魏元奮，顧雪

（1. 上海申昆混凝土集團(tuán)景祥混凝土有限公司，上海 200245； 2. 上海嘉華青松混凝土有限公司，上海 200245）

0 前言

近年來(lái)，聚羧酸減水劑由于原料供應(yīng)方便、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單和產(chǎn)品穩(wěn)定等特點(diǎn)，受到生產(chǎn)者和使用者的歡迎。然而，由于我國(guó)地域遼闊，季節(jié)變化明顯，混凝土原材料差異大以及摻合料日益復(fù)雜等多方面的因素，聚羧酸減水劑在混凝土中的應(yīng)用也日益復(fù)雜[1-2]。聚羧酸減水劑在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)砂石材料、外加劑摻量、用水量和環(huán)境溫度的敏感性顯得尤為突出，主要表現(xiàn)在聚羧酸減水劑作用于混凝土?xí)r，常會(huì)出現(xiàn)與水泥、礦物摻合料適應(yīng)性不好、混凝土工作性能不穩(wěn)定、易離析或坍落度較大損失等敏感性問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法滿足施工現(xiàn)場(chǎng)要求，這些都極大地制約了聚羧酸減水劑的推廣與使用[3-4]。

結(jié)合聚羧酸減水劑與二代減水劑（脂肪族、萘系和氨基減水劑）在混凝土中的實(shí)際工程應(yīng)用情況，本文對(duì)不同類型外加劑的敏感性做了對(duì)應(yīng)的比較和研究，通過(guò)外加劑摻量、環(huán)境溫度、混凝土用水量以及原材料變化作為敏感性測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)[5]，得出了不同類型的外加劑在不同條件下的敏感性程度，有利于使用者進(jìn)一步掌握不同減水劑在施工應(yīng)用中的特點(diǎn)和差異性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原材料

測(cè)試原材料Ⅰ：脂肪族減水劑（SAF，五龍新材料），萘系減水劑（SNF，五龍新材料），氨基減水劑（ASP，秦燕化工），醚類聚羧酸減水劑（減水型：PC-1，上海華聯(lián)），醚類聚羧酸減水劑（綜合型：PC-2，上海華聯(lián)），酯類聚羧酸減水劑（PC-3，上海華聯(lián)）。

測(cè)試原材料Ⅱ：水泥：金峰 P·O42.5（C1），盤固 P·O42.5（C2），金山南方 P·O42.5（C3）。天然砂（S1）：細(xì)度模數(shù) 2.5，含泥量≤1%；機(jī)制砂（S2）：細(xì)度模數(shù) 2.7，含泥量 7%；機(jī)制砂（S3）：細(xì)度模數(shù) 2.9，含泥量 9%。粗骨料（G）：5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石。礦粉：S95（SL）。粉煤灰：蘇州婁城（Ⅱ 級(jí) F 類）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 混凝土試驗(yàn)

混凝土試驗(yàn)參照 GB/T 50080—2011《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行，混凝土試驗(yàn)的配合比見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

1.2.2 敏感性評(píng)價(jià)

測(cè)試脂肪族減水劑（ S A F ） 、 萘系減水劑（SNF）、氨基減水劑（ASP）、醚類聚羧酸減水劑（減水型：PC-1，綜合型：PC-2）和酯類聚羧酸減水劑（PC-3）對(duì)外加劑摻量、混凝土用水量、環(huán)境溫度和原材料各種因素的敏感性。敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)

2 結(jié)果與討論

2.1 外加劑摻量對(duì)混凝土敏感性的影響

保持混凝土配合比不變，通過(guò)調(diào)整 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等外加劑摻量，考察外加劑摻量對(duì)混凝土敏感性的影響。

試驗(yàn)方法：以混凝土擴(kuò)展度在 (400±1)mm 為摻量起點(diǎn)，調(diào)整外加劑含量至起點(diǎn)摻量接近，然后進(jìn)行摻量遞增，當(dāng)混凝土擴(kuò)展度在 (600±10)mm 時(shí)，確定該摻量為外加劑的終點(diǎn)摻量。外加劑摻量 k 值= (終點(diǎn)摻量 -起點(diǎn)摻量)/起點(diǎn)摻量。摻量 k 值越大，表示摻量敏感性越小，越不敏感。水泥選用南方水泥，砂子選用河砂，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3 和圖1。

表3 外加劑摻對(duì)混凝土擴(kuò)展度的影響

圖1 外加劑摻量對(duì)混凝土敏感性的影響

從表3 和圖1 可以看出，雖然外加劑起點(diǎn)摻量接近，但是不同類型外加劑的終點(diǎn)摻量差別較大，其中 ASP 摻量終點(diǎn)為 1.6%，終點(diǎn)摻量最低，其中 SNF 的終點(diǎn)摻量最高，為 1.9%，終點(diǎn)摻量最高。不同類型外加劑摻量 k 值由大到小依次為 SNF＞SAF＝PC-3＞PC-2＞ASP=PC-1。由此可得，不同類型類型外加劑中：萘系減水劑 SNF 對(duì)摻量敏感性最低，脂肪族減水劑 SAF 和酯類聚羧酸減水劑 PC-3 對(duì)摻量敏感性次之，氨基減水劑 ASP 和醚類聚羧酸減水劑 PC-1 對(duì)摻量敏感性最高。在聚羧酸減水劑中，PC-1 的摻量敏感性最高，PC-3 的摻量敏感性最低，綜合型 PC- 2 的摻量敏感性居中。

2.2 環(huán)境溫度對(duì)不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響

保持混凝土配合比及外加劑配方不變，通過(guò)調(diào)整環(huán)境溫度差異，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加劑對(duì)新拌混凝土敏感性的影響。

試驗(yàn)方法：當(dāng)混凝土擴(kuò)展度在 (530±10)mm 時(shí)的摻量作為外加劑基準(zhǔn)摻量。保持混凝土配合比及外加劑摻量不變，調(diào)整環(huán)境溫度，分別為 5℃、10℃、20℃、30℃、40℃（試驗(yàn)前，原材料分別在對(duì)應(yīng)溫度存放 12h），在不同環(huán)境溫度下對(duì)比試驗(yàn)，考察不同外加劑在不同環(huán)境溫度下對(duì)混凝土敏感性的影響。擴(kuò)展度差 = 高溫?cái)U(kuò)展度 - 低溫?cái)U(kuò)展度，擴(kuò)展度差值越小，表示環(huán)境溫度敏感性越小，越不敏感。水泥選用南方水泥，砂子選用河砂，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4 和圖2。

表4 環(huán)境溫度對(duì)混凝土擴(kuò)展度的影響

圖2 不同環(huán)境溫度對(duì)混凝土敏感性的影響

從表4 和圖2 可以看出，每一類外加劑在不同環(huán)境溫度下的表象有一定的差異性，其中 PC-1 和 SNF 作用的混凝土隨著溫度變化，其擴(kuò)展度變化最小，說(shuō)明其對(duì)環(huán)境溫度的敏感性最低；醚類聚羧酸 PC-2 作用的混凝土隨著溫度變化，其擴(kuò)展度變化最大，說(shuō)明 PC-2 對(duì)溫度的敏感性最高；可能因 PC-2 屬于綜合型減水，羧基密度較低，在較低溫度下，對(duì)水泥顆粒的吸附和錨固作用較低，隨著溫度的升高，其錨固和吸附作用明顯加強(qiáng)，導(dǎo)致其在不同溫度下初始擴(kuò)展度差異較大。綜合比較：PC-2＞PC-3＞ASP＞SAF＞SNF＝PC-1。

2.3 單方用水量對(duì)不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響

保持混凝土配合比及外加劑配方不變，通過(guò)調(diào)整混凝土單方用水量，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加劑對(duì)新拌混凝土敏感性的影響。

試驗(yàn)方法：當(dāng)混凝土擴(kuò)展度在 (500±10)mm 時(shí)的摻量作為外加劑基準(zhǔn)摻量。保持混凝土配合比及外加劑摻量不變，調(diào)整混凝土單方用水量，基準(zhǔn)用水量 175kg，分別加減 5kg 用水量和加減 10kg 用水量，考察單方用水量對(duì)不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響。擴(kuò)展度差值 = 高用水量擴(kuò)展度 - 低用水量擴(kuò)展度，擴(kuò)展度差值越小，表示用水量敏感性越小，越不敏感。水泥選用南方水泥，砂子選用河砂，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5 和圖3。

表5 用水量對(duì)混凝土坍落度的影響

圖3 單方用水量對(duì)混凝土敏感性的影響

從表5 和圖3 可以看出，單方用水量對(duì)用不同外加劑新拌混凝土的敏感性具有一定的差異性。其中醚類聚羧酸減水劑 PC-1 作用的混凝土，對(duì)于不同用水量，其擴(kuò)展度變化最大，差值達(dá)到 170mm 以上，說(shuō)明醚類聚羧酸減水劑 PC-1 對(duì)混凝土用水量敏感性最大。而萘系減水劑 SNF 和酯類聚羧酸減水劑 PC-3 作用的混凝土擴(kuò)展度差值相對(duì)較小，說(shuō)明在 6 種不同型號(hào)的外加劑，SNF 和 PC-3 對(duì)混凝土用水量敏感性最低。脂肪族減水劑 SAF 和醚類聚羧酸減水劑 PC-2 對(duì)混凝土用水量敏感性居中。

2.4 混凝土原材料對(duì)不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響

保持混凝土配合比及外加劑配方不變，通過(guò)更換水泥品種和機(jī)制砂，查看 SAF、SNF、ASP、PC-1、PC-2、PC-3 等不同外加劑對(duì)新拌混凝土敏感性的影響。

試驗(yàn)方法（1）：混凝土擴(kuò)展度在 (530±10)mm 時(shí)的摻量作為外加劑的固定摻量。保持混凝土配合比及外加劑摻量不變，更換水泥品種，考察混凝土原材料對(duì)不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響。擴(kuò)展度差值 = 適應(yīng)性好的水泥擴(kuò)展度 - 適應(yīng)性低的水泥擴(kuò)展度，擴(kuò)展度差值越小，表示外加劑對(duì)該水泥的敏感性越小，越不敏感。砂子選用河砂，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6 和圖4。

表6 水泥種類對(duì)混凝土擴(kuò)展度的影響

圖4 不同水泥混凝土敏感性的影響

從表6 和圖4 可以看出，更換水泥品種對(duì)用不同外加劑新拌混凝土的敏感性具有一定的影響。從更換水泥后擴(kuò)展度差值可以看出，SNF 的擴(kuò)展度差值最小，說(shuō)明其對(duì)水泥敏感性最小，PC-1 的擴(kuò)展度差值最大，說(shuō)明其對(duì)水泥的敏感性最大。

PC-3、PC-2、PC-1 比 ASF、SNF、ASP 的擴(kuò)展度差值更大，說(shuō)明聚羧酸減水劑敏感性比二代減水劑要大。在聚羧酸減水劑中，PC-3 擴(kuò)展度差值最小，其對(duì)水泥的敏感性最小。

試驗(yàn)方法（2）：混凝土擴(kuò)展度在 (530±10)mm 時(shí)的摻量作為外加劑的固定摻量。保持混凝土配合比及外加劑摻量不變，更換砂的品種，考察混凝土原材料中砂對(duì)不同外加劑新拌混凝土敏感性的影響。擴(kuò)展度差值=河砂的混凝土擴(kuò)展度 - 機(jī)制砂的混凝土擴(kuò)展度，擴(kuò)展度差值越小，表示該砂對(duì)混凝土的敏感性越小，越不敏感。選用南方水泥，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7 和圖5。

表7 砂種類對(duì)混凝土擴(kuò)展度的影響

圖5 不同砂對(duì)混凝土敏感性的影響

從表7 和圖5 可以看出，更換砂的品種對(duì)不同外加劑新拌混凝土的敏感性具有很大的影響，隨著機(jī)制砂含泥量增加，其混凝土減水率、擴(kuò)展度都大幅降低。圖5 中擴(kuò)展度差值最大的為 PC-1，說(shuō)明醚類聚羧酸減水劑 PC-1 對(duì)機(jī)制砂的適應(yīng)性最差，敏感性最大。萘系減水劑 SNF 的擴(kuò)展度差值最小，說(shuō)明其對(duì)含泥量高的機(jī)制砂適應(yīng)性最好。比較 PC-3、PC-2、PC-1 比 ASF、SNF、ASP 的擴(kuò)展度差值也可以看出，對(duì)于含泥量高的機(jī)制砂中，聚羧酸減水劑比二代減水劑的敏感性要大很多。因此，在使用聚羧酸減水劑時(shí)，應(yīng)相對(duì)固定砂石材料的種類、含泥量等，避免其帶來(lái)的敏感性和生產(chǎn)不穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

通過(guò)外加劑摻量、環(huán)境溫度、混凝土單方用水量以及原材料等指標(biāo)對(duì)混凝土原敏感性測(cè)試評(píng)價(jià)得到：

（1）不同類型外加劑的終點(diǎn)摻量差別較大，敏感性從小到大依次為 SNF＜SAF＝PC-3＜PC-2＜ASP=PC-1，萘系減水劑 SNF 對(duì)摻量敏感性最低，氨基減水劑 ASP 和醚類聚羧酸減水劑 PC-1 對(duì)摻量敏感性最高。

（2）環(huán)境溫度對(duì)混凝土敏感性相對(duì)較小，但也有一定的差異性。其中 PC-1 和 SNF 對(duì)環(huán)境溫度的敏感性最低；醚類聚羧酸 PC-2 對(duì)環(huán)境溫度的敏感性最高。

（3）混凝土單方用水量對(duì)混凝土敏感性有一定的差異性：醚類聚羧酸減水劑 PC-1 對(duì)混凝土用水量敏感性最大，而萘系減水劑 SNF 和酯類聚羧酸減水劑 PC-3 對(duì)混凝土用水量的敏感性最小。

（4）不同原材料對(duì)混凝土敏感性影響較大：特別是含泥量較大的機(jī)制砂，對(duì)使用聚羧酸減水劑的混凝土敏感性特別大。所以，在使用聚羧酸減水劑時(shí)，應(yīng)相對(duì)固定砂石材料的種類、含泥量等，避免其帶來(lái)的敏感性和生產(chǎn)不穩(wěn)定性。而聚羧酸減水劑中屬酯類減水劑的對(duì)機(jī)制砂的敏感性最低。不同種類水泥對(duì)混凝土敏感性相對(duì)較小。