缓释保坍型聚羧酸减水剂在混凝土中的应用研究

2018-05-31曾小星郭中坚李兴廉

新型建筑材料 2018年3期

曾小星，郭中坚，李兴廉

（1.广东信澳建材有限公司，广东广州 510627；2.澳门混凝土有限公司，澳门 1106）

0 引言

澳门位于中国南部珠江口西侧，属亚热带季风气候，每年的5～11月之间气温较高，由于受外部高温环境的影响，澳门生产的新拌混凝土流动性随时间的变化比较大，在短短的几小时内即由大流动态变到固态，这给混凝土搅拌站的生产管理带来很大的挑战。混凝土的坍落度损失是商品混凝土使用过程中经常遇到的问题，特别是在夏季，由于商品混凝土生产运输和等待时间较长的特点，再加上外部温度高容易导致坍落度的损失大，这就会造成现场浇筑时泵送或密实成型困难从而影响施工效率。因流动性下降引起的投诉和质量纠纷让混凝土搅拌站头疼不已，更为严重的是，在实际浇筑过程中，有些施工单位为方便施工，往往会在施工现场无节制地加水，造成混凝土质量下降，从而导致建筑物强度不合格[1-3]。

一般来讲，防止混凝土坍落度损失过大的方法主要有以下几种：一是用部分冰取代混凝土搅拌用水来降低混凝土的温度，因混凝土的温度降低可以降低混凝土中胶凝材料的反应速率，从而减少坍落度的损失；二是增加缓凝剂的用量，通过外加剂的缓凝效果来保持混凝土流动性[4]；三是使用高性能新型外加剂，例如缓释保坍型聚羧酸减水剂等[5-6]。然而，大量的加冰势必会导致混凝土成本的增加，而掺入过多的缓凝剂也容易影响混凝土的凝结时间和施工现场的进度，还很难达到效果，随着聚羧酸减水剂技术的快速发展，缓释保坍型聚羧酸减水剂被广泛的研究和应用，混凝土搅拌站通过利用该类减水剂的缓释保坍技术可以较好的解决混凝土坍落度损失问题，从而为客户提供优质的混凝土。本研究将缓释保坍型聚羧酸减水剂用于混凝土生产，研究了其对水泥净浆流动性能及混凝土坍落度损失的影响。

1 试验

1.1 原材料

水泥：澳门水泥厂有限公司生产的P·Ⅱ42.5水泥及P·F 42.5水泥，水泥的化学成分见表1。粗集料：碎石，5～20 mm连续级配，来源于广东新会，表观密度2680 kg/m3。细集料：河砂，来源于广东谭江，细度模数2.6，表观密度2650 kg/m3；机制砂，来源于广东新会，细度模数2.9，表观密度2630 kg/m3。外加剂：SVZ为普通木质素缓凝剂、1100NTR为缓凝型聚羧酸减水剂，来自于西卡（香港）有限公司；外加剂SKY8330、SKY27R，均为缓释保坍型聚羧酸减水剂，来自于巴斯夫（香港）有限公司。

表1 水泥的化学成分 %

1.2 试验方法

1.2.1 净浆试验

参照GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》测试水泥净浆流动度。在实验室内控制试验温度为（20±2）℃条件下，研究对比了P·Ⅱ42.5水泥与掺西卡缓凝型聚羧酸减水剂1100NTR和巴斯夫缓释保坍型聚羧酸减水剂SKY8330的相容性，分析了掺不同外加剂水泥浆体1 h前后流动性能的变化，试验外加剂的掺量分别为0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%。

1.2.2 混凝土配合比试验

为了研究缓释保坍型聚羧酸减水剂与缓凝型聚羧酸减水剂差异，采用P·F42.5水泥，在只改变外加剂种类的情况下，设计了LT-1和LT-2两组混凝土配合比（见表2）：LT-1组通过加强缓凝剂的功效即用普通缓凝剂SVZ与缓凝型聚羧酸减水剂1100NTR复掺来减小混凝土的坍落度损失，LT-2组通过掺加缓释保坍型聚羧酸减水剂来减少混凝土坍落度的损失，LT-3研究了缓释保坍型聚羧酸减水剂在大流动性、超长缓凝时间混凝土方面的应用。

考虑到温度对混凝土坍落度的影响较大，参照LT-2的配比研究对比了混凝土出机温度在24、32℃时，掺缓释保坍型聚羧酸减水剂配制的混凝土坍落度随时间的变化情况。

2 试验结果与分析

2.1 外加剂掺量对水泥净浆流动度的影响（见图1）

图1 外加剂掺量对水泥净浆流动度的影响

从图1可以看出，掺普通缓凝聚羧酸减水剂的水泥净浆1h流动度略微减小，而掺缓释保坍型聚羧酸减水剂的浆体1 h流动度却有一定幅度的增大，增大了约20%。与普通缓凝聚羧酸减水剂相比，在1 h内缓释保坍型聚羧酸减水剂显示了其逐步释放的功能，使得水泥净浆流动度增大，流动性变好。

2.2 外加剂对混凝土坍落度及强度的影响（见表3）

表3 外加剂对混凝土坍落度及强度的影响

从表3可以看出：

（1）掺复合型缓凝剂的混凝土LT-1坍落度随时间的延长一直降低，1 h坍落度损失为50 mm，2 h坍落度损失为90 mm，坍落度损失非常明显；而掺加缓释保坍型聚羧酸减水剂的混凝土LT-2在1 h坍落度有所增大，2 h时基本与初始坍落度一致；LT-3也具有与LT-2类似的效果。

（2）在抗压强度方面，掺缓释保坍型聚羧酸减水剂的混凝土LT-2的后期强度略高于掺普通缓凝聚羧酸减水剂的混凝土LT-2强度。LT-3混凝土因具有超长的缓凝时间，初凝时间长达24 h，早期强度有一定的降低，但后期强度增幅较大，在配制LT-3混凝土的过程中发现：当原材料有一定的波动时，配制出来的混凝土在放置一段时间后出现了泌水、离析现象，而通过调整缓释保坍型外加剂的掺量可以消除该类现象，因此缓释保坍型聚羧酸的用量对混凝土的性能也会有一定的影响，使用过程中应充分考虑。

2.3 温度对缓释保坍型聚羧酸减水剂应用的影响

不同出机温度下掺缓释保坍型聚羧酸减水剂混凝土LT-2的坍落度变化见图2。

图2 温度对掺缓释保坍型聚羧酸减水剂混凝土坍落度的影响

由图2可以看出，在混凝土出机温度相对较低（即24℃）时，混凝土1 h的坍落度略微增大，即混凝土流动性变强，2 h坍落度有与初始坍落度基本一致；当混凝土出机温度相对较高（即为32℃）时，混凝土1 h坍落度基本保持不变，2 h坍落度有一定的减小。当混凝土温度较高时，混凝土中胶凝材料的反应速率加快，同时混凝土表面的水分散失也较多，而此时缓释保坍型聚羧酸减水剂通过缓释的功能补偿了这些因素对混凝土坍落度造成的损失，从而可将混凝土的坍落度损失降低到最小，因此，缓释保坍型聚羧酸减水剂在温度相对较高的环境中具有良好的使用效果。

2.4 缓释保坍型聚羧酸减水剂保坍机理的探讨

一般来讲，当减水剂与水泥颗粒吸附后，由于水泥水化作用，生成的水化物将减水剂“包裹”，从而使其失去分散作用[7]，溶液中残存的减水剂逐渐减少，其减水作用随时间延长而降低，是造成混凝土坍落度损失的主要原因。而缓释保坍型聚羧酸减水剂正好克服了普通减水剂这方面的缺陷，因为缓释保坍型聚羧酸减水剂具有逐渐吸附的特点，减水剂分子能够均匀分散在混凝土浆中，在一定的时间内不断地补充已经被吸附并被水化产覆盖上的减水剂分子[8]，由于缓释保坍型聚羧酸减水剂对水泥颗粒的逐步分散，大大的推迟了水泥的水化放热高峰期[9]，即推迟了水泥流动性变化的转折点，从而达到了在一定时间内保持水泥浆体或混凝土流动性的效果，起到了保坍或减少坍落度损失的作用。

缓释保坍型聚羧酸减水剂具有缓慢释放其分散作用的特性，可以补偿混凝土因胶凝材料的水化反应和温度等因素对混凝土坍落度造成的损失，确保了混凝土施工时仍具有良好的工作性能，并且可以避免高温运输造成的混凝土坍落度损失过快现象，适用于日常各种混凝土的生产。