外加硫酸根对外加剂性能的影响

摘要 随着混凝土高性能化的不断深入发展，高效减水剂成为提高混凝土性能必不可少的组份，是对混凝土性能影响比较大的因素。近年随着外加剂技术的发展发现有许多因素影响外加剂的性能，其中水泥中硫酸盐含量是一个非常重要的因素，特别是聚羧酸系减水剂对此更是敏感。本文在试验中通过外加硫酸盐的方法研究硫酸盐形态及含量对几种减水剂性能的不同影响，结果发现可溶性硫酸盐对所选定外加剂的性能影响非常明显，而石膏对这几种外加剂几乎没有什么影响。

关键词 硫酸盐 聚羧酸 高效减水剂

0.引言

　　今天，聚羧酸系高效减水剂在混凝土中得到越来越广泛地应用，作为第三代减水剂聚羧酸减水剂有自己独特的优势：①拥有更高的减水率，能保证混凝土在极低水胶比(＜0.25)下保持较好的工作性。然而，聚羧酸减水剂对于混凝土中的各种成分也是非常敏感的，不仅对水泥的物理、化学性能非常敏感而且骨料甚至搅拌方式对其影响也非常大^【1－4】。正因为这些原因聚羧酸减水剂并没有期望中的那样好用，在许多工程中也出现了许多问题。

　　针对于聚羧酸减水剂遇到的这些问题，近年已引起了广泛地关注。其中水泥中的硫酸盐的数量及形态对混凝土减水剂的性能有很大的影响，水泥中的可溶性硫酸盐大部分是在水泥的烧成过程中带入的，加上在粉磨过程中加入的石膏，他们共同提供了水泥早期水化时抑制C₃A水化所需的硫酸根离子。C₃A的早期水化过程在水泥—外加剂体系中是极为重要的，它极大地影响着水泥对外加剂的吸附，以及水泥浆体的流动性。

　　本文将针对硫酸根离子在水泥与减水剂中的作用展开研究。在研究中采用山水集团生产的东岳牌P.I52.5水泥，在较低硫酸根含量的情况下，通过外加硫酸盐来调整水泥—外加剂体系中硫酸根离子的含量，来观察体系中硫酸根离子含量对水泥净浆、砂浆以及混凝土性能的影响。

1. 试验

1.1原材料

　　水泥：山水东岳牌P.I52.5，其化学组成及各率值如下：

　　外加剂：外加剂采用山东华迪建筑科技有限公司生产的PCE(聚羧酸系高效减水剂)、AS、BAF三种外加剂，掺入时均以有效成份计算。

　　硫酸根材料：CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄、K₂SO₄、Na₂SO₄

1.2试验方法

1.2.1水泥净浆流动度

　　试验方法按照GB/T8077-200进行，外加剂掺量分别为PCE 0.2%，AS 0.2%，BAF 0.4%，然后掺入水泥中的硫酸根离子的量分别为水泥质量的0.2％，0.4％，0.6％，0.8％，来评价硫酸根含量变化及硫酸根加入形式变化对水泥浆体的影响。

1.2.2混凝土试验

　　试验方法参照GB8076—97中的规定，坍落度按照GBJ80进行测定，分别检测硫酸根含量变化及硫酸根加入形式变化对混凝土坍落度的影响。混凝土配合比/㎏,m (水泥) ∶m(砂子) ∶m (石子) ∶m (水)＝1：2：2.55：0.45。外加剂掺量分别为PCE 0.2%，AS 0.4%，BAF 0.5%，然后掺入混凝土中的硫酸根离子的量分别为水泥质量的0.2％，0.4％，0.6％，0.8％，来观察硫酸根含量变化及硫酸根加入形式不同对新拌混凝土性能的影响。

2. 结果与分析

2.1水泥净浆试验分析

2.1.1PCE(聚羧酸系高效减水剂)水泥净浆流动度的试验结果如下图所示：

　　由图1可知，硫酸根的加入类型不同对净浆的影响是有区别的，当硫酸根以CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄的形式加入时，对水泥净浆性能几乎没有影响，只是半水石膏加入量多时流动度稍有减少，原因分析是半水石膏与水化合生成二水石膏时消耗了一部分水，即：

CaSO₄·1／2H₂O＋3/2 H₂O=CaSO₄·2H₂O

　　在净浆试验中当硫酸根掺量为0.8％时，若使半水石膏全部转变为二水石膏约耗水0.675g。但当硫酸根以K₂SO₄、Na₂SO₄加入时却引起了水泥净浆流动度的很大变化，当掺到0.2％时达到最优效果，随着掺量的增大，水泥净浆性能越来越差；并且从中可以看出Na₂SO₄的掺入较K₂SO₄效果要好一些。

2.1.2AS高效减水剂水泥净浆流动度的试验结果如下图所示：

　　由图2可知，当硫酸根以石膏的形式加入时结果与PCE(聚羧酸系高效减水剂)水泥净浆流动度的试验结果相同，但以K₂SO₄、Na₂SO₄形式加入时却是净浆随着掺入硫酸根量的增加性能越来越差，没有像PCE高效减水剂中的最佳掺量。并且在这种外加剂中却是K₂SO₄的掺入较Na₂SO₄效果要好与PCE高效减水剂得到的结果正好相反。

2.1.3BAF高效减水剂水泥净浆流动度的试验结果如下图所示：

　　由图3可知，当硫酸根以石膏的形式加入时结果与PCE(聚羧酸系高效减水剂)和AS高效减水剂水泥净浆流动度的试验结果相同。当以K₂SO₄、Na₂SO₄形式加入时随着掺入硫酸根量的增加性能越来越差与AS高效减水剂得到的结果类似，但在掺量小于0.2％时变化速度较AS高效减水剂慢，掺量大于0.4％时变化速度较AS高效减水剂快。

　　可见，在净浆试验中硫酸根的掺入形式及掺量的不同在不同的外加剂中表现出不同的情况，聚羧酸高效减水剂与这种水泥有一个最佳掺量点，而AS、BAF高效减水剂随K₂SO₄、Na₂SO₄掺量的增加而变坏，但变化的程度却不同。

2.2混凝土试验结果分析

2.2.1PCE(聚羧酸系高效减水剂)混凝土试验结果如表2所示：

　　可见，对于PCE聚羧酸高效减水剂CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄所引入的硫酸根对混凝土坍落度几乎没有什么影响。但是Na₂SO₄所带入的硫酸根却引起了混凝土坍落度的极大变化，随着Na₂SO₄的加入混凝土坍落度先增加后减小，保塑性能也是先好后坏，最后硫酸根掺到0.8％时几乎没有什么坍落度了，这与净浆试验的变化顺序是相同的；但是净浆试验是在Na₂SO₄所引入硫酸根掺到0.2％时有最优性能，但在混凝土中却表现为在硫酸根掺量为0.4％时混凝土的初始坍落度及保塑性能最优。

2.2.2AS高效减水剂混凝土试验结果如表3所示：

　　对于AS高效减水剂来说，CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄所引入的硫酸根对混凝土坍落度影响不大，而Na₂SO₄的加入却引起了混凝土坍落度的变化，但远不及PCE减水剂加入Na₂SO₄变化明显，变化趋势与净浆试验结果是相同的。

2.2.3 BAF高效减水剂混凝土试验结果如表4所示：

　　BAF高效减水剂在掺入CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄时结果与PCE、AS高效减水剂结果相同，但Na₂SO₄对其影响却是显著的初始坍落度随着掺量的增加逐渐减小，30min后坍落度变化却与PCE类似也是先好后坏，与净浆试验结果也是不同的。

　　可见，在水泥—外加剂胶凝体系中掺入CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄对混凝土性能影响不大，这个结果与净浆试验表现出的结果相似；而Na₂SO₄对水泥—外加剂胶凝体系影响比较大，并且表现出与净浆试验不太相同的结果。

3. 结论

　　在水泥的化学组成中的硫酸盐特别是可溶性硫酸盐在水泥与外加剂的作用中影响很大。特别是PCE(聚羧酸系高效减水剂)与BAF受其影响最明显，结果表明当水泥的化学组成中含有适当的可溶性硫酸盐时外加剂就表现出很好的性能，一旦硫酸盐超量便会使外加剂与水泥的适应性非常差。

　　当然，像水泥中的C3A含量及形态、可溶性碱含量等水泥的组成因素都对水泥与外加剂的适应性有很大的影响，这些因素的综合影响有待于进一步研究。

参考文献

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