聚羧酸减水剂与水泥及矿物掺合料适应性研究

温兆龙，蒋元海，刘洋，刘程旭，沈俊杰，吴建锋

（嘉兴学院，浙江 嘉兴 314001）

0 引言

聚羧酸减水剂可以用于生产免蒸养混凝土，而免蒸养生产技术作为一种绿色生产技术避免了蒸养过程中的碳排放，对于实现碳达峰、碳中和有极大地好处。所以研究免蒸养混凝土，具有较大现实意义，符合发展要求。此外，聚羧酸减水剂与传统减水剂相比更加绿色环保，在工程应用中乃至对于减少碳排放都发挥着越来越重要的作用。

1 水泥与聚羧酸减水剂适应性的影响因素

1.1 水泥熟料的矿物组成

张新民[1]团队研究水泥熟料对聚羧酸减水剂与水泥适应性影响，实验选用五种不同成分的熟料与石膏、石子进行粉磨制成五种水泥成品。分析数据可得，水泥中的C3S与聚羧酸减水剂有良好的适应性。相反，由于C3A具有水化热大、水化速度快的特点，所以当C3A的含量越高，消耗的聚羧酸减水剂分子也越多，聚羧酸减水剂分散性越差。因此，就其与减水剂适应性来看，应选用C3S含量较高和C3A含量较低的水泥进行混凝土的配制。

根据相关资料[2]结果表明，当水泥中C3A的含量大于8.5%时，聚羧酸减水剂不能有效发挥分散作用，影响混凝土拌合物的保坍性，且调整减水剂用量或砂率均不能解决坍落度损失大的问题；而当C3A的含量小于8%时，聚羧酸减水剂能够有效发挥分散作用，与水泥的适应性良好，同时，混凝土拌合物的保坍性得到改善。

1.2 水泥碱含量

梁新林[3]进行对比试验，研究碱含量不同的水泥与同一含量的聚羧酸减水剂之间的适应性，实验选取P·O 42.5级水泥中四种不同碱含量（0.48%、0.52%、0.72%、0.85%），研究结果表明，水泥碱含量从0.48%增加到0.52%时，聚羧酸减水剂的减水率小幅度减小,此时混凝土拌合物现象均匀、不泌水；水泥碱含量在0.52%~0.72%时，聚羧酸减水剂减水率下降幅度明显，混凝土拌合物开始离散并且伴随少量泌水；水泥碱含量大于0.72%时，减水率下降幅度较小，混凝土拌合物出现离散并伴随严重泌水现象。

1.3 石膏

潘晔昕[4]选取脱硫石膏、二水石膏、磷石膏三种石膏，将其分别粉磨后制成试验样品，根据其流动度试验发现，熟料、石灰石配比含量稳定不变时，将石膏配比含量从6增至7时，试验样品的凝结时间有所提升且其化学成分SO3含量也有所增加，使得水泥净浆流动度增加。

在其余配合比稳定不变时，张瑞红[5]研究了三种石膏与混凝土坍落度的关系，实验结果表明，将掺入三种石膏的水泥拌合物静置1.5 h后,无水石膏坍落度损失值为最大，二水石膏坍落度损失值居中,半水石坍落度损失值最小。由于三种石膏溶于水体速度各不相同，因此，溶解度和溶解速度大的半水石膏会使拌合物出现假凝的现象，而溶解度和溶解速度小的无水石膏对抑制C3A水化速度的作用有限，二水石膏居中。此外，石膏中SO42-含量能够较好的控制C3A的水化速度，因此，在生产水泥过程中使用配合比合适的二水石膏对于改善水泥与减水剂适应性效果更佳。

1.4 水泥细度

胡振庆小组[6]通过研究水泥比表面积对水泥与减水剂的适应性影响，在加入减水剂含量不变的情况下，该小组选取五组不同比表面积的水泥，对其流动度进行对比试验，结果表明，水泥的初始流动度随水泥比表面积的增大而减小，经过一段时间后，流动度结果相同，即水泥比表面积大小和水泥流动度成反比关系。探其原因，减水剂能使水泥表面产生吸附作用，因此，减小水泥的比表面积，有利于提高聚羧酸减水剂与水泥的适应性，其原因为在水胶比相同条件下，水泥颗粒的需水量下降，其净浆流动度提高，从而改善聚羧酸减水剂与水泥的适应性。

2 矿物掺合料对水泥与聚羧酸减水剂适应性的影响

2.1 矿物掺合料种类

矿物掺合料种类包括粉煤灰、矿粉、硅灰粉、天然火山灰、石灰石粉。各掺合料的颗粒大小、化学成分等之间的差异性，将对聚羧酸减水剂适应性产生不同程度的影响。

何燕[7]等人研究了混合材对水泥与聚羧酸减水剂适应性的影响，试验对比了粉煤灰和矿渣两种类别的掺合料，采用等比例替代水泥。实验结果表明，其余材料质量固定不变时，矿渣等比例代替水泥质量增加，净浆的流动度增加；粉煤灰等比例代替水泥质量增加，净浆初始流动度稍有增大，当代替比例大于30%时，水泥净浆的初始流动度有所降低。因此，矿渣作为混合材对聚羧酸减水剂与水泥适应性有所改善，并且对掺聚羧酸减水剂的混凝土流动性具有增强作用。多余粉煤灰颗粒吸附聚羧酸减水剂分子，对水泥净浆的流动性产生不利影响。

李志坤[8]等人研究了不同掺合料复掺时对聚羧酸减水剂与水泥适应性的影响，试验选取了Ⅱ级煤灰，S95级矿渣和硅灰三种掺合料。粉煤灰和矿渣以不同比例（10∶0、8∶2、6∶4、2∶8、0∶10）复掺替代50%水泥，从m（粉煤灰）∶m（矿渣）=10∶0到m（粉煤灰）∶m（矿渣）=0∶10时，水泥净浆的初始流动度和1 h净浆流动度均增大，复掺粉煤灰和矿渣的水泥净浆流动度介于单掺粉煤灰和矿渣的流动度之间，该两种掺合料对水泥净浆流动度有复合效果。粉煤灰、矿渣分别和硅灰以不同比例（37∶3、34∶6、31∶9、28∶12、25∶15）复掺替代50%水泥，随硅灰含量的提高，水泥净浆流动度和1 h流动度均有大幅度下降；当m（粉煤灰）∶m（硅灰）或m（矿渣）∶m（硅灰）均从31∶9到25∶15时，水泥的净浆流动度均有大幅度下降，进而硅灰对聚羧酸减水剂与水泥适应性有不利影响。

刘誉璟[9]通过研究掺入不同含量石粉对减水剂流动性的影响，结果表明,石粉含量增加时，减水剂饱和度增加，石粉含量固定为5%，减水剂饱和点较低且流动性能较差。在不同种类减水剂中掺加同种含量石粉，石粉对聚羧酸减水剂的吸附量远小于其他减水剂，因此，当矿物掺合料使用石粉时，可优先考虑使用聚羧酸高效减水剂作为外加剂。

2.2 掺合料的细度

当掺合料含量、使用种类以及混凝土流动性相同的情况下，掺合料的比表面积越大，搅拌混凝土需水量和减水剂的用量也越大，即掺合料细度越高，减水剂的适应性越差。

3 结语

水泥和聚羧酸减水剂的适应性在不同程度上受水泥细度、水泥中矿物组成、水泥碱含量及石膏的影响。此外，掺合料也会对聚羧酸减水剂与水泥的适应性产生影响。结合聚羧酸减水剂在实际应用中的 突出表现，可推断该产品将在建筑行业中拥有广阔市场前景。因此，对高效减水剂与水泥及矿物掺合料进行深入研究探讨，可以很大程度上提高混凝土在未来建筑行业的实用性，为我国经济及建筑行业的发展和进步做出重要贡献。