论改善混凝土外掺剂与水泥适应性的措施

  商品混凝土，特别是大流动性混凝土及低水胶比的高强高性能混凝土，在运输和施工过程中，由于外加剂与水泥适应性不良造成的坍落度损失过快，其不但影响混凝土的施工速度、施工质量，甚至造成无法泵送施工，而且还会影响硬化混凝土的质量，从而提出了各种改善外加剂与水泥适应性来控制混凝土坍落度损失的方法。

  1、新型高性能减水剂的开发应用

  从20世纪60年代以来，高效减水剂的主要代表产品有萘磺酸盐甲醛缩合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物，由于它们的减水率高，特别是萘系减水剂的价格适中，目前仍是国内外使用的高效减水剂，从减水剂的分子结构来看，萘系和蜜胺树脂系高效减水剂均为线型聚合物分子，并且分子中只有一种极性基团（磺酸基-SO3-）；从作用机理的5个方面的作用力来看，其中两种高效减水剂主要以静电斥力为主，其他几种作用力均较小。具有以上分子结构及减水剂作用机理特点的这两种高效减水剂，其共同的缺陷是与水泥的适应性不太好，混凝土坍落度损失快。为了克服萘系及蜜胺树脂系高效减水剂的缺陷，国内外广泛开展了新型高效减水剂的研究与开发工作。新型高效减水剂应具有以下特点：碱含量低、掺量低、减水率高、增强作用大、与水泥适应性好、不离析、不泌水，能很好地控制混凝土的坍落度损失。

  新型高效减水剂的作用机理应尽可能包括：①降低水泥颗粒固液界面能作用；②静电斥力作用；③空间位阻斥力作用。

  水化膜润滑作用等多种作用力。分子结构应尽可能具有：①脂肪羟基和芳香羟基共同构成的非极性基团；②尽可能具有梳型支链高分子结构：③一个聚合物分子链上应同时具有多种极性基团（如羟基、醚基、羧基、磺酸基等）。

  依据新型高效减水剂应有的特点，通过分子设计理论，目前国内外新型高效减水剂的合成方法有两种，一种是氨基磺酸盐系高效减水剂的合成工艺，即通过遴选价格便宜的带羟基、羧基、磺酸基的多种单体，加入甲醛，在一定的条件下经过缩聚反应形成高分子聚合物。由于氨基、羟基能与水形成氢键，故该类高效减水剂具有较强的“降低水泥颗粒固液界面能作用”、“静电斥力作用”和“水化膜润滑作用”以及一定的“空间位阻斥力作用”。其具有以上分子结构及作用机理特点的高效减水剂的减水率高，与水泥适应性好，能很好地控制混凝土的坍落度损失。另一种是聚羧酸盐系高效减水剂的合成工艺，既通过选择带有羧酸基、羟基、醚基、磺酸基等极性基的多种不饱和单体，在引发剂的作用下产生共聚反应，形成具有梳型支链结构的高分子共聚物。羧基、羟基、醚基均能与水形成氢键，故该类减水剂的分散减水作用机理主要以“空间位阻斥力阻力”和“水化膜润滑作用”为主，并具有一定的“降低水泥颗粒固界面能作用”和“静电斥力作用”，具有该分子结构及作用机理特点的聚羧酸减水剂的掺量低、减水率高、增强作用大、与水泥适应性好，能很好地控制混凝土的坍落度损失。

  因此，新型高效减水剂的开发，应将氨基磺酸盐系高效减水剂的单体缩聚原理与聚羧酸盐系高效减水剂的不饱和单体共聚原理在合成工艺过程有机的结合起来，通过试验，遴选价格便宜的带羟基、羧基、磺酸基的多种单体（非极性基包括脂肪羟基和芳香羟基），通过缩聚和共聚反应合成性能优异、掺量低，而且价格适中的新型高效减水剂。

  2、外加剂的复合使用

  通过外加剂的复合使用，提高减水剂与水泥的适应性，从而控制混凝土的坍落度，这是普遍使用的一种简单而经济的方法。该方法主要包括：①高效减水剂与缓凝剂或缓凝减水剂的复合使用，主要通过缓凝组分的缓凝作用抑制水泥的早期水化反应，从而减小混凝土的坍落度经时损失；②减水剂与引气剂复合使用。主要通过引入大量微小气泡，增大混凝土拌和物的流动性。同时增大黏聚性，减小混凝土的离析、泌水；③减水剂与减水剂的复合使用，通过协同效应和超叠加效应。提高减水剂与水泥的适应性。

  从减水剂作用机理可以看出，不同品种的减水剂。特别是聚合物分子中所含的极性基团不同的减水剂，其作用机理所包含的作用力种类及各个作用力的大小会不同。同时不同品种的水泥。其细度以及各组成矿物的性质及含量，特别是石膏的晶体结构、性质及含量又不尽相同。因此，高效减水剂与水泥之间的适应性存在着以下3种情况：①不同种类的高效减水剂，对同一种水泥的适应性可能不同；②同一种类的高效减水剂，对不同水泥的适应性可能不同；③不同厂家生产的同种高效减水剂，由于其含杂量、聚合度、平均分子量以及分子量的分布特征等可能不同，所以对同一种类水泥的适应性可能不同。

  由此可见，所谓与水泥适应性好，能有效控制混凝土坍落度经时损失的高效减水剂，也仅是与之具有良好适应性的水泥品种多一些。事实上，很难发明一种与各种水泥都具有良好适应性，能够完全控制各种水泥混凝土坍落度2h经时损失的新型高效减水剂。但在研究新型高校减水剂以及新的控制混凝土坍落度经时损失方法的同时，广泛采用复合使用各种外加剂，不失为一种控制混凝土经时损失的切实可行、经济有效的方法。尤其是总掺量不变的前提下复合使用高效减水剂是提高高效减水剂与水泥适应性，有效地控制混凝土坍落度经时损失的一种重要方法。

  3、减水剂的掺入方法

  减水剂的掺入方法对其减水效果、适宜掺量、节约水泥量以及对混凝土拌和物的离析泌水性能、凝结时间和硬化混凝土的增强效果等均有不同程度的影响。

  4、适当增硫法

  在工程施工中，有时会遇到使用高浓萘系减水剂（Na2SO4含量低于5％），混凝土坍落度损失很快，而改用低浓萘系减水剂（Na2SO4含量15％），混凝土坍落度损失会大大降低。出现这种现象，可能是因为水泥浆中缺硫，即水泥水化初期，水泥浆液相中溶解的硫酸根离子浓度低，掺用低浓萘系减水剂后。可带入一定量Na2SO4，从而增加了水泥水化初期液相中硫酸根离子浓度的缘故。

  水泥中SO2的作用是水泥水化初期抑制C3A迅速水化，从而调节水泥凝结时间。SO3抑制C3A的水化速度还与水泥浆的W／C有关，当W／C较小时，由于水泥浆中水量少，SO3溶出量不足，而此时如果水泥中C3A含量高，且比表面积又较大时，水泥水化速度加快，C3A与石膏会争夺水分；若水泥中SO3含量较低。浆液中溶出硫酸根离子不足，此时减水剂与水泥适应性会变差，混凝土坍落度损失加快，甚至出现急凝现象。

  如果确信坍落度损失快是由于水泥浆中“缺硫”引起的，可通过适当“增硫法”，即适当增加外加剂中硫酸盐含量的方法，提高减水剂与水泥的适应性，从而控制混凝土坍落度损失。

  5、适当调整混凝土配合比

  混凝土拌和物初始坍落度大小对坍落度2h经时损失速度影响很大。通常初始坍落度值小，坍落度2h经时损失速度大；而随着初始坍落度值增大，2h特别是1h坍落度经时损失速度减小。因此，对于运程较远的商品泵送混凝土，如果出现坍落度损失过快，而通过调整外加剂配方及掺量的方法，又不能很好地解决问题，或者虽能解决问题，但成本太大，在这种情况下。则可能通过适当调整混凝土配合比（包括浆量多少、砂率大小等），在原裁设计值的基础上的在充分保证硬化混凝土的各种性能的前提下，适当增大混凝土的初始坍落度，也不失为一种解决工程中紧急事件的应急方法。