高效減水劑對水泥砂漿的強化作用

刁文治，趙朋輝

(天津第一市政公路工程有限公司，天津300170)

自美國混凝土協會(ACI)在1990年第一屆高性能混凝土研討會上首次提出并定義了高性能混凝土，至今20多年的時間內，高性能混凝土已廣泛應用于工程建設。大型的建設工程不僅要求混凝土具有符合的抗壓、抗折、抗拉、抗彎強度，而且要具有高抗凍性、抗滲性、耐腐蝕性、抗堿－骨料反應性、致密性和耐久性，以抵抗各種來自內部或外部因素的破壞;同時還要有合適的流動性、成型及水化性能，以滿足多變施工環境和施工條件的要求。

眾所周知，在混凝土的制備過程中，通常要在其拌合物中或拌合前摻入一定比例的外加劑，以期改變或改善混凝土性能諸如流動性、和易性、早期強度、抗凍性、抗滲性、水化進程等。尤其是高性能混凝土的發展和應用更是離不開各種高效外加劑的使用。為滿足和適應這些要求，世界各國混凝土材料專家進行了大量的研究、開發和應用，不斷地研制各種外加劑及其復合應用，使混凝土的性能改善取得了明顯成效［1］。

混凝土外加劑中，這些年來特別引人注目的是高效減水劑，它的定義是在不影響混凝土和易性、水泥用量不變的條件下，具有減水和增強作用;或在和易性及強度不變條件下，節約水泥用量的外加劑;一般減水率大于8%的減水劑稱之為高效減水劑。減水劑有很多的功能，分為引氣型減水劑、早強型減水劑、緩凝型減水劑等。它的開發促進了混凝土的高強超高強化，改善了混凝土的施工性能，使泵送混凝土最高高度達到432 m，實現了連續幾十個小時、幾十萬立方米的大體積的現代化的高速高效施工。同時因具有良好的流動性，混凝土澆筑還能實現無振動無噪聲的高效文明施工。由于混凝土拌合水量的大幅度降低，又能獲得流動度大(30～60 cm左右，坍落度20 cm以上)，強度達60～140 MPa，耐久性高優質混凝土，因而促進了混凝土技術的迅發展［2］。

1 高效減水劑的作用機理

大部分減水劑是聚合物電解質，相對分子量低，一般在1 500～100 000左右。這些聚合物電解質的碳氫鏈上帶有許多極性官能團如:—SO3H、—COOH、—OH、—NH2、—O—等，其中磺酸基—SO3H主要顯示高減水率，氨基—NH2和羧基—COOH等主要顯示優良的保坍作用，它們與水顆粒或者水化顆粒的極性表面有較強的親合力。

帶電荷的減水劑通過范德華力或者靜電引力或化學鍵吸附在水泥顆粒表面，帶極性基的減水劑也能通過范德華力和氫鍵的共同作用吸附在水泥顆粒表面，沒有與水泥顆粒表面作用的極性基隨著氫鍵伸入液相。所不同的分子結構的減水劑，由于其分子量的大小不同，極性性質也不同，分子的空間構形不同，則其對水泥顆粒分散減水作用力也不盡相同。

混凝土及外加劑專家何廷樹等人在對減水劑的分子結構及其在水泥顆粒表面吸附特性進行詳細的分析的基礎上，將減水劑分散減水作用機理歸納為以下幾點:降低水泥顆粒固掖界面能、靜電斥力作用、空間阻力作用、水化膜潤滑作用、引氣隔離“滾珠”作用［3］。

2 試驗研究

2.1 原材料(均選自某橋梁工程實例)

(1)水泥:選用普通硅酸鹽32.5級水泥。(2)細集料:潔凈的中砂，細度模數為2.6～3.0 mm。(3)拌合水:采用自來水。(4)減水劑:選用萘系高效減水劑、聚羧酸系高效減水劑(其最佳參量分別為0.7%、0.8%)。(5)礦物摻合料:硅灰、白膠。

3.2 配合比

以下試驗數據均某橋梁工程中心試驗室試驗記錄。

(1)同工作性條件下，不同高效減水劑與空白試驗比較水泥砂漿強度有關數據見表1。

表1 水泥砂漿配合比及強度

結論分析:在相同工作性下，兩種高效減水劑使水泥砂漿的用水量降低，從而水灰比降低，水泥砂漿的強度得到了明顯的提高。

(2)同工作性條件下，改變水泥砂漿成分兩種高效減水劑對強化水泥砂漿的作用，試驗有關數據見表2。

表2 萘系、聚羧酸系減水劑對不同成分水泥砂漿強度值影響

結論分析:在相同工作性下，高效減水劑與密實性摻合料硅灰的配合使用更加明顯的闡述了高效減水劑對強化水泥砂漿的作用;但是當與高分子材料白膠同時使用對改善水泥砂漿的強度沒起到明顯的作用，說明高效減水劑與高分子材料白膠的不相適應性。

(3)為了進一步說明B闡述的觀點進行以下試驗:試驗數據及結果如表3所示。

表3 降低白膠含量兩種高效減水劑對砂漿的強度影響

結論分析:橫向比較B與C的試驗數據，說明當白膠的含量降低時，高效減水劑的減水效果以及對強化水泥砂漿的作用明顯提高，證實B試驗的高效減水劑與高分子材料白膠的不相適應性。

(4)同工作性條件下，降低砂灰比兩種高效減水劑對強化水泥砂漿的作用，試驗有關數據見表4。

表4 水泥砂漿配合比及強度

結論分析:在相同工作性下，降低砂灰比，即水泥砂漿的粘聚性增高，工作性得到改善，兩種高效減水劑同樣明顯的提高水泥砂漿的強度，進一步說明兩種高效減水劑對強化水泥石有明顯的作用。

3 結論

萘系高效減水劑和聚羧酸系高效減水劑由于綜合性能遠遠優于其他類型的減水劑，目前國內應用最廣。在未來的一段時間內，也很難有可以完全替代它們的減水劑的產生。

本文從萘系高效減水劑和聚羧酸系高效減水劑對強化水泥砂漿的作用入手，結合某橋梁工程施工實例，確定了每種減水劑的最佳減水率，并通過大量的試驗證明了高效減水劑對強化水泥砂漿有比較明顯的作用，試驗數據表明:

(1)當降低灰砂比時，水泥砂漿的強度增大，高效減水劑的加入同樣的有強化水泥砂漿的作用。

(2)當在水泥砂漿中摻加以硅灰為礦物摻合材時，更能比較明顯的提高水泥砂漿強度值，同時也證明硅灰有密實水泥砂漿的作用，進而提高水泥砂漿的強度。

(3)萘系和聚羧酸系這兩種減水劑也有其與高分子物質不適應的問題，例如當水泥砂漿為更好的提高其強度值的時候，在其中加入能夠增強混凝土粘聚性而提高水泥砂漿強度值的高分子材料白膠的時候，其強度不但沒有明顯的升高，反而隨著白膠的摻量的升高而降低。

(4)結合實際工程實例證明了在單一品種水泥的情況下這兩種高效減水劑對強化水泥砂漿的作用，以及在不同成分水泥砂漿中的應用。據有關文獻報道，當水泥砂漿摻入白膠時，水泥砂漿的強度會有所增高，但是本文的試驗結果卻沒能證明其結論，因此仍需更多的試驗來進一步證明。

［1］熊大玉，王小虹.混凝土外加劑［M］.北京:化工出版社，2000:21－34

［2］唐明.現代混凝土外加劑及摻和料［M］.沈陽:東北大學出版社，1999:14－24

［3］Turcry，P.，Loukili，A.，Barcelo，L.，Casabonne，J.M.，“Can thematurity concept be usedto separate the autogenous shrinkage and thermal deformation of a cement paste at earlyage”［J］;Cement and Concrete Research，Vol.32，N°9

［4］楊靜.建筑材料與人居環境［M］.北京:清華大學出版社，1995

［5］李永德，陳榮軍，李崇智.高性能減水劑的研究現狀與發展方向［J］.混凝土，2002(9)