不同类型外加剂对混凝土敏感性的研究

2019-12-02魏元奋顾雪

商品混凝土 2019年11期

魏元奋，顾雪

（1. 上海申昆混凝土集团景祥混凝土有限公司，上海 200245； 2. 上海嘉华青松混凝土有限公司，上海 200245）

0 前言

近年来，聚羧酸减水剂由于原料供应方便、生产工艺简单和产品稳定等特点，受到生产者和使用者的欢迎。然而，由于我国地域辽阔，季节变化明显，混凝土原材料差异大以及掺合料日益复杂等多方面的因素，聚羧酸减水剂在混凝土中的应用也日益复杂[1-2]。聚羧酸减水剂在应用过程中对砂石材料、外加剂掺量、用水量和环境温度的敏感性显得尤为突出，主要表现在聚羧酸减水剂作用于混凝土时，常会出现与水泥、矿物掺合料适应性不好、混凝土工作性能不稳定、易离析或坍落度较大损失等敏感性问题，导致无法满足施工现场要求，这些都极大地制约了聚羧酸减水剂的推广与使用[3-4]。

结合聚羧酸减水剂与二代减水剂（脂肪族、萘系和氨基减水剂）在混凝土中的实际工程应用情况，本文对不同类型外加剂的敏感性做了对应的比较和研究，通过外加剂掺量、环境温度、混凝土用水量以及原材料变化作为敏感性测试评价指标[5]，得出了不同类型的外加剂在不同条件下的敏感性程度，有利于使用者进一步掌握不同减水剂在施工应用中的特点和差异性。

1 试验部分

1.1 试验原材料

测试原材料Ⅰ：脂肪族减水剂（SAF，五龙新材料），萘系减水剂（SNF，五龙新材料），氨基减水剂（ASP，秦燕化工），醚类聚羧酸减水剂（减水型：PC-1，上海华联），醚类聚羧酸减水剂（综合型：PC-2，上海华联），酯类聚羧酸减水剂（PC-3，上海华联）。

测试原材料Ⅱ：水泥：金峰 P·O42.5（C1），盘固 P·O42.5（C2），金山南方 P·O42.5（C3）。天然砂（S1）：细度模数 2.5，含泥量≤1%；机制砂（S2）：细度模数 2.7，含泥量 7%；机制砂（S3）：细度模数 2.9，含泥量 9%。粗骨料（G）：5～25mm 连续级配碎石。矿粉：S95（SL）。粉煤灰：苏州娄城（Ⅱ 级 F 类）。

1.2 试验方法

1.2.1 混凝土试验

混凝土试验参照 GB/T 50080—2011《普通混凝土拌合物性能试验方法》进行，混凝土试验的配合比见表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

1.2.2 敏感性评价

测试脂肪族减水剂（ S A F ）、萘系减水剂（SNF）、氨基减水剂（ASP）、醚类聚羧酸减水剂（减水型：PC-1，综合型：PC-2）和酯类聚羧酸减水剂（PC-3）对外加剂掺量、混凝土用水量、环境温度和原材料各种因素的敏感性。敏感性评价指标见表2。

表2 敏感性评价指标

2 结果与讨论

2.1 外加剂掺量对混凝土敏感性的影响

保持混凝土配合比不变，通过调整 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等外加剂掺量，考察外加剂掺量对混凝土敏感性的影响。

试验方法：以混凝土扩展度在 (400±1)mm 为掺量起点，调整外加剂含量至起点掺量接近，然后进行掺量递增，当混凝土扩展度在 (600±10)mm 时，确定该掺量为外加剂的终点掺量。外加剂掺量 k 值= (终点掺量 -起点掺量)/起点掺量。掺量 k 值越大，表示掺量敏感性越小，越不敏感。水泥选用南方水泥，砂子选用河砂，试验结果见表3 和图1。

表3 外加剂掺对混凝土扩展度的影响

图1 外加剂掺量对混凝土敏感性的影响

从表3 和图1 可以看出，虽然外加剂起点掺量接近，但是不同类型外加剂的终点掺量差别较大，其中 ASP 掺量终点为 1.6%，终点掺量最低，其中 SNF 的终点掺量最高，为 1.9%，终点掺量最高。不同类型外加剂掺量 k 值由大到小依次为 SNF＞SAF＝PC-3＞PC-2＞ASP=PC-1。由此可得，不同类型类型外加剂中：萘系减水剂 SNF 对掺量敏感性最低，脂肪族减水剂 SAF 和酯类聚羧酸减水剂 PC-3 对掺量敏感性次之，氨基减水剂 ASP 和醚类聚羧酸减水剂 PC-1 对掺量敏感性最高。在聚羧酸减水剂中，PC-1 的掺量敏感性最高，PC-3 的掺量敏感性最低，综合型 PC- 2 的掺量敏感性居中。

2.2 环境温度对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响

保持混凝土配合比及外加剂配方不变，通过调整环境温度差异，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加剂对新拌混凝土敏感性的影响。

试验方法：当混凝土扩展度在 (530±10)mm 时的掺量作为外加剂基准掺量。保持混凝土配合比及外加剂掺量不变，调整环境温度，分别为 5℃、10℃、20℃、30℃、40℃（试验前，原材料分别在对应温度存放 12h），在不同环境温度下对比试验，考察不同外加剂在不同环境温度下对混凝土敏感性的影响。扩展度差 = 高温扩展度 - 低温扩展度，扩展度差值越小，表示环境温度敏感性越小，越不敏感。水泥选用南方水泥，砂子选用河砂，试验结果见表4 和图2。

表4 环境温度对混凝土扩展度的影响

图2 不同环境温度对混凝土敏感性的影响

从表4 和图2 可以看出，每一类外加剂在不同环境温度下的表象有一定的差异性，其中 PC-1 和 SNF 作用的混凝土随着温度变化，其扩展度变化最小，说明其对环境温度的敏感性最低；醚类聚羧酸 PC-2 作用的混凝土随着温度变化，其扩展度变化最大，说明 PC-2 对温度的敏感性最高；可能因 PC-2 属于综合型减水，羧基密度较低，在较低温度下，对水泥颗粒的吸附和锚固作用较低，随着温度的升高，其锚固和吸附作用明显加强，导致其在不同温度下初始扩展度差异较大。综合比较：PC-2＞PC-3＞ASP＞SAF＞SNF＝PC-1。

2.3 单方用水量对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响

保持混凝土配合比及外加剂配方不变，通过调整混凝土单方用水量，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加剂对新拌混凝土敏感性的影响。

试验方法：当混凝土扩展度在 (500±10)mm 时的掺量作为外加剂基准掺量。保持混凝土配合比及外加剂掺量不变，调整混凝土单方用水量，基准用水量 175kg，分别加减 5kg 用水量和加减 10kg 用水量，考察单方用水量对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响。扩展度差值 = 高用水量扩展度 - 低用水量扩展度，扩展度差值越小，表示用水量敏感性越小，越不敏感。水泥选用南方水泥，砂子选用河砂，试验结果见表5 和图3。

表5 用水量对混凝土坍落度的影响

图3 单方用水量对混凝土敏感性的影响

从表5 和图3 可以看出，单方用水量对用不同外加剂新拌混凝土的敏感性具有一定的差异性。其中醚类聚羧酸减水剂 PC-1 作用的混凝土，对于不同用水量，其扩展度变化最大，差值达到 170mm 以上，说明醚类聚羧酸减水剂 PC-1 对混凝土用水量敏感性最大。而萘系减水剂 SNF 和酯类聚羧酸减水剂 PC-3 作用的混凝土扩展度差值相对较小，说明在 6 种不同型号的外加剂，SNF 和 PC-3 对混凝土用水量敏感性最低。脂肪族减水剂 SAF 和醚类聚羧酸减水剂 PC-2 对混凝土用水量敏感性居中。

2.4 混凝土原材料对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响

保持混凝土配合比及外加剂配方不变，通过更换水泥品种和机制砂，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加剂对新拌混凝土敏感性的影响。

试验方法（1）：混凝土扩展度在 (530±10)mm 时的掺量作为外加剂的固定掺量。保持混凝土配合比及外加剂掺量不变，更换水泥品种，考察混凝土原材料对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响。扩展度差值 = 适应性好的水泥扩展度 - 适应性低的水泥扩展度，扩展度差值越小，表示外加剂对该水泥的敏感性越小，越不敏感。砂子选用河砂，试验结果见表6 和图4。

表6 水泥种类对混凝土扩展度的影响

图4 不同水泥混凝土敏感性的影响

从表6 和图4 可以看出，更换水泥品种对用不同外加剂新拌混凝土的敏感性具有一定的影响。从更换水泥后扩展度差值可以看出，SNF 的扩展度差值最小，说明其对水泥敏感性最小，PC-1 的扩展度差值最大，说明其对水泥的敏感性最大。

PC-3、PC-2、PC-1 比 ASF、SNF、ASP 的扩展度差值更大，说明聚羧酸减水剂敏感性比二代减水剂要大。在聚羧酸减水剂中，PC-3 扩展度差值最小，其对水泥的敏感性最小。

试验方法（2）：混凝土扩展度在 (530±10)mm 时的掺量作为外加剂的固定掺量。保持混凝土配合比及外加剂掺量不变，更换砂的品种，考察混凝土原材料中砂对不同外加剂新拌混凝土敏感性的影响。扩展度差值=河砂的混凝土扩展度 - 机制砂的混凝土扩展度，扩展度差值越小，表示该砂对混凝土的敏感性越小，越不敏感。选用南方水泥，试验结果见表7 和图5。

表7 砂种类对混凝土扩展度的影响

图5 不同砂对混凝土敏感性的影响

从表7 和图5 可以看出，更换砂的品种对不同外加剂新拌混凝土的敏感性具有很大的影响，随着机制砂含泥量增加，其混凝土减水率、扩展度都大幅降低。图5 中扩展度差值最大的为 PC-1，说明醚类聚羧酸减水剂 PC-1 对机制砂的适应性最差，敏感性最大。萘系减水剂 SNF 的扩展度差值最小，说明其对含泥量高的机制砂适应性最好。比较 PC-3、PC-2、PC-1 比 ASF、SNF、ASP 的扩展度差值也可以看出，对于含泥量高的机制砂中，聚羧酸减水剂比二代减水剂的敏感性要大很多。因此，在使用聚羧酸减水剂时，应相对固定砂石材料的种类、含泥量等，避免其带来的敏感性和生产不稳定性。