高性能混凝土中聚羧酸外加劑的適應(yīng)性研究

張懷偉

摘要：聚羧酸外加劑減水率高、坍落度損失小、適量引氣、質(zhì)量穩(wěn)定，能提高混凝土耐久性和使用壽命，但由于聚羧酸外加劑敏感性強(qiáng)和適應(yīng)性差，使其推廣應(yīng)用受到極大的限制。本文結(jié)合哈大鐵路客運(yùn)專線TJ-3標(biāo)伊通河特大橋現(xiàn)場(chǎng)施工的工程實(shí)踐，從外加劑性能、水泥、摻合料、骨料、拌合工藝等方面分析適應(yīng)性差的原因，提出了解決適應(yīng)性問(wèn)題的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土聚羧酸外加劑適應(yīng)性

1聚羧酸混凝土外加劑的適應(yīng)性問(wèn)題

所謂外加劑的適應(yīng)性是指外加劑在相同的條件下，因水泥不同而造成使用效果有較大的差異、甚至是完全不同的程度。聚羧酸外加劑通過(guò)近兩年來(lái)在鐵路建設(shè)工程中的大量應(yīng)用和在高速鐵路工程中的試驗(yàn)，證明其適應(yīng)性相對(duì)較差，其混凝土原材料組分、產(chǎn)地等因素的微小變化都會(huì)造成新拌混凝土性能出現(xiàn)變化，這一特點(diǎn)與萘系減水劑具有較強(qiáng)適應(yīng)性和穩(wěn)定性的特點(diǎn)截然不同。而解決這一問(wèn)題不能局限在試驗(yàn)各組分之間的搭配和頻率的更換材料方面，必須突破舊的思維方式，從發(fā)展的、整體的、宏觀的角度做深入的探索和研究，才能促進(jìn)聚羧酸混凝土技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

2影響適應(yīng)性的主要因素及改進(jìn)措施

2.1外加劑自身因素

2.1.1質(zhì)量有待提高從聚羧酸外加劑在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀看，生產(chǎn)聚羧酸所用的聚乙二醇(統(tǒng)一簡(jiǎn)稱為聚醚)等主要從德國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)進(jìn)口；另一主要原材料甲基丙烯酸正處在引進(jìn)和消化、擴(kuò)大規(guī)模的過(guò)程中；其他單體與輔助原材料如進(jìn)口則材料成本高，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)則產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證；原材料的不確定性使聚羧酸外加劑的質(zhì)量良莠不齊。再者從生產(chǎn)過(guò)程一直是控制聚羧酸生產(chǎn)的難點(diǎn)與重點(diǎn)，酯化產(chǎn)物的質(zhì)量及其穩(wěn)定性對(duì)于最終減水劑產(chǎn)品的質(zhì)量及其穩(wěn)定性的影響很大?！按髥误w酯化＋混合單體聚合”的方法是目前較多的外加劑廠商采用的主要合成方式。許多廠商忽視產(chǎn)品科學(xué)合理的“分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”及外加劑與混凝土的適應(yīng)性研究。

2.1.2改進(jìn)的措施①選擇先進(jìn)設(shè)備特別是要采用完好無(wú)損、質(zhì)量過(guò)關(guān)的搪瓷反應(yīng)釜。②選擇質(zhì)量穩(wěn)定合格的單體進(jìn)行合成。③加強(qiáng)合成技術(shù)與工藝的研究，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的“分子結(jié)構(gòu)”和簡(jiǎn)便實(shí)用的合成技術(shù)工藝。④加強(qiáng)反應(yīng)過(guò)程溫度等條件的控制，嚴(yán)格控制用水質(zhì)量。⑤加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制和出廠質(zhì)量檢驗(yàn)。⑥提高供應(yīng)商的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)質(zhì)量，加強(qiáng)適應(yīng)性的研究和改進(jìn)。

2.2水泥與聚羧酸外加劑的適應(yīng)性

2.2.1造成適應(yīng)性差的原因①社會(huì)原因。目前對(duì)外加劑與水泥之間的適應(yīng)性問(wèn)題缺乏系統(tǒng)的研究，本來(lái)應(yīng)進(jìn)行水泥一外加劑一混凝土一高耐久性工程結(jié)構(gòu)的整體性研究，但由于分屬不同領(lǐng)域，造成工程技術(shù)人員“隔行”。例如，隨著高速鐵路建設(shè)的發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要求設(shè)計(jì)使用100年以上的混凝土工程結(jié)構(gòu)，提高混凝土的耐久性必須從原材料的質(zhì)量、混凝土致密性、嚴(yán)格的生產(chǎn)的工藝等方面下工夫，而絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員并不太了解目前聚羧酸外加劑在我國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r和適應(yīng)性、敏感性問(wèn)題對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成的危害程度：施工一線的試驗(yàn)檢測(cè)人員不了解水泥的生產(chǎn)過(guò)程和化學(xué)組分對(duì)外加劑的適應(yīng)性有哪些方面的影響，無(wú)法要求水泥的生產(chǎn)者采取措施生產(chǎn)高性能混凝土技術(shù)要求的低堿、低熱水泥：水泥的生產(chǎn)者不了解混凝土技術(shù)的進(jìn)展情況，更不了解迅速發(fā)展的聚羧酸外加劑技術(shù)和高性能混凝土，只是在利益的驅(qū)動(dòng)下片面追求水泥的早強(qiáng)、超細(xì)化。再加之應(yīng)用我國(guó)試驗(yàn)檢測(cè)外加劑是否合格時(shí)，采用基準(zhǔn)水泥和工程水泥可能得到不同的結(jié)果，因工程水泥與基準(zhǔn)水泥在化學(xué)成分、摻合料、生產(chǎn)工藝方面都存在較大的差異，即出廠前用基準(zhǔn)水泥檢測(cè)合格的外加劑在現(xiàn)場(chǎng)有可能不滿足現(xiàn)場(chǎng)水泥配制的混凝土的技術(shù)要求；用基準(zhǔn)水泥檢測(cè)不合格的產(chǎn)品而現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)卻又可能合格。結(jié)果就發(fā)生本來(lái)具有杰出減水性能的聚羧酸外加劑適應(yīng)性差、敏感性強(qiáng)、漿體性能損失快等許多難以控制的問(wèn)題。②技術(shù)原因：水泥影響聚羧酸外加劑適應(yīng)性的因素主要有：a水泥的化學(xué)組分；b調(diào)凝劑的類型及分子結(jié)構(gòu)形式；c助磨劑、活性混合材料、非活性混合材料和熟料的摻量及類型；d水泥的堿含量；e細(xì)度；f使用時(shí)的溫度等。水泥是一個(gè)地域性很強(qiáng)的產(chǎn)品，由于不同地域生產(chǎn)水泥熟料的原材料礦物質(zhì)組分存在不同程度的差異，而這些礦物質(zhì)組分中某些組分(c3A、C4F、C3S、C2S等)微小的變化都可能引起混凝土性能的巨大變化，同時(shí)調(diào)凝劑石膏結(jié)晶形態(tài)的不同(吸附能力CaS04)CaS04·1，2H20)caS04·2H20)、水泥中堿含量(Na20+0.658K20)的超標(biāo)、助磨劑的摻入、細(xì)度不斷升級(jí)、使用前水泥余熱較高等都可能影響到外加劑的適應(yīng)性，都可能引起混凝土坍落度的保留值、流動(dòng)度、擴(kuò)散度和粘聚性等發(fā)生巨大變化，顯然要求聚羧酸外加劑需克服不僅由水泥所造成的如此多的不利因素是不現(xiàn)實(shí)的，要確立“外加劑的適應(yīng)性是一個(gè)相互適應(yīng)過(guò)程”的觀念，大力開(kāi)展水泥與聚羧酸外加劑的適應(yīng)性研究。

2.2.2措施：①改進(jìn)水泥生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)低熱水泥、低堿水泥、細(xì)度級(jí)配化水泥、與聚羧酸相適應(yīng)的高耐久性混凝土水泥。②在實(shí)踐中加強(qiáng)水泥研究人員化驗(yàn)人員、外加劑供應(yīng)商技術(shù)服務(wù)人員和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員之間的合作與交流，逐步探索聚羧酸與水泥相互適應(yīng)性的內(nèi)在因素，不斷發(fā)展水泥生產(chǎn)技術(shù)和改進(jìn)外加劑合成技術(shù)。盡量避免由于水泥組分的不斷調(diào)整引起外加劑的極不適應(yīng)，在08年初施工中，前期水泥的早期強(qiáng)度高后期強(qiáng)度富余量小，為改變這種現(xiàn)狀，水泥廠用兩個(gè)月的時(shí)間逐步調(diào)整水泥組分比例，嚴(yán)重影響了混凝土拌合物性能，保坍性差，后來(lái)在水泥出廠合格證上發(fā)現(xiàn)了水泥組分的持續(xù)調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員、外加劑供應(yīng)商技術(shù)服務(wù)人員和水泥廠的研究人員及時(shí)進(jìn)行了溝通，固定了水泥組分比例和生產(chǎn)水泥用的各種原材料產(chǎn)地，迅速改善了混凝土的拌合物性能。

2.3其它材料組分對(duì)外加劑適應(yīng)性的影響

2.3.1原因分析：①經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，骨料中影響聚羧酸外加劑混凝土性能的主要因素為骨料的含泥量，隨著含泥量的增加，混凝土的流變性能會(huì)成倍的降低，同時(shí)骨料中的泥質(zhì)種類、粉砂粒、石粉對(duì)聚羧酸外加劑適應(yīng)性的影響也很大。②外摻料中影響適應(yīng)性的主要是外摻料的燒失量和細(xì)度，燒失量越大，混凝土的流變性損失越快。⑨粉煤灰是電廠的副產(chǎn)品，不同的煤質(zhì)對(duì)混凝土的拌合物性能影響也很大。

2.3.2措施：①選用合格的骨料或?qū)橇线M(jìn)行清洗。②在一定范圍內(nèi)可通過(guò)降低砂率的辦法盡量減小含混量的影響。⑨在滿足技術(shù)規(guī)范的同時(shí)盡可能的選擇燒失量小的摻合料。④在選用兩種以上的摻合料時(shí)，盡量減少造成外加劑適應(yīng)性差的外摻料地?fù)搅?。⑤保持煤源產(chǎn)地的相對(duì)穩(wěn)定也是提高其適應(yīng)性的一項(xiàng)重要措施。

2.4工藝性因素對(duì)適應(yīng)性的影響高性能混凝土初期性能直接影響到硬化后的混凝土的性能及耐久性，特別是含氣量；當(dāng)混凝土經(jīng)過(guò)一段距離的運(yùn)輸和高溫環(huán)境時(shí)，其初期和易性和流變特性發(fā)生很大變化，含氣量的大量損失，造成混凝土流動(dòng)性、可泵性的降低和耐久性的急劇下降。合理的投料順序和適宜的拌合時(shí)間也是影響混凝土拌合物性能的重要因素，尤其是冬施期間，應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)定及時(shí)調(diào)整投料順序增加拌合時(shí)間也是非常必要的。在采用混凝土罐車(chē)運(yùn)輸時(shí)可在混凝土澆注前10分鐘使用二次摻入法，這樣不降低混凝土耐久性能并改善流變特性，經(jīng)濟(jì)性也是很可取的。

3結(jié)束語(yǔ)

總之，聚羧酸外加劑的適應(yīng)問(wèn)題遠(yuǎn)比萘系減水劑復(fù)雜，要解決其適應(yīng)問(wèn)題必須在深入研究的同時(shí)，運(yùn)用系統(tǒng)的、發(fā)展的眼光看待它的適應(yīng)性問(wèn)題，確立外加劑與混凝土各組分之間相互適應(yīng)的觀點(diǎn)和理念，強(qiáng)調(diào)水泥技術(shù)、外加劑技術(shù)與混凝土技術(shù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，這樣才能真正促進(jìn)高性能混凝土耐久性的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳仲偉.廉慧珍高性能混凝土[M].北京.中國(guó)鐵道出版社.1999