海外项目聚羧酸外加剂对混凝土性能的影响探索

海外项目聚羧酸外加剂对混凝土性能的影响探索

周刚,聂相国

山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛  266100

摘要：

    公司目前在海外多个项目建立了搅拌站，现场集中提供混凝土，对混凝土添加剂的研究尤为重要，混凝土砂石、水泥等原材料的性能受地域影响，很难改变，而外加剂对改善混凝土施工性能尤为明显，尤其是在混凝土泵送、高强混凝土施工设计上效果显著，可以使混凝土满足现场各项技术要求。

关键词：

    聚羧酸   比表面积 塌落度

1引言

影响混凝土技术性能的原因有很多，从原材料技术指标到混凝土整体配比用量都对和易性有影响，而究其主要原因是外加剂对混凝土的影响，尤其是在目前高强度混凝土施工中，外加剂更是对改善混凝土性能起到了至关重要的作用，外加剂性能好坏将直接影响混凝土的技术指标优劣，能否满足规范要求，所以，对外加剂的研究成了最关键环节。

2正文

从混凝土的搅拌方式、减水剂种类、环境温湿度、水泥矿物组分、水胶比大小及掺合料种类等，都会不同程度的影响混凝土技术性能。首先针对预拌混凝土坍落度损失常见原因进行简单分析探讨

一、水泥影响：

水泥的种类

我国多数的水泥厂家为了追求更高的效益生产中基本上只考虑细度，加入各种类型的水泥助磨剂以使水泥磨的更细，甚至用增加比表面积的办法来提高水泥的强度。水泥细度过细，水化速度快，需水量大，保水性好，但是坍落度损失会加快，而且水泥过细，混凝土收缩大，含气量下降，降低了混凝土的抗渗、抗冻耐久性。

水泥的材料质量

通常水泥与外加剂的适应性不好，是水泥在生产过程中是水泥矿物组分发生不同程度的变化，从而导致了水泥与外加剂适应性问题的产生。影响水泥适应性的主要是C3A，C3S，研究表明，C3A含量在5%～6%，C3S含量在50%～60%时混凝土坍落度损失较小。一般水泥吸附外加剂能力C3A＞C4AF＞C3S＞C2S，其水化速率与其关系近似成正比。C3A含量低的水泥其适应性良好，坍落度损失小；C3A含量高的水泥需要较多的CaSO4.2H2O作调凝剂。

二、掺合料的适应性

目前混凝土中常用的掺合料是粉煤灰和矿粉，一般认为矿粉对外加剂的影响不是很大，粉煤灰品质的好坏对混凝土坍落度损失也有一定影响。粉煤灰烧失量大，碳含量高，对外加剂吸附量大，造成水泥浆体中外加剂有效成分降低，混凝土中需掺入外加剂用量随之增大，否则将严重影响混凝土性能；预拌混凝土坍落度损失是一个复杂的研究课题，遇到预拌混凝土坍落度损失大的情况，应该认真分析，采取综合措施。通过调整混凝土外加剂配方，调整混凝土配合比，采取不同的掺加工艺或用部分掺合料代替水泥等措施，多与水泥厂家和外加剂厂家沟通，调整水泥与外加剂的适应性。

三、骨料含泥量

众所周知，骨料含泥量较高时，聚羧酸减水剂减水率会大幅降低，混凝土流动性急剧下降，坍落度损失随之增大。这是因为泥土具有较大的比表面积，在水泥基材料中，为了降低自身的表面能，会大量吸附水分子或者减水剂分子来降低其表面自由能，从而导致用于分散水泥颗粒的水分子和聚羧酸减水剂分子大量减少，导致外加剂对混凝土性能的作用效果显著下降。

四、外加剂的选择：

聚羧酸减水剂（Polycarboxylate Superplasticizer）是一种高性能减水剂，是水泥混凝土运用中的一种水泥分散剂。广泛应用于公路、桥梁、大坝、隧道、高层建筑等工程。该品绿色环保，不易燃，不易爆，可以安全使用火车和汽车运输。

　　根据其主链结构的不同可以将聚羧酸系高效减水剂产品分为两大类：一类以丙烯酸或甲基丙烯酸为主链,接枝不同侧链长度的聚醚。

　聚羧酸系减水剂的复配改性技术研究：

1. 聚羧酸系减水剂复配试验

1.1 与传统减水剂复配

聚羧酸系减水剂的分子结构由人工设计,多为“梳状”或“树枝状”,其分子主链上接有多个有一定长度和刚度的支链,在主链上也有能使水泥颗粒带电的磺酸盐或其它基团,一旦主链吸附在水泥颗粒表面后,支链与其它颗粒表面的支链形成立体交叉,阻碍了颗粒相互接近,从而达到分散(即减水)作用。传统减水剂(木质素磺酸盐、萘磺酸缩合物、磺化三聚氰胺等)的分子均为线状结构,一旦分子吸附在水泥颗粒表面,分子磺酸盐基团使水泥颗粒表面带电,形成电场,由于带电颗粒互斥,使颗粒在介质(水)中分散,从而达到减水作用。

1.2 与缓凝剂复配

由于萘系等高效减水剂坍落度损失大的原因,以往的减水剂往往采用复配缓凝剂的方法来解决这个问题。缓凝剂多种多样,与聚羧酸减水剂的适应性也不完全相同。其中,柠檬酸钠就不适合与聚羧酸系减水剂进行复配。它与聚羧酸系减水剂复配不仅起不到缓凝作用,反而有可能引起促凝,且柠檬酸钠溶液和聚羧酸系减水剂的互溶性也很差。

2 试验原材料准备:

水泥: 42.5级普通硅酸盐水泥；

粉煤灰:某电厂一级粉煤灰；

粗细骨料:中砂、鹅卵石粉碎后的级配碎石；

外加剂:某公司生产的聚羧酸系减水剂母料1(固体含量39.8%)、葡萄糖酸钠。

试验混凝土强度等级为C40,配合比。

2.1 与消泡剂、引气剂复配

在混凝土结构中,并非所有的气泡都是有益的,一般认为泡径小(10～100μm)、分布均匀、构造稳定的气泡是有益的气泡;反之,泡径大且尺寸不一、不均匀、不稳定的气泡就是有害气泡。因此工程上常利用消泡剂和引气剂来调节混凝土内部孔结构(即气泡)的数量和质量,从而达到改善混凝土某些性能的目的。采用“先消后引”技术对聚羧酸减水剂进行处理可取得明显的效果。但并不是每一种消泡剂、引气剂都适合与聚羧酸系减水剂复配,在使用时应多加注意。

3. 试验结果分析

3.1与葡萄糖酸钠复配

葡萄糖酸钠，磷酸钠，糖，糊精等等首选葡糖糖酸钠进行。

随着葡萄糖酸钠掺量的增大,混凝土的初始坍落度呈增长趋势,60min坍落度呈增长趋势,但经时损失均较小。在试验中还发现,如果葡萄糖酸钠过饱和,混凝土也容易出现泌浆和沉底现象，各组混凝土3d强度都达到30～40MPa,28d强度都达到50～60MPa。可见葡萄糖酸钠虽然能延缓水泥水化过程,但并不影响早期强度的增长。而且由于粉煤灰的火山灰活性以及聚羧酸系减水剂的使用,混凝土28d强度也较高。

3.2 与消泡剂复配

随着消泡剂掺量的增大,混凝土的初始坍落度呈先增大后减小的趋势,60min坍落度呈降低的趋势。混凝土的初始坍落度先增大,其主要原因是由于消泡剂降低了混凝土中泡径大、尺寸不一、不均匀、不稳定的有害气泡。随着消泡剂掺量的增大,有益气泡也被消除,混凝土的初始坍落度又开始减小。在试验中还发现,随着消泡剂掺量的增大,混凝土的和易性开始变差。

4. 结论

对聚羧酸系减水剂进行复配可以优化混凝土工艺性能,但各类用于复配的材料应进行预选,以选出最佳掺量。有的复配材料在聚羧酸系减水剂中用量很低,称量时应提高精度,发挥复配材料的最佳作用。