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(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)在1990年第一屆高性能混凝土研討會(huì)上首次提出并定義了高性能混凝土，至今20多年的時(shí)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(lái)自內(nèi)部或外部因素的破壞;同時(shí)還要有合適的流動(dòng)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(guò)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(dòng)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(kāi)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(guó)混凝土材料專家進(jìn)行了大量的研究、開(kāi)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(lái)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(kāi)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(gè)小時(shí)、幾十萬(wàn)立方米的大體積的現(xiàn)代化的高速高效施工。同時(shí)因具有良好的流動(dòng)性，混凝土澆筑還能實(shí)現(xiàn)無(wú)振動(dòng)無(wú)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(dòng)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(duì)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?；蛘咚w粒的極性表面有較強(qiáng)的親合力。

帶電荷的減水劑通過(guò)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(guò)范德華力和氫鍵的共同作用吸附在水泥顆粒表面，沒(méi)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(duì)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(shù)等人在對(duì)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(rùn)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(jí)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(lái)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(jiàn)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(duì)強(qiáng)化水泥砂漿的作用，試驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 萘系、聚羧酸系減水劑對(duì)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(duì)強(qiáng)化水泥砂漿的作用;但是當(dāng)與高分子材料白膠同時(shí)使用對(duì)改善水泥砂漿的強(qiáng)度沒(méi)起到明顯的作用，說(shuō)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(shuō)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?jī)煞N高效減水劑對(duì)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(shuō)明當(dāng)白膠的含量降低時(shí)，高效減水劑的減水效果以及對(duì)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(duì)強(qiáng)化水泥砂漿的作用，試驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)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(shuō)明兩種高效減水劑對(duì)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(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣。在未來(lái)的一段時(shí)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(duì)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(guò)大量的試驗(yàn)證明了高效減水劑對(duì)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(shí)，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(shí)，更能比較明顯的提高水泥砂漿強(qiáng)度值，同時(shí)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(wèn)題，例如當(dāng)水泥砂漿為更好的提高其強(qiáng)度值的時(shí)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(shí)候，其強(qiáng)度不但沒(méi)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(duì)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(shí)，水泥砂漿的強(qiáng)度會(huì)有所增高，但是本文的試驗(yàn)結(jié)果卻沒(méi)能證明其結(jié)論，因此仍需更多的試驗(yàn)來(lái)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(yáng):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)