性试验在原材料选择时十分必要。某核电机组工程2019年进入筹备阶段，按照混凝土原材料技术要求对核岛土建用混凝土原材料进行选择，设置了混凝土外加剂与水泥适应性试验。
2.试验方案
本次外加剂与水泥适应性试验使用外加剂适应水泥的方式，采用室内搅拌混凝土的方法，各外加剂厂家使用同一混凝土配合比拌制混凝土，通过对拌制混凝土性能试验，判断外加剂适应性。
考虑到水泥生产工艺和材料成本，且外加剂可以使用母液和配料现场调配，较为方便快捷，为加快试验进度，普遍以混凝土外加剂适应水泥的方式设置适应性试验。
外加剂与水泥的适应性试验可以通过搅拌混凝土的方法进行，也可以通过搅拌水泥净浆的方法进行试验。由于某核电机组工程现场混凝土生产所用骨料为现场砂石厂生产的碎石和机制砂，骨料中含石粉量较高，石粉含量检测值普遍达到5%，这对混凝土的性能也会产生一定的影响。为了使本次外加剂与水泥适应性试验更符合实际生产需要，决定采用搅拌混凝土的方法来进行本次试验。
2.1适应性试验水泥和外加剂性能指标要求
适应性试验水泥和外加剂性能指标要求见表1、表2。
表1 适应性试验水泥性能指标要求
性能名称 | 品种 | 强度等级 | 铝酸三钙含量（%） | 硅酸盐三钙含量（%） | 游离氧化钙 （%） | 掺活性混合材料（%） | 烧失量 （%） | |
技术要求 | 普通硅酸盐水泥 | 42.5 | ≤7 | ≤57 | ≤1 | 5~20 | ≤5 | |
性能名称 | 三氧化硫含量（%） | 氧化镁含量（%） | 氯离子含量（%） | 碱含量 （%） | 比表面积（m2/kg） | 凝结时间 | 安定性 | |
技术要求 | ≤3.5 | ≤5 | ≤0.05 | ≤0.6 | 250~500 | 初凝≥45min 终凝≤10h | 合格 | |
性能名称 | 抗压强度（MPa） | 抗折强度（MPa） | 28d干缩率（%） | 水化热（kJ/kg） | ||||
技术要求 | 3d≥17.0 | 28d≥49.0 | 3d≥3.5 | 28d≥6.5 | ≤0.1 | 3d≤251 | 7d≤293 | |
表2 适应性试验外加剂性能指标要求
性能名称 | 品种 | 减水率（%） | 泌水率比（%） | 含气量（%） | 抗压强度比（%） | |||
技术要求 | 高性能减水剂标准型 | ≥35 | ≤60 | ≤3.0 | 1d≥170 | 3d≥160 | 7d≥150 | 28d≥140 |
进行适应性试验的水泥和外加剂应能够满足设置的性能指标要求。
2.2适应性试验混凝土拌合物性能指标要求
本次外加剂与水泥适应性试验外加剂拌制混凝土拌合物性能指标要求见表3。
表3 适应性试验混凝土拌合物性能指标要求
试验项目 | 技术要求 | 其他要求 | |
减水率（%） | ≥35 | / | |
出机坍落度（mm） | 160±30 | 应接近上限值 | |
30分钟坍落度损失（mm） | ≤10 | 不得反增长，富浆、包浆、好泵送 | |
60分钟坍落度损失（mm） | ≤20 | 不得反增长，富浆、包浆、好泵送 | |
90分钟保持坍落度（mm） | ≥160 | 富浆、包浆、好泵送 | |
凝结时间差（min） | 初凝 | 迟于基准混凝土 ＞+120 | 混凝土初凝不早于8小时 |
终凝 | 迟于基准混凝土 ＞+120 | 终凝不迟于12小时 | |
2.3适应性试验混凝土配合比
2.3.1基准混凝土配合比
基准混凝土配合比见表4。
表4 基准混凝土配合比
原材料及规格 | 水 自来水 | 水泥 P.O42.5 | 粉煤灰 F类Ⅰ级 | 细骨料 机制砂 中砂 | 粗骨料 碎石 （5-16)mm | 粗骨料 碎石 (16-31.5)mm |
适应性试验混凝土配合比kg/m³ | 250 | 330 | 60 | 730 | 570 | 570 |
基准混凝土配合比是综合考虑了施工现场混凝土原材料性质和混凝土品质要求设计而成的外加剂试验基准混凝土配合比，在原材料用量及品种规格上并不完全符合GB8076-2008《混凝土外加剂》的标准要求。经试拌，此基准混凝土配合比出机坍落度为190mm。
2.3.2适应性试验混凝土配合比
本次外加剂与水泥适应性试验采用两个配合比，先通过适应性试验混凝土配合比调整外加剂对水泥的适应性，再使用确定好的适应性试验配合比外加剂配方，仅调整外加剂掺量的情况下，试拌一个选定的高强度混凝土配合比进行验证。
适应性试验混凝土配合比及高强度混凝土配合比见表5。
表5 适应性试验混凝土配合比及高强度混凝土配合比
原材料及规格 | 水 自来水 | 水泥 P.O42.5 | 粉煤灰 F类Ⅰ级 | 外加剂 JM-PCA(I) | 细骨料 机制砂 中砂 | 粗骨料 碎石 （5-16)mm | 粗骨料 碎石 (16-31.5)mm |
适应性试验混凝土配合比kg/m³ | 162 | 330 | 60 | 3.900 | 730 | 570 | 570 |
高强度混凝土配合比kg/m³ | 155 | 460 | 114 | 6.888 | 645 | 505 | 505 |
其中，适应性试验配合比用水量162kg/m³，是由基准配合比用水量250kg/m³在外加剂减水率为35.2%的情况下减水而得到的配合比用水量，要求此配合比外加剂掺量应为总胶材用量的1%，高强度配合比外加剂掺量应为总胶材用量的1.2%。
3.试验过程及结果
本次外加剂与水泥适应性试验共进行了6个外加剂与选定品牌水泥的适应性试验。6个外加剂厂家分别在同一期限内调整外加剂配方以适应水泥，拌和出符合性能指标要求的混凝土。在经过6个外加剂厂家的调配后，各厂家确认出一份外加剂样品拌制混凝土，最终得出试验结果见表6、表7。
表6 适应性试验结果
外加剂厂家 | 用水量 （kg/m3） | 出机坍落度（mm） | 30min坍落度（mm） | 60min坍落度（mm） | 90min坍落度（mm） | 含气量 （%） | 混凝土拌合物状态 |
A | 160 | 180 | 205 | 165 | / | 2.3 | 混凝土出机流动性好，包裹性很差，骨料外漏，经时坍落度反增长 |
B | 160 | 180 | 190 | 195 | / | 1.9 | 混凝土出机包裹性好，流动性较差，经时坍落度反增长 |
C | 160 | 190 | 200 | / | / | 2.4 | 混凝土出机流动性尚可，包裹性尚可，经时坍落度反增长 |
D | 160 | 200 | / | / | / | 1.8 | 混凝土出机流动性尚可，包裹性很差，石子外漏，坍落度带帽子 |
E | 160 | 180 | 180 | 100 | / | 2.5 | 混凝土出机流动性尚可，包裹性尚可，经时坍落度损失大 |
F | 160 | 185 | 185 | 180 | 175 | 2.2 | 混凝土出机流动性好，包裹性好 |
表7 高强度配合比验证结果
外加剂厂家 | 用水量 （kg/m3） | 出机坍落度（mm） | 30min坍落度（mm） | 30min坍落度（mm） | 30min坍落度（mm） | 含气量 （%） | 拌合物状态 |
A | 155 | 185 | 215 | / | / | 2.6 | 混凝土出机流动性好，但很黏，很板，成块状，经时坍落度反增长 |
B | 155 | 160 | 235 | / | / | 1.8 | 混凝土出机包裹性好，流动性较差，经时坍落度反增长 |
C | 155 | 200 | 85 | / | / | 2.5 | 混凝土出机流动性好，包裹性好，比较粘，经时坍落度损失大 |
D | 155 | 225 | / | / | / | 2.0 | 混凝土出机很黏，很板，流动性较好，坍落度过大 |
E | 155 | 220 | 235 | 240 | / | 2.2 | 混凝土出机流动性尚可，包裹性尚可，太黏，经时坍落度反增长 |
F | 155 | 185 | 180 | 180 | 170 | 2.3 | 混凝土出机流动性好，包裹性好 |
由表可见，F厂家外加剂拌制混凝土拌合物最符合适应性试验混凝土拌合物性能指标要求，其他厂家外加剂拌制混凝土拌合物在出机状态、坍落度经时损失方面不符合要求。在与外加剂厂家交流了解到，其原因可能是目前所使用的聚羧酸系高性能减水剂，虽然可以在试验过程中进行调整配方，但也仅限于微调，外加剂的母液是固定的，由于外加剂与水泥适应性问题十分复杂，所以有时仅通过外加剂组分的微调并不能完全与水泥适应，需要通过大量试验对外加剂整体配方进行有针对性的调整，这在短时间内难以实现。
4.总结
（1）本次外加剂与水泥适应性试验，F外加剂最符合适应性试验设置的性能指标要求；
（2）在实际工程中，外加剂与水泥的适应性试验十分必要，并且要充分考虑时间、成本和工程需要设置适应性试验；
（3）外加剂与水泥的适应性问题是混凝土生产的长期问题，要周期性的验证其适应性，并根据试验结果及时做出调整，以保证混凝土质量。
参考文献：
1 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB8076-2008 混凝土外加剂[S].北京：中国标准出版社，2018.
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