論改善混凝土外摻劑與水泥適應性的措施

  商品混凝土，特別是大流動性混凝土及低水膠比的高強高性能混凝土，在運輸和施工過程中，由于外加劑與水泥適應性不良造成的坍落度損失過快，其不但影響混凝土的施工速度、施工質量，甚至造成無法泵送施工，而且還會影響硬化混凝土的質量，從而提出了各種改善外加劑與水泥適應性來控制混凝土坍落度損失的方法。

  1、新型高性能減水劑的開發(fā)應用

  從20世紀60年代以來，高效減水劑的主要代表產品有萘磺酸鹽甲醛縮合物和三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物，由于它們的減水率高，特別是萘系減水劑的價格適中，目前仍是國內外使用的高效減水劑，從減水劑的分子結構來看，萘系和蜜胺樹脂系高效減水劑均為線型聚合物分子，并且分子中只有一種極性基團（磺酸基-SO3-）；從作用機理的5個方面的作用力來看，其中兩種高效減水劑主要以靜電斥力為主，其他幾種作用力均較小。具有以上分子結構及減水劑作用機理特點的這兩種高效減水劑，其共同的缺陷是與水泥的適應性不太好，混凝土坍落度損失快。為了克服萘系及蜜胺樹脂系高效減水劑的缺陷，國內外廣泛開展了新型高效減水劑的研究與開發(fā)工作。新型高效減水劑應具有以下特點：堿含量低、摻量低、減水率高、增強作用大、與水泥適應性好、不離析、不泌水，能很好地控制混凝土的坍落度損失。

  新型高效減水劑的作用機理應盡可能包括：①降低水泥顆粒固液界面能作用；②靜電斥力作用；③空間位阻斥力作用。

  水化膜潤滑作用等多種作用力。分子結構應盡可能具有：①脂肪羥基和芳香羥基共同構成的非極性基團；②盡可能具有梳型支鏈高分子結構：③一個聚合物分子鏈上應同時具有多種極性基團（如羥基、醚基、羧基、磺酸基等）。

  依據新型高效減水劑應有的特點，通過分子設計理論，目前國內外新型高效減水劑的合成方法有兩種，一種是氨基磺酸鹽系高效減水劑的合成工藝，即通過遴選價格便宜的帶羥基、羧基、磺酸基的多種單體，加入甲醛，在一定的條件下經過縮聚反應形成高分子聚合物。由于氨基、羥基能與水形成氫鍵，故該類高效減水劑具有較強的“降低水泥顆粒固液界面能作用”、“靜電斥力作用”和“水化膜潤滑作用”以及一定的“空間位阻斥力作用”。其具有以上分子結構及作用機理特點的高效減水劑的減水率高，與水泥適應性好，能很好地控制混凝土的坍落度損失。另一種是聚羧酸鹽系高效減水劑的合成工藝，既通過選擇帶有羧酸基、羥基、醚基、磺酸基等極性基的多種不飽和單體，在引發(fā)劑的作用下產生共聚反應，形成具有梳型支鏈結構的高分子共聚物。羧基、羥基、醚基均能與水形成氫鍵，故該類減水劑的分散減水作用機理主要以“空間位阻斥力阻力”和“水化膜潤滑作用”為主，并具有一定的“降低水泥顆粒固界面能作用”和“靜電斥力作用”，具有該分子結構及作用機理特點的聚羧酸減水劑的摻量低、減水率高、增強作用大、與水泥適應性好，能很好地控制混凝土的坍落度損失。

  因此，新型高效減水劑的開發(fā)，應將氨基磺酸鹽系高效減水劑的單體縮聚原理與聚羧酸鹽系高效減水劑的不飽和單體共聚原理在合成工藝過程有機的結合起來，通過試驗，遴選價格便宜的帶羥基、羧基、磺酸基的多種單體（非極性基包括脂肪羥基和芳香羥基），通過縮聚和共聚反應合成性能優(yōu)異、摻量低，而且價格適中的新型高效減水劑。

  2、外加劑的復合使用

  通過外加劑的復合使用，提高減水劑與水泥的適應性，從而控制混凝土的坍落度，這是普遍使用的一種簡單而經濟的方法。該方法主要包括：①高效減水劑與緩凝劑或緩凝減水劑的復合使用，主要通過緩凝組分的緩凝作用抑制水泥的早期水化反應，從而減小混凝土的坍落度經時損失；②減水劑與引氣劑復合使用。主要通過引入大量微小氣泡，增大混凝土拌和物的流動性。同時增大黏聚性，減小混凝土的離析、泌水；③減水劑與減水劑的復合使用，通過協同效應和超疊加效應。提高減水劑與水泥的適應性。

  從減水劑作用機理可以看出，不同品種的減水劑。特別是聚合物分子中所含的極性基團不同的減水劑，其作用機理所包含的作用力種類及各個作用力的大小會不同。同時不同品種的水泥。其細度以及各組成礦物的性質及含量，特別是石膏的晶體結構、性質及含量又不盡相同。因此，高效減水劑與水泥之間的適應性存在著以下3種情況：①不同種類的高效減水劑，對同一種水泥的適應性可能不同；②同一種類的高效減水劑，對不同水泥的適應性可能不同；③不同廠家生產的同種高效減水劑，由于其含雜量、聚合度、平均分子量以及分子量的分布特征等可能不同，所以對同一種類水泥的適應性可能不同。

  由此可見，所謂與水泥適應性好，能有效控制混凝土坍落度經時損失的高效減水劑，也僅是與之具有良好適應性的水泥品種多一些。事實上，很難發(fā)明一種與各種水泥都具有良好適應性，能夠完全控制各種水泥混凝土坍落度2h經時損失的新型高效減水劑。但在研究新型高校減水劑以及新的控制混凝土坍落度經時損失方法的同時，廣泛采用復合使用各種外加劑，不失為一種控制混凝土經時損失的切實可行、經濟有效的方法。尤其是總摻量不變的前提下復合使用高效減水劑是提高高效減水劑與水泥適應性，有效地控制混凝土坍落度經時損失的一種重要方法。

  3、減水劑的摻入方法

  減水劑的摻入方法對其減水效果、適宜摻量、節(jié)約水泥量以及對混凝土拌和物的離析泌水性能、凝結時間和硬化混凝土的增強效果等均有不同程度的影響。

  4、適當增硫法

  在工程施工中，有時會遇到使用高濃萘系減水劑（Na2SO4含量低于5％），混凝土坍落度損失很快，而改用低濃萘系減水劑（Na2SO4含量15％），混凝土坍落度損失會大大降低。出現這種現象，可能是因為水泥漿中缺硫，即水泥水化初期，水泥漿液相中溶解的硫酸根離子濃度低，摻用低濃萘系減水劑后。可帶入一定量Na2SO4，從而增加了水泥水化初期液相中硫酸根離子濃度的緣故。

  水泥中SO2的作用是水泥水化初期抑制C3A迅速水化，從而調節(jié)水泥凝結時間。SO3抑制C3A的水化速度還與水泥漿的W／C有關，當W／C較小時，由于水泥漿中水量少，SO3溶出量不足，而此時如果水泥中C3A含量高，且比表面積又較大時，水泥水化速度加快，C3A與石膏會爭奪水分；若水泥中SO3含量較低。漿液中溶出硫酸根離子不足，此時減水劑與水泥適應性會變差，混凝土坍落度損失加快，甚至出現急凝現象。

  如果確信坍落度損失快是由于水泥漿中“缺硫”引起的，可通過適當“增硫法”，即適當增加外加劑中硫酸鹽含量的方法，提高減水劑與水泥的適應性，從而控制混凝土坍落度損失。

  5、適當調整混凝土配合比

  混凝土拌和物初始坍落度大小對坍落度2h經時損失速度影響很大。通常初始坍落度值小，坍落度2h經時損失速度大；而隨著初始坍落度值增大，2h特別是1h坍落度經時損失速度減小。因此，對于運程較遠的商品泵送混凝土，如果出現坍落度損失過快，而通過調整外加劑配方及摻量的方法，又不能很好地解決問題，或者雖能解決問題，但成本太大，在這種情況下。則可能通過適當調整混凝土配合比（包括漿量多少、砂率大小等），在原裁設計值的基礎上的在充分保證硬化混凝土的各種性能的前提下，適當增大混凝土的初始坍落度，也不失為一種解決工程中緊急事件的應急方法。