陳泗桂

（福建省漳州市龍池混凝土工程有限公司，福建 漳州 363107）

影響減水劑在混凝土中使用性能的因素

陳泗桂

（福建省漳州市龍池混凝土工程有限公司，福建 漳州 363107）

本文通過(guò)總結(jié)筆者在工作中遇到的實(shí)例，針對(duì)混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，影響減水劑使用效果的因素進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，說(shuō)明混凝土中各原材料與減水劑的不相適應(yīng)是造成混凝土出現(xiàn)坍落度損失嚴(yán)重、流動(dòng)性差等無(wú)法滿(mǎn)足施工要求的主要因素。

坍落度；減水劑；混凝土

混凝土出現(xiàn)坍落度損失嚴(yán)重、流動(dòng)性差、凝結(jié)時(shí)間短等問(wèn)題無(wú)法滿(mǎn)足施工要求，成了商品混凝土公司最棘手的問(wèn)題。從近幾年的混凝土生產(chǎn)情況來(lái)看，出現(xiàn)這些情況大多都是減水劑與水泥不適應(yīng)造成的。出現(xiàn)上述情況，很多混凝土公司都把矛頭指向減水劑公司，減水劑公司作為材料供應(yīng)商，敢怒不敢言，只能硬著頭皮天天配合混凝土公司試驗(yàn)室做試驗(yàn)。然而很多時(shí)候，減水劑是無(wú)辜的。減水劑與水泥不適應(yīng)而致使商品混凝土失去工作性能，既有減水劑本身成分方面的因素，也有水泥自身的礦物組成、比表面積、混凝土摻合料的種類(lèi)，還有骨料的級(jí)配等多方面因素所致。本人畢業(yè)于福建建筑學(xué)校（原：福建建材工業(yè)學(xué)校）硅酸鹽專(zhuān)業(yè)（重點(diǎn)為水泥），先后在水泥廠(chǎng)、管樁公司、商品混凝土公司工作過(guò)，與水泥打交道二十幾年，同時(shí)作為減水劑的使用者，與減水劑打交道也有十幾年，長(zhǎng)期與減水劑公司一起做試驗(yàn)，對(duì)減水劑在水泥制品行業(yè)、商混中的應(yīng)用有很深的體會(huì)。商品混凝土公司不同于其他行業(yè)的是，它對(duì)混凝土工作性能從生產(chǎn)開(kāi)始到結(jié)束及運(yùn)輸距離都有要求，因此須對(duì)減水劑提出來(lái)更多更具體的要求，正是因?yàn)檫@樣，混凝土一量出現(xiàn)坍落度損失嚴(yán)重等問(wèn)題，大家習(xí)慣于把矛頭指向減水劑公司。

現(xiàn)在筆者用幾個(gè)切身體會(huì)和簡(jiǎn)單的實(shí)例與大家一起探討一下影響商品混凝土減水劑使用性能的因素及解決方法。

1 水泥的礦物組成對(duì)減水劑的影響

水泥的礦物組成為鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）、硅酸三鈣（3CaO·SiO2）、硅酸二鈣（2CaO·SiO2）和鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3），水化速度最快的是鋁酸三鈣，其次是硅酸三鈣，再次是硅酸二鈣，最后是鐵鋁酸四鈣。根據(jù)一般回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的水泥熟料來(lái)看，水泥礦物組成一般見(jiàn)表 1。

表 1 水泥礦物的組成表

從與減水劑的反應(yīng)情況來(lái)看，礦物自身微觀(guān)結(jié)構(gòu)確定了此種關(guān)系，鋁酸三鈣吸附減水劑速度最快，其次是硅酸三鈣，這是影響減水劑與水泥適應(yīng)性的重要因素。從本人多年的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，水泥中的 C3A、C3S 含量如控制在以下范圍內(nèi)（見(jiàn)表 2）：

表 2 水泥成分經(jīng)驗(yàn)控制表

在上述范圍內(nèi)時(shí)，C3S 和 C3A 含量控制，加入適量的二水石膏生產(chǎn)出的水泥，添加各種減水劑配制出的商品混凝土和易性都較好，坍損也較小，一般都能滿(mǎn)足施工要求。如果以上兩種成份有一種超過(guò)這個(gè)范圍或者兩種成份都超過(guò)了范圍，就很容易出現(xiàn)減水劑與水泥適應(yīng)性不好的情況，所生產(chǎn)的混凝土坍損嚴(yán)重，是很難滿(mǎn)足施工要求的。

舉例：我公司長(zhǎng)年使用福建科之杰新材料集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的 Point-800S 聚羧酸減水劑（緩凝型），該減水劑在多年使用過(guò)程中都較為穩(wěn)定，已獲得很不錯(cuò)的效果。但在做試配時(shí)，發(fā)現(xiàn)使用相同的減水劑、相同的摻量，使用福建省某廠(chǎng)家 A 的 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥和福建省某廠(chǎng)家 B 的P·O42.5 普通硅酸鹽水泥。初始狀態(tài)都正常，但某廠(chǎng)家 A 的水泥配制的混凝土 60 分鐘后損失 20mm，而某廠(chǎng)家 B 的水泥配制的混凝土 60 分鐘后損失竟達(dá)到 100mm 以上。根據(jù)本人多年的工作經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該不是減水劑的問(wèn)題，而是水泥的礦物組成引起的問(wèn)題。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)某廠(chǎng)家 A 生產(chǎn)的水泥 C3A 含量為7.2%，某廠(chǎng)家 B 生產(chǎn)的水泥 C3A 含量為 11.2%。

水泥礦物成分中鋁酸三鈣對(duì)減水劑的影響是最明顯的，近幾年來(lái)，水泥廠(chǎng)為了提高水泥的 3d 強(qiáng)度，一般方法是提高鋁酸三鈣含量，這給減水劑的應(yīng)用帶來(lái)了不少麻煩。為此我們與該廠(chǎng)協(xié)商，務(wù)必將鋁酸三鈣控制在 8% 以下。已入庫(kù)的水泥只能通過(guò)大幅提高減水劑摻量，在水膠比不變的情況下提高膠凝材料用量，增大混凝土出廠(chǎng)坍落度，使混凝土經(jīng)過(guò)運(yùn)輸損失后到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)候還有流動(dòng)性，以此保證施工要求，但增加了成本，這種處置辦法只是權(quán)宜之計(jì)，不能長(zhǎng)期使用。由此可見(jiàn)鋁酸三鈣的含量是不能過(guò)高的，否則不論是對(duì)萘系類(lèi)的減水劑還是聚羧酸類(lèi)的減水劑，都會(huì)使得水泥與減水劑不適應(yīng)。所以配制商品混凝土的時(shí)候，需要留心水泥中鋁酸三鈣乃至其他所有成分的含量變化。

2 水泥的比表面積對(duì)減水劑的影響

GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的細(xì)度用比表面積表示時(shí)，其比表面積不小于 300m2/kg[1]，從混凝土的耐久性能方面考慮，水泥比表面積不宜超過(guò) 350m2/kg。但大多數(shù)水泥廠(chǎng)比表面積的控制值都在370～380m2/kg，有的甚至高達(dá) 400m2/kg 以上。水泥的比表面積直接影響到水泥顆粒對(duì)減水劑分子的吸附。使用相同摻量的減水劑，水泥比表面積越大時(shí)，水泥顆粒與水接觸的面積越大，水泥水化所需的水越多，在水膠比不變的條件下，水泥顆粒之間的自由水相應(yīng)減少，漿體流動(dòng)性變差，水泥比表面積越大，水泥細(xì)顆粒多，水泥的水化速度加快，也加快了水化產(chǎn)物絮狀結(jié)構(gòu)的形成，迅速使水泥漿體流動(dòng)性變差，減水劑就無(wú)法充分發(fā)揮作用。

3 礦物摻合料對(duì)減水劑的影響

（1）煤矸石

現(xiàn)在的水泥企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)使用一些廢棄礦物替代原有的摻合料，這是利國(guó)利民無(wú)可厚非的，這些次要成份含量不是很高，但它的影響不容小覷。

例如煤礦產(chǎn)業(yè)、隧道工程生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中排放的煤矸石棄置不用，占用大片土地。為減少粘土開(kāi)挖，保護(hù)環(huán)境，充分利用礦物廢料，水泥成份中就多了一個(gè)不大起眼的成分——煤矸石。煤矸石是一類(lèi)多孔骨料，它的多孔特性使它直接吸附大量減水劑。自燃或人工煅燒過(guò)的煤矸石可作為水泥生產(chǎn)的活性混合材料，用于生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥。它的摻量要控制在一定范圍，如摻量在 5% 左右時(shí)不影響混凝土的坍損，摻量在 10% 左右時(shí)混凝土的坍損相當(dāng)嚴(yán)重，一旦摻量達(dá)到 20% 左右時(shí)，減水劑完全無(wú)法發(fā)揮作用，坍落度是會(huì)完全損失的。

舉例：本公司在生產(chǎn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)員反映，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的混凝土無(wú)法卸料，試驗(yàn)室立即組織人員調(diào)查原因，經(jīng)檢查，配合比輸入無(wú)誤，電腦計(jì)量偏差正常，操作臺(tái)反應(yīng)無(wú)異常，出廠(chǎng)混凝土坍落度控制在 200mm 左右，只是新進(jìn)廠(chǎng)一批水泥。這家水泥廠(chǎng)是老供應(yīng)商，以往使用過(guò)程都是正常的，于是筆者猜測(cè)水泥廠(chǎng)調(diào)整了配方?jīng)]有及時(shí)提醒我方。經(jīng)與水泥廠(chǎng)試驗(yàn)室溝通，該水泥廠(chǎng)近期把用于水泥生產(chǎn)中的礦物摻合料煤矸石摻量由原來(lái)的 5% 提高到 10%。為此，我們與水泥廠(chǎng)協(xié)商把煤矸石摻量恢復(fù)到原來(lái)的摻量，盡量把煤矸石的摻量控制在 5% 以下。后來(lái)的水泥在生產(chǎn)過(guò)程中又恢復(fù)正常了。

（2）粉煤灰

商品混凝土公司為了提高混凝土的流動(dòng)性、改善可泵性、降低水化熱，提高后期強(qiáng)度，一般都會(huì)在混凝土中摻入粉煤灰。粉煤灰的摻量是有嚴(yán)格的規(guī)范限制的，無(wú)論是在水泥廠(chǎng)還是在商混公司，使用粉煤灰做為摻合料時(shí)，對(duì)粉煤灰的質(zhì)量是有嚴(yán)格要求的，特別是粉煤灰中的含碳量。因碳元素對(duì)減水劑的吸附作用很大，含碳量過(guò)高，吸附減水劑比較厲害，導(dǎo)致減水劑無(wú)法發(fā)揮作用，直接影響到混凝土工作性能。Ⅰ 級(jí)粉煤灰含碳量很低，與減水劑適應(yīng)性沒(méi)有影響，Ⅱ級(jí)粉煤灰對(duì)減水劑適應(yīng)性也沒(méi)有太大影響，如 Ⅱ 級(jí)粉煤灰含碳量較高，已接近 Ⅲ 級(jí)灰時(shí)，就會(huì)對(duì)減水劑適應(yīng)性產(chǎn)生影響。所以規(guī)范規(guī)定商品混凝土必須使用 Ⅱ 級(jí)以上的粉煤灰，Ⅲ 級(jí)粉煤灰是不能在商品混凝土中使用的。

4 骨料對(duì)減水劑的影響

（1）碎石

碎石作為混凝土中的粗骨料，應(yīng)該嚴(yán)格控制含泥量。含泥量超過(guò) 3%，要達(dá)到相同的坍落度，需要增加單位用水量和減水劑摻量。泥里的粘性顆粒會(huì)吸附減水劑，導(dǎo)致減水劑性能大打折扣，如含泥量嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)，即使通過(guò)增加用水量和減水劑摻量來(lái)提高初始坍落度，混凝土坍落度損失也是極快，20 分鐘左右就會(huì)損失過(guò)半。

（2）砂

河砂是自然界提供的良好細(xì)骨料，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的水流沖刷研磨，表面較平滑、級(jí)配好，一般含泥量也較小，幾乎對(duì)減水劑沒(méi)多大影響。當(dāng)使用人工砂時(shí)，石粉含量控制在 10% 左右，將很好地改善混凝土的和易性，關(guān)鍵是控制亞甲藍(lán) MB值。經(jīng)多年使用體驗(yàn)上看，如人工砂的細(xì)顆粒含量過(guò)多，將增加單位用水量和減水劑的用量，且拌出的混凝土拌合物較粘，流動(dòng)性差，混凝土坍落度損失也增大。

舉例：近幾年福建省鼓勵(lì)使用人工砂，這是個(gè)很好的政策，我公司開(kāi)始逐步使用人工砂，使用過(guò)程中也是經(jīng)歷了一些波折。曾經(jīng)使用一批細(xì)度模數(shù)為 2.6 左右的人工砂，在同一批減水劑、相同摻量的情況下，拌出的混凝土坍落度損失相當(dāng)大，我們立即組織人員取樣試配驗(yàn)證，兩種人工砂的級(jí)配如下（見(jiàn)表 3），并制作了骨料最佳級(jí)配圖（見(jiàn)圖 1）。

用這兩種人工砂做試配對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表 4。

由此可見(jiàn)，砂的級(jí)配不好，尤其是細(xì)顆粒偏多時(shí)，細(xì)顆粒將大量吸附減水劑，使混凝土的流動(dòng)性變差，坍落度損失嚴(yán)重。

表 3 人工砂級(jí)配表

圖 1 細(xì)骨料最佳級(jí)配圖

表 4 人工砂試配結(jié)果

5 材料溫度對(duì)減水劑的影響

要配制優(yōu)質(zhì)混凝土，材料溫度是必須要考慮進(jìn)去的。溫度越高，反應(yīng)活化分子數(shù)增多，化學(xué)反應(yīng)隨著溫度的升高而越來(lái)越激烈，水化反應(yīng)也不能逃離這個(gè)規(guī)律。特別是夏季，太陽(yáng)暴曬后原料本身溫度較高，會(huì)導(dǎo)致水化反應(yīng)加快，引起坍落度損失增大，所以高溫季節(jié)要注意對(duì)砂石、粉罐的遮陰降溫。水泥要控制入罐溫度，一般控制在 65℃ 以下。

在上述探討的眾多因素中，本人認(rèn)為，水泥與減水劑的適應(yīng)性問(wèn)題尤為重要，如果是其他材料出了問(wèn)題，都可以在較短時(shí)間內(nèi)得到解決。而水泥一旦出現(xiàn)問(wèn)題，即使各方努力尋找到原因，也不能立即更改水泥廠(chǎng)的配方。再者說(shuō)來(lái)，如果要變更水泥品牌，也不是一天兩天可以完成的。

早在上個(gè)世紀(jì) 60～70 年代，日本人就針對(duì)水泥與減水劑適應(yīng)性的問(wèn)題探討過(guò)，且得到了有效解決。由于日本生產(chǎn)水泥的公司不多，就十幾家，生產(chǎn)減水劑的公司也是屈指可數(shù)的幾家，分別隸屬各自類(lèi)別的協(xié)會(huì)。一旦發(fā)生減水劑與水泥無(wú)法適應(yīng)的事情，兩個(gè)協(xié)會(huì)就聯(lián)合邀請(qǐng)各種專(zhuān)家展開(kāi)研討、分析原因并仲裁，找出原因就徹底給予改進(jìn)。由于重視程度非常高，處置效率也很高，所以從那時(shí)起日本就很少再發(fā)生水泥與減水劑不適應(yīng)的現(xiàn)象了。筆者猜測(cè)他們是建立了一種系統(tǒng)，徹底研究了每一種成分對(duì)生產(chǎn)出來(lái)的混凝土的影響。由于我國(guó)的情況不同，我國(guó)水泥廠(chǎng)萬(wàn)千家，減水劑廠(chǎng)家也有上千家，一個(gè)小小的商品混凝土公司可能使用著三四種水泥、兩三種減水劑，各協(xié)會(huì)也不可能出面解決這些事情。再說(shuō)，我國(guó)水泥行業(yè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只做了下限規(guī)定或者不做規(guī)定，例如比表面積、礦物組成，這就給商品混凝土公司帶來(lái)無(wú)奈的困擾，水泥與減水劑不適應(yīng)大大影響混凝土工作性能，甚至造成工程事故。

作為商品混凝土公司，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、滿(mǎn)足施工要求、減少投訴，應(yīng)選用質(zhì)優(yōu)穩(wěn)定的原材料，以最優(yōu)化的配合比、生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的嚴(yán)格把關(guān)，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的商品混凝土。

[1] GB175－2007 通用硅酸鹽水泥[S]．

[2]外加劑在商品混凝土應(yīng)用中存在的問(wèn)題及解決方法[DB/ OL]．

［通訊地址］漳州市臺(tái)商投資區(qū)東一號(hào)路（363107）

Effect factors on the use performance of reducing agent in concrete

Chen Sigui
(Fujian Province Zhangzhou Longchi Concrete Engineering Co., Ltd., Fujian Zhangzhou 363107)

This paper summarized the examples of the author's work, and made a brief analysis of factors affecting the use effect of reducing agent according to the concrete production process. It showed that the inadaptability between raw material of concrete and the water reducing agent is the main fator causing concrete slump loss, and poor liquidity making concrete can not meet the construction requirements.

slump; reducing agent; concrete

陳泗桂（1974—），女，工程師，硅酸鹽專(zhuān)業(yè)、北京交通大學(xué)公路工程與管理專(zhuān)業(yè)，漳州市龍池混凝土工程有限公司試驗(yàn)室主任。