劉洋

【摘 要】 引氣減水劑作為混凝土外加劑的一種產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種混凝土中，它在改善混凝土施工性能、施工環(huán)境以及減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和加快施工進(jìn)度等方面具有不可替代的優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】 引氣減水劑；混凝土工程；應(yīng)用

前言：

80年代以后，引氣減水劑陸續(xù)在機(jī)場(chǎng)工程混凝土中得到應(yīng)用，到現(xiàn)在已經(jīng)成為工程混凝土配比不可或缺的組份（尤其是北方嚴(yán)寒地帶）。但是在實(shí)際使用過程中經(jīng)常聽到兩種不同的聲音：（1）施工和易性不易控制，易離析泌水，施工質(zhì)量難以保證，強(qiáng)度儲(chǔ)備偏少，不宜使用；（2）鋪筑和易性好、強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)，有效控制了凍脹脫皮、斷板開裂等現(xiàn)象，同時(shí)，模板周轉(zhuǎn)較快，需要大力推廣。

為什么會(huì)同一問題出現(xiàn)如此混亂的分歧和看法？大致原因如下：1、我國(guó)各地區(qū)礦石資源不一樣，水泥生產(chǎn)工藝規(guī)模有效大差別，導(dǎo)致了水泥品種的多樣性。而且，同一種水泥質(zhì)量差別也大，所以經(jīng)常出現(xiàn)外加劑和水泥的不適應(yīng)現(xiàn)象。這就類似“青霉素”不適應(yīng)“某些”病人會(huì)出現(xiàn)“過敏”或其它“異常反應(yīng)”一樣。這種現(xiàn)象尤其發(fā)生在低水膠比實(shí)際用水量少的高性能混凝土的拌合物中，所以，機(jī)場(chǎng)混凝土也不例外。2、行業(yè)間的相互保護(hù)，美其名曰：“商業(yè)秘密”，外加劑和水泥行業(yè)本屬建材行業(yè)，確為了各自的利益，老死不相往來，就拿水泥調(diào)凝劑石膏來說，品種、產(chǎn)地、半水、二水還是生石膏等對(duì)水泥成品的性能影響是相當(dāng)巨大的，但就這對(duì)于水泥來說很簡(jiǎn)單的事情，到外加劑這里就是“商業(yè)機(jī)密”，更不用說到使用方了。3、摻合料的大量使用從節(jié)約能源和降低經(jīng)濟(jì)成本的角度來說功勞不小，導(dǎo)致本來就敏感的適應(yīng)性問題變得更加復(fù)雜化。因此，本人就如何推廣引氣減水劑在機(jī)場(chǎng)工程混凝土中的應(yīng)用問題發(fā)表一點(diǎn)的拙見。

一、認(rèn)清引氣減水劑的作用機(jī)理

減水劑的作用機(jī)理主要有吸附分散、潤(rùn)滑潤(rùn)濕作用。水泥加水后，由于水化產(chǎn)物所帶不同電荷的相吸作用、溶劑化水膜產(chǎn)生締合作用和水泥質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)碰撞吸引，形成絮凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，截留、包圍水分，使混凝土的流動(dòng)性降低。加入減水劑后，減水劑的憎水基定向吸附于水泥顆粒表面，形成單分子或多分子膜層，溶劑化水膜膜層增厚，水泥質(zhì)點(diǎn)潤(rùn)滑流動(dòng)；由于減水劑分子的定向吸附，使水泥顆粒表面帶有同性電荷，彼此間產(chǎn)生靜電斥力，使水泥的絮凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)解體，釋放水分，使新拌混凝土的流動(dòng)性提高。減少混凝土的孔隙率和有害孔，使混凝土的結(jié)構(gòu)更為致密，混凝土的強(qiáng)度提高，耐磨性能也顯著提高。

引氣劑的作用機(jī)理主要是：混凝土在攪拌過程中不可避免的會(huì)引入一部分空氣，而引氣劑大部分是陰離子表面活性劑，在水-空氣界面上，憎水基定向吸附空氣，在水泥-水界面上，水泥或者其水化粒子與親水基相吸附，憎水基背離水泥及其水化粒子，形成憎水化吸附層，并力圖靠近空氣表面，由于這種粒子向空氣表面靠近和引氣劑分子在空氣-水界面上的吸附作用，顯著降低了水的表面張力，使混凝土在拌合過程中產(chǎn)生大量的微小氣泡，這些氣泡帶有相同電荷的定向吸附層，所以相互排斥并能均勻分布；另一方面，許多陰離子引氣劑在含鈣量高的水泥水溶液中有鈣鹽沉淀，吸附在氣泡膜上，能有效地防止氣泡破滅，引入的細(xì)小均勻的氣泡能在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定存在。這些穩(wěn)定微小勻質(zhì)的獨(dú)立氣泡，緩解了凍融過程中產(chǎn)生的冰脹壓力和毛細(xì)孔水的滲透壓力，使得混凝土的抗凍性、抗?jié)B性均得以提高。

引氣減水劑是兼具引氣劑和減水劑的功能。引氣劑在提高混凝土的耐久性的同時(shí)也不可避免地降低了混凝土的強(qiáng)度，混凝土含氣量每增加1%，強(qiáng)度降低3%～5%，這使得引氣劑的推廣使用受到了一定程度的制約。因此，在兼顧強(qiáng)度和耐久性的高性能混凝土迅猛發(fā)展的當(dāng)今，混凝土中單獨(dú)摻加引氣劑是不多見的，引氣劑通常與減水劑復(fù)合使用，減水劑的高減水率可以從一定程度上彌補(bǔ)混凝土因使用引氣劑而造成的強(qiáng)度損失。

值得注意的是，不同品種的引氣劑對(duì)混凝土的引氣作用是不同的。引氣劑對(duì)混凝土性能的影響不能單純用含氣量大小來評(píng)定其優(yōu)劣。在相同含氣量時(shí)，氣泡的分布情況，包括氣孔的大小、氣泡的數(shù)量、氣泡的穩(wěn)定性對(duì)混凝土的和易性、強(qiáng)度、耐久性的影響明顯不同。優(yōu)質(zhì)引氣劑能在混凝土中引入直徑微小、分布均勻、密閉獨(dú)立的空氣泡，并在混凝土施工過程中有較好的穩(wěn)定性，在混凝土凝結(jié)硬化后就留下了許多細(xì)小、均勻、獨(dú)立的氣孔，將影響混凝土的一系列性能。

二、正確看待引氣減水劑與水泥的適應(yīng)性問題

這在設(shè)計(jì)和實(shí)際施工中存在相當(dāng)大的爭(zhēng)議，至今不相上下。在相同配比下，同摻量同品種的混凝土外加劑往往由于水泥品種不一樣，其應(yīng)用效果有效大差別。同樣混凝土外加劑在一種水泥的應(yīng)用中效果較好，而在另一種水泥的應(yīng)用中出現(xiàn)較大差別，甚至出現(xiàn)相反效果，出現(xiàn)質(zhì)量事故。如摻有“甘油”的混凝土外加劑或“糖鈣”或“木鈣”的混凝土外加劑，在某些水泥中應(yīng)用效果較理想，而在某些水泥中可能會(huì)現(xiàn)相反的效果。一般而言引氣減水劑適應(yīng)性較差主要表現(xiàn)如下：

1）新拌混凝土的攪拌過程中出現(xiàn)異常凝結(jié)（速凝、假凝）。

2）新拌混凝土坍落度損失快。

3）混凝土泌水、離析、分層現(xiàn)象嚴(yán)重。

4）新拌混凝土坍落度、含氣量提不上來，看似引氣減水劑減水效果差。

5）硬化混凝土強(qiáng)度明顯下降。

6）混凝土收縮加大、抗?jié)B、耐久性下降。

7）大體積混凝土中緩凝效果不明顯、出現(xiàn)溫差裂縫。

那么究竟哪些因素影響著適應(yīng)性的問題呢？

1、引氣減水劑的摻量和摻加工藝

對(duì)于某一水泥、某一配比的混凝土而言，任何混凝土外加劑都存在一最佳摻量（引氣減水劑也不例外），即在最佳摻量時(shí)，混凝土外加劑的性能會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)。外加劑的最佳摻量是獲得最好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果的重要因素，其最佳摻量是根據(jù)試驗(yàn)、混凝土配比確定的，故在混凝土外加劑大摻量或低摻量（相對(duì)最佳摻量而言）往往會(huì)出現(xiàn)截然不同、意想不到的效果。如“坍落度”損失快慢、泌水大小、緩凝與促凝等。

（1）摻加工藝（先摻法與后摻法）

凡進(jìn)行過混凝土外加劑研究的工作者及進(jìn)行大量混凝土外加劑的應(yīng)用試驗(yàn)的人員都應(yīng)贊同：后摻法的混凝土的工作性能優(yōu)于先摻法的混凝土，而且達(dá)到同樣效果，后摻法的摻量往往更小，這可能與混凝土外加劑與水泥顆粒的吸附與分散有關(guān)。但現(xiàn)實(shí)施工中很少有人這樣做，因?yàn)榕侣闊?/p>

（2）攪拌時(shí)間與攪拌速度

混凝土攪拌時(shí)間會(huì)影響混凝土的含氣量及混凝土外加劑對(duì)混凝土的分散效果、凝結(jié)時(shí)間，從而影響混凝土的工作和硬化混凝土的力學(xué)性和耐久性。

攪拌即剪切速度過快，會(huì)破壞水泥漿中的膠體結(jié)構(gòu)和破壞水泥顆粒表面形成雙電層膜，使混凝土凝結(jié)時(shí)間坍落度損失、泌水量都受到較大影響。

2、引氣減水劑的品種

不同品種的引氣減水劑所含官能團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)等均不相同，如-OH、-COOH、-CH2、-SO3等對(duì)水泥顆粒的水化都會(huì)產(chǎn)生不同的影響，甚至引氣減水劑分子量、形狀不同都會(huì)影響到混凝土的性能。引氣減水劑是陰離子表面活性劑還是陽(yáng)離子表現(xiàn)活性劑或是非離子表面活性劑，水泥中的C3A、C4AF、C3S、f-CaO等吸附分散效果不相同，也直接影響水泥中SO42-的溶解度。從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的問題。另外，還有引氣減水劑中堿含量高，則對(duì)混凝土早期強(qiáng)度有利，但新拌坍落度損失快。有些引氣量過大，而且氣泡不均勻、不封閉。氣泡大導(dǎo)致新拌混凝土坍落度損失快，而且使硬化混凝土抗?jié)B、抗凍、耐久性等下降等等。

3、水泥

1）礦物成份

在水泥中一般以石膏作為調(diào)凝劑。影響水泥適應(yīng)性的主要礦物成份是C3A、C3S。一般說來，C3A含量低的水泥，其適應(yīng)性良好，坍落度損失小。C3A含量高的水泥，需要較多的CaSO4.2H2O作調(diào)凝劑。若混凝土拌合物中，SO42-濃度不足，那么新拌混凝土坍落度損失快。像糖鈣和木質(zhì)素類引氣減水劑對(duì)硬石膏作調(diào)凝劑的水泥，其適應(yīng)性就極差，就是因?yàn)樘氢}、木質(zhì)素等降低了硬石膏的溶解度，從而使水泥因缺少SO42-而產(chǎn)生異常凝結(jié)。通常水泥適應(yīng)性不好，水泥在生產(chǎn)過程中采用立窯回轉(zhuǎn)窯干法濕法生產(chǎn)，使水泥礦物組分晶相狀態(tài)細(xì)度石膏形態(tài)發(fā)生不同程度的變化，從而導(dǎo)致了混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性問題的產(chǎn)生。水泥中吸附外加劑能力：C3A>C4AF>C3S>C2S。其水化速率與其關(guān)系近似成正比。當(dāng)新鮮水泥存放一段時(shí)間后，由于其中f-CaO減少，使混凝土拌合物需水量減少，坍落度損失減緩，從而改善了混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性；水泥中親水性摻合料保水性好?；鹕交屹|(zhì)水泥保水性差，易泌水。一般，水泥需水量大小和坍落度損失大小按規(guī)律：PⅠ.PⅡ>P.O>P.S>P.F>P.P。泌水性正好與其相反。

2）細(xì)度

水泥過細(xì)，水化速度快，需水量大，保水性好，但其坍落度損失快，而且水泥過細(xì)，混凝土收縮大，含氣量下降，降低了混凝土的抗?jié)B抗凍耐久性。

3）石膏

（1）石膏細(xì)度不夠，使石膏溶解度不夠，產(chǎn)生速凝。

（2）石膏用量不夠，不能有效控制C3A的水化。

（3）石膏形態(tài)

一般在混凝土中CaSO4.2H2O調(diào)凝效果優(yōu)于CaSO4.1/2H2O。石膏與熟料的粉磨溫度通常較高，從而使二水石膏脫水或半水石膏再脫水成硬石膏，從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性較差。

三、其他外在因素

（1）摻和料

通常摻粉煤礦灰或磨細(xì)礦渣有利于新拌混凝土的流動(dòng)性，而且使其坍落度損失減緩。但是需水量比的關(guān)系為Ⅰ級(jí)>Ⅱ級(jí)>Ⅲ級(jí)。故Ⅰ級(jí)灰坍落度損失小但保水性差，易泌水。通常摻膨劑的混凝土其坍落度損失快，水泥與混凝土外加劑適應(yīng)性較差。燒失量也是一個(gè)重要的指標(biāo)，若燒失量大吸附引氣減水劑的能力就強(qiáng)，反之亦然。所以一定要嚴(yán)加控制摻合料質(zhì)量。

（2）溫度、濕度

由于溫度高，水泥水化速度加快，而且混凝土表面水分蒸發(fā)加快，混凝土內(nèi)游離水通過毛細(xì)管源源不斷地補(bǔ)充到混凝土表面。這樣，一方面水泥水化加快，一方面混凝土游離水大量被蒸發(fā)而減少，從而使新拌混凝土坍落度損失加快。而且某些混凝土外加劑的緩凝效果在30℃以上作用大大降低。如有機(jī)酸在高溫下對(duì)C3S緩凝效果大降低。醇酮酯在高溫下，對(duì)C3S的緩凝效果較好。因此，在高溫下，大多需要提高混凝土外加劑的摻量和防止水分蒸發(fā)。

（3）施工中配比

雖然看似是設(shè)計(jì)問題，但它對(duì)混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的影響很大。據(jù)有關(guān)資料和試驗(yàn)表明，砂率過高會(huì)使混凝土拌合物流動(dòng)性降低，保塑性降低，坍落度損失加快。在混凝土配比中，石子的形狀吸水量級(jí)配也嚴(yán)重影響混凝土的和易性和可密實(shí)成型性。在實(shí)驗(yàn)中W/C降低將提高混凝土的強(qiáng)度，而在低W/C下，有一最佳級(jí)漿比，在最佳級(jí)漿比條件下，混凝土外加劑對(duì)水泥混凝土的各項(xiàng)性能能充分發(fā)揮出來使混凝土拌合物的保水性能保塑性等工作性狀態(tài)改善，更重要的是保證了SO42-水泥在水化時(shí)，石膏有足夠的溶解用水，從而保證了的濃度，使與水泥適應(yīng)性得到了改善。因此，只要我們根據(jù)實(shí)際施工需要適時(shí)地調(diào)整引氣減水劑的摻加工藝和摻量。比如，當(dāng)混凝土摻合物坍落度損失太快時(shí)，適當(dāng)增加混凝土外加劑摻量。當(dāng)混凝土嚴(yán)重泌水，適量減少混凝土外加劑摻量。適當(dāng)調(diào)整引氣減水劑的配方，使外加劑對(duì)石膏的溶解度影響小，并能提高石膏的溶解度，有效地控制SO42-的濃度。能產(chǎn)生效果的物質(zhì)有HCl、H2SO4、HNO3及其鹽類硅氟酸鈉、NaF、NaCl。特別是對(duì)硬石膏作調(diào)凝劑的水泥，更應(yīng)注意減少或不用木鈣、糖鈣這類使石膏溶解度降低的物質(zhì)。在引氣減水劑中使用反應(yīng)性高分子物質(zhì)，并適當(dāng)復(fù)配相應(yīng)的保水、緩凝、保塑組分。

更重要的是調(diào)整混凝土配比。根據(jù)不同工程及設(shè)計(jì)要求調(diào)整好施工配比。引氣減水劑只能使較合理配比的混凝土性能得到改善，卻不能使配比不合理、質(zhì)量差的混凝土性能得到改善。畢竟說到底它就是一種表面活性劑的物質(zhì)，不是什么萬(wàn)能劑，用那那好。在嚴(yán)重泌水的混凝土中適量摻加部份摻合料或適當(dāng)提高砂率或適當(dāng)降低緩凝成份。在混凝土坍落度損失率較高的混凝土中，適當(dāng)增加引氣減水劑的摻量，使其初始坍落度增大或者說微勃稠度增大，這樣有助于提高石膏的溶解度，防止水分蒸發(fā)過快，混凝土拌合物中游離水嚴(yán)重不足的現(xiàn)象產(chǎn)生。盡量降低f-CaO、MgO、CaSO4的含量，有效控制C3A、SO42-、OH-的平衡。使混凝土中C3A<8%

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，引氣減水劑在道面混凝土中的應(yīng)用不是不合適，而是我們沒有很好的掌握和應(yīng)用。就像商混一樣，外加劑已經(jīng)成為其混凝土不可或缺的組份，從節(jié)省資源和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的角度出發(fā)，引氣減水劑在工程混凝土中的大力推廣和應(yīng)用是必然的趨勢(shì)。因此，要確保工程質(zhì)量、發(fā)展長(zhǎng)壽命低維護(hù)的混凝土，我們廣大混凝土工作者任重而道遠(yuǎn)。