外掺聚羧酸与水泥温度适应性关系分析

(辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁 沈阳 110003)

1 概 述

水工混凝土的拌制质量影响着水利工程建设质量。在水工混凝土拌制时常常外掺聚羧酸减水剂，若聚羧酸和水泥没有较好的相容性，会造成混凝土拌和物离析、泌水、坍落度损失过大、凝结时长缩短等问题，影响混凝土质量。水泥温度为影响减水剂与水泥相容性的主要因素，研究外掺聚羧酸与各温度水泥适应性的关系可指导工程实践，提升混凝土拌制质量。

为了探究外掺聚羧酸减水剂与不同温度水泥的适应性关系，设计对比试验并分析试验数据。本文分别从水泥温度与混凝土拌和物性能、水泥温度与混凝土凝结时间、水泥温度与混凝土坍落度和气体含量损失百分比、水泥温度与混凝土抗压强度4个方面进行研究。根据数据分析结果指导工程实践，选取合适的水泥温度，保证外掺聚羧酸的混凝土拌和质量。

2 试验材料和试验方法介绍

选择辽宁省某厂生产的32.5型低热硅酸盐水泥，粉煤灰为能顺II级，减水剂选用辽宁某厂生产的高性能聚羧酸类减水剂，引气剂选择长安育才GK-8A类，粗细骨料均选用玄武岩。设定试验组的混凝土混合比与原材料保持一致，将上述原材料进行混合后分析外掺聚羧酸时与各温度水泥适应性关系。设定各试验组水泥温度为变量，依次为20℃、40℃、60℃、80℃、100℃(试验所用水泥的各性能指标实测数据见表1,外掺高性能聚羧酸减水剂混凝土各性能指标实测数值见表2)。经过实测检验试验所用材料各性能指标全部达到相关规范的标准值。利用干燥烘箱把水泥加热到各自设定的温度来模拟水泥变化的仓储温度值(试验中混凝土混合比设置情况见表3)。参考相应的试验规程操作指导完成混凝土和易性、气体含量比例、坍落度、坍落度损失、气体损失与混凝土相关力学性能的试验，并记录好各试验数据，便于分析。

表1 试验所用低热硅酸盐水泥的各性能指标实测数值

表2 外掺聚羧酸的混凝土性能指标实测数值

表3 试验所用混凝土的混合比情况

3 试验数据与关系探讨

3.1 水泥温度与混凝土拌和物性能关系分析

对混凝土拌和物各性能指标进行实测，各数据记录在表4内。由表4各数据可知：在水泥温度超过60℃时，混凝土拌和物会有轻微的泌水现象。当水泥温度达到100℃时会发生骨料和浆体分离，混凝土拌和物的黏聚性下降。分析其原因主要是水泥温度升高，混凝土拌和物温度大幅上升且用时较短，这样有利于聚羧酸高性能减水剂的减水作用效果。水泥温度处于高值时在减水剂作用下会释放出自由水，并分布在拌和物颗粒的间隙内，这样出机口处混凝土会有较少的泌水存在。

表4 水泥储藏温度与混凝土和易性的关系分析

3.2 水泥温度与混凝土凝结时间的关系分析

对各温度试验组的混凝土的凝结时间进行记录并绘制曲线(见图1)。分析图1内曲线变化能够得到混凝土的凝结时长与水泥温度呈负相关，即水泥温度越低，混凝土凝结时长越大。通过各试验组的初凝时长与终凝时长对比发现，上述变化规律在初凝时长方面表现更为显著。

图1 水泥温度与试验混凝土凝结时长变化关系曲线

水泥温度高会减小低热混凝土凝结时长原因总结如下：ⓐ水泥温度高导致混凝土拌和物温度快速且大幅度上升，进而加剧了水泥颗粒的水化过程；ⓑ水泥温度高导致聚羧酸高性能减水剂的减水作用增强，从而使与水泥颗粒进行化学反应的自由水被大量释放，并迅速构成化学与物理性质相对稳定的胶凝结构。

由于时间的增长，高温水泥所储藏的热量逐渐释放到周围颗粒或通过空气进入外界环境，混凝土拌和物的温度不断下降直至与外界环境温度一致。各温度水泥拌和的混凝土温度差值随时间推移不断降低，因此体现在混凝土终凝时间上差值幅度会相对下降。

3.3 水泥温度与混凝土坍落度和气体含量损失的关系分析

对各温度试验组的混凝土坍落度损失百分比进行记录并绘制曲线(见图2)。分析图2中曲线变化能够得到：在相同时间下，水泥温度与混凝土坍落度损失百分比呈正相关关系，即水泥温度高，混凝土坍落度损失百分比大。各水泥温度情形时混凝土坍落度损失百分比差距会随时间推移呈现先增长后下降的趋势。在相同坍落度损失百分比时，水泥温度与达到该坍落度损失百分比的用时呈现负相关关系，即水泥温度高比水泥温度低达到相同坍落度损失百分比用时要短，可推断水泥温度低时减水剂的保坍性能强。在工程实践中若水泥温度较高，为了降低混凝土的坍落度损失，必须采用保坍性能较好的减水剂才能够获得较好的施工质量。

图2 各水泥温度时试验混凝土坍落度损失百分比与时长变化关系曲线

图3 水泥温度与试验混凝土含气量损失百分比变化关系曲线

对各温度试验组的混凝土气体损失百分比进行记录并绘制曲线(见图3)。出机口处气体含量所占百分比维持在4.5%～5.5%范围内时，混凝土拌和物含气量保留值与水泥温度紧密相关，且试验混凝土含气量保留值与水泥温度大致呈负相关关系，即水泥温度低，混凝土含气量保留值高，试验所用水泥混凝土含气量损失百分比与水泥温度呈正相关关系。

3.4 水泥温度与混凝土抗压强度的关系分析

对各温度试验组的混凝土的抗压强度进行记录并绘制曲线(见图4)。分析图4内曲线变化能够得到：试验所用低热水泥混凝土早期抗压强度与水泥温度呈正相关关系(水泥温度低，混凝土拌和物早期抗压强度小)，仅有35d龄期的混凝土拌和物早期抗压强度与水泥温度呈现负相关关系(水泥温度低，混凝土拌和物早期抗压强度大)。当水泥温度达到100℃时，混凝土拌和物7d龄期的抗压强度比温度20℃时增长41.8%，然而35d龄期的抗压强度比温度20℃时减小约11%。

图4 水泥温度与试验混凝土抗压强度变化关系曲线

7d龄期之前的水泥温度改变对混凝土拌和物的抗压强度的改变十分显著，15d龄期之后水泥温度改变对于混凝土拌和物抗压强度的改变程度逐步降低。

水泥温度会对聚羧酸减水剂和水泥相容性造成一定影响的根本原因是由于水泥温度的上升，造成混凝土拌和物系统总体温度短时间内增长，破坏可絮凝系统，进而大量的自由水被释放分散在颗粒之间，与水泥接触面增大，水化反应加快，形成大量的水化产物，再一次加剧水泥水化作用，最后反映在混凝土拌和物的强度快速增长。

4 结 语

为了探究外掺聚羧酸减水剂与不同温度水泥的适应性关系，设计对比试验并分析试验数据。本文分别从水泥温度与混凝土拌和物性能、水泥温度与混凝土凝结时间、水泥温度与混凝土坍落度和气体含量损失百分比、水泥温度与混凝土抗压强度4个方面展开研究，得到如下结论：混凝土混合比一致时，水泥温度越高，外掺减水剂和水泥的适应性越低，混凝土和易性减小，会出现离析或泌水现象；水泥温度上升，混凝土坍落度与含气量的损失百分比增大，混凝土凝结时间下降；水泥温度显著改变着混凝土抗压强度，水泥温度不断增长，低热水泥混凝土在15d龄期前抗压强度上升，35d龄期后抗压强度表现为下降趋势。

综上所述，在实际工程施工中拌和外掺减水剂的混凝土应控制水泥温度在60℃以内，防止因水泥温度过高影响混凝土质量。入仓后做好混凝土养护工作，防止早期水化温度短时间释放出现裂缝现象。