聚羧酸系外加劑與水泥相容性的研究

[摘 要] 為了探討聚羧酸系外加劑與不同水泥品種的相容性，本文選擇蘇通長江公路大橋使用的兩種水泥，針對目前工程中廣泛應用的聚羧酸系外加劑，進行了不同溫度狀態(tài)條件下水泥漿和混凝土性能試驗。研究結果表明：聚羧酸外加劑與兩種水泥具有較好的相容性，但是水泥溫度和外加劑摻量對水泥漿流動度、混凝土坍落度和后期強度增長都具有一定的影響。

[關鍵詞] 聚羧酸系外加劑；相容性；流動度；坍落度

0前言

　　隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大型跨江、跨海大型公路橋梁項目相繼涌現(xiàn)，工程混凝土需求量增大，為了提高混凝土施工性能并且改善混凝土的耐久性，混凝土中均需摻用一定數(shù)量的外加劑，特別是近年來，羧酸系減水劑作為第三代新型混凝土高效減水劑，因相對于萘系高效減水劑具有高減水率、低收縮、低泌水和坍落度損失小等性能優(yōu)點，其生產(chǎn)和應用發(fā)展很快[1]。然而，有一個實際問題卻一直嚴重影響應用效果，即聚羧酸系外加劑也存在與水泥材料的相容性問題[2]，這種問題有時會導致嚴重的工程事故和不可估量的經(jīng)濟損失。聚羧酸外加劑與水泥之間產(chǎn)生不相容性的原因錯綜復雜，工程中難以避免，在施工中已引起生產(chǎn)廠家和工程應用部門的高度重視。因此，對使用過程中碰到的實際問題，需要對不同外加劑和不同的水泥及混凝土施工配合比進行對比試驗分析。

　　為較好的解決外加劑與水泥相容性問題，本試驗選取蘇通長江公路大型橋梁使用的兩種有代表性的水泥(P.O 42.5和P.Ⅱ52.5硅酸鹽水泥)和江蘇建筑科學研究院生產(chǎn)的JM-Ⅲ型聚羧酸外加劑產(chǎn)品，進行了有關水泥靜漿和混凝土性能的對比試驗，通過比較聚羧酸系外加劑對水泥不同品種和不同溫度狀態(tài)的適應性研究，為更好地解決水泥和外加劑相容性問題提供參考。

1原材料及試驗方法

1.1原材料

水泥：江蘇南通華新水泥生產(chǎn)的P.O42.5和P.Ⅱ52.5硅酸鹽水泥，兩種水泥的物理化學性能見下表1。

粉煤灰：江蘇鎮(zhèn)江諫壁生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，其物理性能參數(shù)如下表2所示。

碎石：江蘇鎮(zhèn)江茅迪生產(chǎn)的石灰?guī)r碎石，級配為5～20mm，表觀密度為2.71g/cm3，壓碎指標為8%。

砂：江西贛江生產(chǎn)的中砂，細度模數(shù)為2.8，表觀密度為2.6g/cm3。

聚羧酸外加劑：江蘇省建筑科學研究院生產(chǎn)的JM-Ⅲ型聚羧酸外加劑，其物理性能指標如下表3所示。

1.2試驗方法

水泥靜漿試驗按照《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》(GB50119-2003)中關于混凝土外加劑對水泥的適應性檢測方法進行。水泥溫度分別為20℃和80℃，試驗水膠比為0.35，高效減水劑摻量分別為0.5%、0.8%、1.2%、1.5%和2.0%，測定從加水開始后5min、30min和60min的水泥靜漿流動度。

混凝土試驗配合比如下表4所示，P.O42.5和 P.Ⅱ52.5兩種硅酸鹽水泥的混凝土配合比分別按照1#～4#進行，w/b為0.33，Ⅰ級粉煤灰的摻量為19%，聚羧酸系外加劑的摻量分別為0.5%、0.8%、1.2%和1.5%。各種混凝土試驗測試方法依據(jù)國家現(xiàn)行普通混凝土拌合物力學性能試驗標準進行。

2試驗結果及分析

2.1外加劑對水泥靜漿流動度的影響

圖1～圖4分別為20℃和80℃條件下，在不同外加劑變化條件下對P.Ⅱ52.5和 P.O 42.5兩種硅酸鹽水泥靜漿5min、30min和60min流動度的變化。

如圖1～圖4所示，P.O42.5和 P.O42.5兩種水泥靜漿的流動度，隨著聚羧酸外加劑摻量的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。靜漿流動度發(fā)生變化的拐點為1.2%，可見本試驗中外加劑摻量的飽和點為1.2%左右。在飽和點以前，兩種靜漿的經(jīng)時流動度都持續(xù)增長，沒有損失，其主要原因可能是：(1)水化初期水泥顆粒對高效減水劑的吸附并不完全，吸附過程的持續(xù)進行保證了漿體經(jīng)時流動度的持續(xù)增長；(2)JM-Ⅲ型高效減水劑的緩凝成分延緩了水泥顆粒水化的速率，使得漿體經(jīng)時流動度沒有損失。當高于飽和點摻量時，P.Ⅱ52.5硅酸鹽水泥漿經(jīng)時流動度開始損失，而P.O42.5硅酸鹽水泥漿經(jīng)時流動度繼續(xù)增長，當摻量達到2.0%時，水泥漿經(jīng)時流動度才開始損失，但是兩種水泥漿經(jīng)時損失都不大。

當水泥溫度為20℃時，在高效減水劑各種摻量條件下，兩種硅酸鹽水泥漿都表現(xiàn)出較大的流動度，可知聚羧酸外加劑對兩種水泥都具有較好的分散作用。當水泥溫度為80℃時，同摻量的硅酸鹽水泥漿的流動度出現(xiàn)大幅下降，摻量較小時，減小率達到最大值，為54.5%。試驗結果表明當水泥溫度升高時，聚羧酸外加劑對水泥顆粒的分散作用減弱，宏觀上表現(xiàn)為水泥漿流動度大幅下降。

當水泥溫度相同和聚羧酸外加劑摻量相同時，P.O42.5硅酸鹽水泥能表現(xiàn)出比P.Ⅱ52.5硅酸鹽水泥更高的流動度。如圖1和圖2所示，水泥溫度為20℃條件下，摻量為1.2%的P.Ⅱ52.5硅酸鹽水泥漿5min流動度大致等于摻量為0.8%的P.O 42.5硅酸鹽水泥，為200mm左右?？赡茉蚴荘.Ⅱ52.5硅酸鹽水泥細度要高于P.O42.5硅酸鹽水泥，要獲得同樣流動度，需要更多的聚羧酸外加劑[3]。

JM-Ⅲ型高效減水劑與P.O 42.5、 P.Ⅱ52.5兩種硅酸鹽水泥都具有較好的相容性，但是從水泥漿試驗結果分析，P.O42.5硅酸鹽水泥與聚羧酸外加劑的適應性要優(yōu)于P.Ⅱ52.5水泥。

2.2外加劑對混凝土性能的影響

2.2.1兩種水泥混凝土的坍落度比較試驗

圖5和圖6分別為兩種硅酸鹽水泥混凝土，隨著外加劑摻量的變化，坍落度和1h坍落度的試驗對比結果。

由圖5和圖6可知：隨著聚羧酸外加劑摻量的增大，兩種硅酸鹽水泥混凝土的坍落度都呈增長趨勢。在外加劑摻量較低時，兩種水泥混凝土已經(jīng)表現(xiàn)出較高的坍落度，并且隨著外加劑摻量的增加，混凝土初始坍落度的提高效果也比較明顯，當初始坍落度達到200mm以上后，增加聚羧酸外加劑用量對提高坍落度效果不大，但可以繼續(xù)提高混凝土流動性和坍落度保持性能。而且，試驗中還發(fā)現(xiàn)，如果聚羧酸外加劑過飽和，混凝土也容易出現(xiàn)泌漿和沉底現(xiàn)象。

圖7為兩種水泥混凝土(P.O42.5和 P.Ⅱ52.5)1h坍落度損失，由圖7可知，隨著外加劑摻量的增大，混凝土1h坍落度損失呈先減小后增大的趨勢，并且P.O 42.5水泥混凝土的坍落度損失要好于 P.Ⅱ52.5水泥混凝土。當外加劑摻量較低時，兩種水泥混凝土坍落度損失較大，在60mm～80mm之間；當外加劑摻量增大時，1h坍損在20mm左右。這表明：本試驗采取摻量為1.2%的外加劑時，兩種硅酸鹽水泥混凝土能具有很高的初始坍落度，而且能保證坍落度經(jīng)時損失較小，其主要原因有兩方面：(1)由于聚羧酸外加劑的高效減水作用和高品質的粉煤灰火山灰活性效應，使得這種高性能混凝土體現(xiàn)出優(yōu)良的工作性能；(2)聚羧酸外加劑中的緩凝成分能延緩C3S的水化[4]，因此大量的外加劑可用于硅酸鹽相的分散，正是由于這種分散作用和對初期水化的抑制作用，使吸附水和結合水減少，而游離水增多。因此，在提高漿體流動性的同時，還能減小坍落度的損失。

2.2.2兩種硅酸鹽水泥混凝土強度比較

圖8和圖9分別為P.Ⅱ52.5 和P.O42.5兩種硅酸鹽水泥混凝土3d、11d和28d強度，在不同的聚羧酸外加劑摻量時的試驗結果。根據(jù)試驗結果可知，兩種硅酸鹽水泥混凝土3d強度都達到了30～50MPa，28d強度達到了50～80MPa?？梢娋埕人嵬饧觿╇m然能延緩水泥水化過程，但并不影響早期強度的增長，而且由于粉煤灰的火山灰活性以及高效減水劑使用后使水膠比降低，混凝土28d強度也較高。

從圖8和圖9的分析結果看，P.Ⅱ52.5水泥混凝土3d強度都在50MPa左右，11d強度都在60MPa左右；而P.O42.5水泥混凝土3d強度，除了摻量為0.5%的混凝土強度較低外(34MPa)，其余各摻量混凝土強度都在45MPa左右。這表明：水泥品種和外加劑摻量變化對混凝土早期強度的影響不大。并且通過對兩種水泥混凝土后期強度的比較可知：P.Ⅱ52.5水泥混凝土比P.O 42.5水泥混凝土后期強度增長更明顯，這說明聚羧酸外加劑對高標號水泥混凝土的后期強度增長發(fā)展作用更大。

3結 論

1、對于目前蘇通長江公路大型橋梁使用的P.Ⅱ52.5和 P.O 42.5硅酸鹽水泥，試驗用的聚羧酸系外加劑，其水泥漿流動度試驗結果具有較好的穩(wěn)定性，反映了聚羧酸外加劑與這兩種水泥具有較好的相容性，但聚羧酸外加劑摻量對其與水泥的相容性有一定的影響。在所試驗的水泥溫度范圍內，隨著水泥溫度升高，水泥漿流動度大幅下降，但是沒有出現(xiàn)經(jīng)時流動度損失的情況。對于本試驗所用的兩種水泥，聚羧酸外加劑存在一個最佳摻量。

2、在最佳摻量左右時，兩種水泥混凝土能保持很高的坍落度和較小的坍落度損失。對于兩種水泥，聚羧酸外加劑混凝土的強度發(fā)展規(guī)律基本一致。聚羧酸外加劑摻量變化對混凝土早期強度影響不大，對后期強度增長影響較大，特別是高標號水泥混凝土后期強度增長更為明顯。

參考文獻

1 梅順康.混凝土外加劑及其應用技術.機械工業(yè)出版社[M].北京：2004.8：84.

2 安同富，劉建江等.聚羧酸外加劑與水泥適應性試驗研究[J].混凝土，2006,4：34.

3 陳建奎.混凝土外加劑原理與應用 (第二版)[M].北京：中國計劃出版社，2004：263.

4 汪瀾.水泥混凝土組成、性能、應用[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2004：225.