小議超塑化劑建筑施工中的應(yīng)用機理與施工工藝

王濱澤　曲　穎

摘要:隨著混凝土高性能化的不斷深入發(fā)展，超塑化劑成為提高混凝土性能必不可少的組份,是對混凝土性能影響比較大的組份。但是人們對其作用機理的研究還比較薄弱,這對超塑化劑的開發(fā)、生產(chǎn)以及應(yīng)用是不利的。本文介紹超塑化劑在大體積混凝土施工中的應(yīng)用技術(shù)、對改善混凝土的性能及收到良好施工效果，為同類工程施工工藝提供典列。

關(guān)鍵詞:超塑化劑 高強 緩凝

0 引言

一般認為，水泥和水接觸后會形成絮凝結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)會包裹一部分水使之對水泥凈漿或混凝土的流動性沒有貢獻。通常認為減水劑(或超塑化劑)的減水機理是，減水劑(或超塑化劑)和正在水化的水泥顆粒接觸后會吸附在水泥顆粒表面上，減水劑(或超塑化劑)通過電位斥力和位阻斥力將水泥漿絮凝結(jié)構(gòu)破壞，從而達到減水增塑的目的。但是，這只是停留在較為淺顯的層面，還有很多問題沒有解決，例如，減水劑(或超塑化劑)的吸附形態(tài)、吸附的過程、與水泥礦物的反應(yīng)、吸附的經(jīng)時演變、液相中減水劑(或超塑化劑)分子的作用等。

1 超塑化劑作用機理初探

超塑化劑是改變混凝土性能十分重要的一種組分，但對其作用機理的研究還比較淺顯。本文總結(jié)了一些前人的結(jié)論，對超塑化劑的作用機理做了初步的探討。

1.1 超塑化劑在水泥顆粒表面的吸附奠定了其分散作用的基礎(chǔ)，是研究其作用機理重要部分。超塑化劑和水泥顆粒接觸后，首先會吸附在尺寸較小顆粒的吸附點上。吸附點可以認為是由于顆粒表面的蝕刻和水化活性比較高的部位產(chǎn)生的。另外，表面帶正電也有利于對超塑化劑的吸附。因為水泥顆粒表面物理、化學不均勻，吸附點的分布常常也是不均勻的，因此超塑化劑在水泥顆粒表面呈錯綜雜亂狀態(tài)。隨著水化的進行，吸附點發(fā)生變化，可能是水化產(chǎn)物或水化中間產(chǎn)物(如，C-S-H等)的表面。但是，對于吸附點的組成仍需要做進一步研究。

1.2 超塑化劑會改變一些水化產(chǎn)物的形態(tài)、數(shù)量以及生成時間，如CH、AFt等，并且會產(chǎn)生有機礦物相(OrganomineralPhase)。這可能是由于以下原因引起的:超塑化劑分子上的羥基、羧基和醚基等官能團絡(luò)合水泥漿液相中的鈣離子，使形成CH、鈣礬石和C-S-H所需的鈣離子量不充足；超塑化劑分子的吸附在水泥顆粒表面產(chǎn)生一層有機溶劑膜，這種膜阻礙了水泥顆粒和外界的物質(zhì)和能量的交換；分子結(jié)構(gòu)龐大的超塑化劑分子參與CH、鈣礬石和C-S-H的形成。

1.3 液相中的超塑化劑量對混凝土工作性的保持有重要意義，其作用可能有兩種:補充被水泥水化所消耗的超塑化劑和吸附在水泥顆粒上的超塑化劑產(chǎn)生斥力。

2 超塑化劑的選用

2.1 材料的選擇 分析XT承臺的施工難點，必須從改善混凝土性能入手，使混凝土性能滿足施工要求，才能達到施工目的。經(jīng)分析比較，選擇了“結(jié)墻”牌CSP27超塑化劑作混凝土外加劑，結(jié)合“A型混凝土抗裂防水膨脹A EA”，對混凝土配合比進行調(diào)整試驗，其各項技術(shù)指標均達到施工與設(shè)計要求，很好地解決了施工難題。

2.2 CSP-7超塑化劑對混凝土性能的影響

2.2.1 對混凝土水化熱的影響。由于超塑化劑通過吸附包裹水泥粒子，破壞正常的水泥物質(zhì)水化反應(yīng)速度，將混凝土中相對集中、快速的水化反應(yīng)分散，使得水化熱釋放周期延長，水化熱峰值降低。

2.2.2 坍落度損失及緩凝作用的影響。由于超塑化劑延長水化反應(yīng)時間，使得混凝土水泥成份不能短期內(nèi)全部進水化反應(yīng)，混凝土中膠凝成份數(shù)量少，混凝土粘性增長慢，同時降低水化反應(yīng)耗水量，混凝土中自由水分損失減慢，混凝土坍落度損失減少，混凝土緩凝得到良好改善。

2.2.3 對早期強度的影響。當水化作用達到混凝土緩凝、坍落度等要求后，其吸附作用減退，混凝土水化作用進入相對高峰期，產(chǎn)生大量熱量，促使各種水化產(chǎn)物增多，并填充混凝土空隙，增加混凝土的密實程度，形成一定的早期強度。

2.2.4 對混凝土后期強度的影響。由于后期水化作用逐漸放慢，水化熱產(chǎn)生及數(shù)量也隨之放慢，已水化特點占大量空間，使得尚未反應(yīng)的水泥組份與水難以起作用，因而混凝土中存在部分尚未水化物質(zhì)，正是這些物質(zhì)形成混凝土后期強度儲備。

2.2.5 對水泥用量的影響。在混凝土拌合物中，由于減水劑各組分有效地使水泥組份進一步均勻擴散，并使水化熱作用得到有效控制，使得用水減少，從而有效地提高水泥物質(zhì)水化后膠凝物質(zhì)在混凝土中的作用，減少由于施工用水過多而帶來的水泥組份膠凝損失，從而達到降低水泥用量的目的。

2.2.6 對混凝土抗?jié)B作用機理。由于超塑化劑減緩混凝土水化作用，從而使混凝土水化熱膨脹得到有效控制，材料熱膨脹得到限制，減少混凝土水脂作用后的收縮量，有效避免了結(jié)構(gòu)收縮的產(chǎn)生；同時，由于水化物形成膠凝質(zhì)的填充作用，使得混凝土孫隙減少，密實度提高；其三，由于施工用水的減少，使得混凝土中自由水存量減少，相應(yīng)也減少了自由水蒸發(fā)后混凝土中的水份空隙，從而對混凝土抗?jié)B效果起到積極的作用。

3 具體施工應(yīng)用

3.1 應(yīng)用超塑化劑作用

3.1.1 混凝土和易性得到較好改善，塌落度提高10～12cm，為泵送混凝土施工創(chuàng)造良好的施工條件。

3.1.2 混凝土初凝時間延長2h，終凝時間延長6～8h，為混凝土構(gòu)件澆筑及接縫提供了時間保證，對提高混凝土構(gòu)件的整體性、抗?jié)B能力起到促進作用。

3.1.3 緩凝高強使混凝土早期強度提高，一般3d強度為60%～80%，7d強度為80%～92%，實現(xiàn)早拆模，從而提高了模板周轉(zhuǎn)效益。

3.1.4 增加混凝土后期強度儲備，保證結(jié)構(gòu)安全。

3.1.5 水化熱釋量降低，避免了構(gòu)件因此而造成的脹縮性破壞。

3.1.6 增強了混凝土內(nèi)部的密實度，提高混凝土的抗?jié)B能力。

3.2 經(jīng)濟效益

3.2.1 由于采用CSP27后改善了混凝土性能，減少了混凝土抗?jié)B和養(yǎng)護材料費用，提高了施工效益。

3.2.2 加快了模板及頂撐材料的施工周轉(zhuǎn)，降低了工程施工成本。

3.2.3 CSP27使混凝土中水泥、水的用量分別減少為25.6%、16.5%，提高經(jīng)濟效益。

超塑化劑是近年來在建筑工程，特別是高強、緩凝、泵送混凝土中廣泛應(yīng)用的外加劑，由于其本身所具有的特點和性質(zhì)，使它在工程應(yīng)用中體現(xiàn)出越來越多的優(yōu)點?；炷潦墙ㄖ袠I(yè)主要的建筑材料之一，也是世界上用量最大的人工材料，2000年世界混凝土產(chǎn)量可達48億立方米，我國可達17億立方米。隨著建筑工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對建筑材料的性能要求越來越高，如較高的施工性能以及強度和耐久性等。外加劑是改善混凝土性能十分重要的組份，可以在極小摻量情況下較大幅度地提高混凝土的性能，這一點已經(jīng)在大量的實驗和工程應(yīng)用中得到驗證。外加劑也已成為商品混凝土必不可少的組份之一。其中，減水劑(包括高效減水劑，即超塑化劑)是主要品種。高效減水劑(超塑化劑)可以大幅度地降低水灰比(W/C)從而可以大大提高混凝土的性能。因此，國內(nèi)外在超塑化劑的研究和開發(fā)上做了大量的工作。