刁文治，趙朋輝

(天津第一市政公路工程有限公司，天津300170)

自美國混凝土協(xié)會(ACI)在1990年第一屆高性能混凝土研討會上首次提出并定義了高性能混凝土，至今20多年的時間內(nèi)，高性能混凝土已廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)。大型的建設(shè)工程不僅要求混凝土具有符合的抗壓、抗折、抗拉、抗彎強(qiáng)度，而且要具有高抗凍性、抗?jié)B性、耐腐蝕性、抗堿－骨料反應(yīng)性、致密性和耐久性，以抵抗各種來自內(nèi)部或外部因素的破壞;同時還要有合適的流動性、成型及水化性能，以滿足多變施工環(huán)境和施工條件的要求。

眾所周知，在混凝土的制備過程中，通常要在其拌合物中或拌合前摻入一定比例的外加劑，以期改變或改善混凝土性能諸如流動性、和易性、早期強(qiáng)度、抗凍性、抗?jié)B性、水化進(jìn)程等。尤其是高性能混凝土的發(fā)展和應(yīng)用更是離不開各種高效外加劑的使用。為滿足和適應(yīng)這些要求，世界各國混凝土材料專家進(jìn)行了大量的研究、開發(fā)和應(yīng)用，不斷地研制各種外加劑及其復(fù)合應(yīng)用，使混凝土的性能改善取得了明顯成效［1］。

混凝土外加劑中，這些年來特別引人注目的是高效減水劑，它的定義是在不影響混凝土和易性、水泥用量不變的條件下，具有減水和增強(qiáng)作用;或在和易性及強(qiáng)度不變條件下，節(jié)約水泥用量的外加劑;一般減水率大于8%的減水劑稱之為高效減水劑。減水劑有很多的功能，分為引氣型減水劑、早強(qiáng)型減水劑、緩凝型減水劑等。它的開發(fā)促進(jìn)了混凝土的高強(qiáng)超高強(qiáng)化，改善了混凝土的施工性能，使泵送混凝土最高高度達(dá)到432 m，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)幾十個小時、幾十萬立方米的大體積的現(xiàn)代化的高速高效施工。同時因具有良好的流動性，混凝土澆筑還能實(shí)現(xiàn)無振動無噪聲的高效文明施工。由于混凝土拌合水量的大幅度降低，又能獲得流動度大(30～60 cm左右，坍落度20 cm以上)，強(qiáng)度達(dá)60～140 MPa，耐久性高優(yōu)質(zhì)混凝土，因而促進(jìn)了混凝土技術(shù)的迅發(fā)展［2］。

1 高效減水劑的作用機(jī)理

大部分減水劑是聚合物電解質(zhì)，相對分子量低，一般在1 500～100 000左右。這些聚合物電解質(zhì)的碳?xì)滏溕蠋в性S多極性官能團(tuán)如:—SO3H、—COOH、—OH、—NH2、—O—等，其中磺酸基—SO3H主要顯示高減水率，氨基—NH2和羧基—COOH等主要顯示優(yōu)良的保坍作用，它們與水顆粒或者水化顆粒的極性表面有較強(qiáng)的親合力。

帶電荷的減水劑通過范德華力或者靜電引力或化學(xué)鍵吸附在水泥顆粒表面，帶極性基的減水劑也能通過范德華力和氫鍵的共同作用吸附在水泥顆粒表面，沒有與水泥顆粒表面作用的極性基隨著氫鍵伸入液相。所不同的分子結(jié)構(gòu)的減水劑，由于其分子量的大小不同，極性性質(zhì)也不同，分子的空間構(gòu)形不同，則其對水泥顆粒分散減水作用力也不盡相同。

混凝土及外加劑專家何廷樹等人在對減水劑的分子結(jié)構(gòu)及其在水泥顆粒表面吸附特性進(jìn)行詳細(xì)的分析的基礎(chǔ)上，將減水劑分散減水作用機(jī)理歸納為以下幾點(diǎn):降低水泥顆粒固掖界面能、靜電斥力作用、空間阻力作用、水化膜潤滑作用、引氣隔離“滾珠”作用［3］。

2 試驗(yàn)研究

2.1 原材料(均選自某橋梁工程實(shí)例)

(1)水泥:選用普通硅酸鹽32.5級水泥。(2)細(xì)集料:潔凈的中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6～3.0 mm。(3)拌合水:采用自來水。(4)減水劑:選用萘系高效減水劑、聚羧酸系高效減水劑(其最佳參量分別為0.7%、0.8%)。(5)礦物摻合料:硅灰、白膠。

3.2 配合比

以下試驗(yàn)數(shù)據(jù)均某橋梁工程中心試驗(yàn)室試驗(yàn)記錄。

(1)同工作性條件下，不同高效減水劑與空白試驗(yàn)比較水泥砂漿強(qiáng)度有關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 水泥砂漿配合比及強(qiáng)度

結(jié)論分析:在相同工作性下，兩種高效減水劑使水泥砂漿的用水量降低，從而水灰比降低，水泥砂漿的強(qiáng)度得到了明顯的提高。

(2)同工作性條件下，改變水泥砂漿成分兩種高效減水劑對強(qiáng)化水泥砂漿的作用，試驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表2 萘系、聚羧酸系減水劑對不同成分水泥砂漿強(qiáng)度值影響

結(jié)論分析:在相同工作性下，高效減水劑與密實(shí)性摻合料硅灰的配合使用更加明顯的闡述了高效減水劑對強(qiáng)化水泥砂漿的作用;但是當(dāng)與高分子材料白膠同時使用對改善水泥砂漿的強(qiáng)度沒起到明顯的作用，說明高效減水劑與高分子材料白膠的不相適應(yīng)性。

(3)為了進(jìn)一步說明B闡述的觀點(diǎn)進(jìn)行以下試驗(yàn):試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果如表3所示。

表3 降低白膠含量兩種高效減水劑對砂漿的強(qiáng)度影響

結(jié)論分析:橫向比較B與C的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，說明當(dāng)白膠的含量降低時，高效減水劑的減水效果以及對強(qiáng)化水泥砂漿的作用明顯提高，證實(shí)B試驗(yàn)的高效減水劑與高分子材料白膠的不相適應(yīng)性。

(4)同工作性條件下，降低砂灰比兩種高效減水劑對強(qiáng)化水泥砂漿的作用，試驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

表4 水泥砂漿配合比及強(qiáng)度

結(jié)論分析:在相同工作性下，降低砂灰比，即水泥砂漿的粘聚性增高，工作性得到改善，兩種高效減水劑同樣明顯的提高水泥砂漿的強(qiáng)度，進(jìn)一步說明兩種高效減水劑對強(qiáng)化水泥石有明顯的作用。

3 結(jié)論

萘系高效減水劑和聚羧酸系高效減水劑由于綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他類型的減水劑，目前國內(nèi)應(yīng)用最廣。在未來的一段時間內(nèi)，也很難有可以完全替代它們的減水劑的產(chǎn)生。

本文從萘系高效減水劑和聚羧酸系高效減水劑對強(qiáng)化水泥砂漿的作用入手，結(jié)合某橋梁工程施工實(shí)例，確定了每種減水劑的最佳減水率，并通過大量的試驗(yàn)證明了高效減水劑對強(qiáng)化水泥砂漿有比較明顯的作用，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:

(1)當(dāng)降低灰砂比時，水泥砂漿的強(qiáng)度增大，高效減水劑的加入同樣的有強(qiáng)化水泥砂漿的作用。

(2)當(dāng)在水泥砂漿中摻加以硅灰為礦物摻合材時，更能比較明顯的提高水泥砂漿強(qiáng)度值，同時也證明硅灰有密實(shí)水泥砂漿的作用，進(jìn)而提高水泥砂漿的強(qiáng)度。

(3)萘系和聚羧酸系這兩種減水劑也有其與高分子物質(zhì)不適應(yīng)的問題，例如當(dāng)水泥砂漿為更好的提高其強(qiáng)度值的時候，在其中加入能夠增強(qiáng)混凝土粘聚性而提高水泥砂漿強(qiáng)度值的高分子材料白膠的時候，其強(qiáng)度不但沒有明顯的升高，反而隨著白膠的摻量的升高而降低。

(4)結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例證明了在單一品種水泥的情況下這兩種高效減水劑對強(qiáng)化水泥砂漿的作用，以及在不同成分水泥砂漿中的應(yīng)用。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，當(dāng)水泥砂漿摻入白膠時，水泥砂漿的強(qiáng)度會有所增高，但是本文的試驗(yàn)結(jié)果卻沒能證明其結(jié)論，因此仍需更多的試驗(yàn)來進(jìn)一步證明。

［1］熊大玉，王小虹.混凝土外加劑［M］.北京:化工出版社，2000:21－34

［2］唐明.現(xiàn)代混凝土外加劑及摻和料［M］.沈陽:東北大學(xué)出版社，1999:14－24

［3］Turcry，P.，Loukili，A.，Barcelo，L.，Casabonne，J.M.，“Can thematurity concept be usedto separate the autogenous shrinkage and thermal deformation of a cement paste at earlyage”［J］;Cement and Concrete Research，Vol.32，N°9

［4］楊靜.建筑材料與人居環(huán)境［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1995

［5］李永德，陳榮軍，李崇智.高性能減水劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向［J］.混凝土，2002(9)