高效减水剂对新拌混凝土坍落度损失的影响

混凝土在建筑工程中是非常关键的施工材料，而坍落度这一性能指标又影响到混凝土的质量，进而影响到建筑工程的施工结果。在新拌混凝土中，高效减水剂的使用是影响其坍落度的重要因素，这需要从减水剂类型以及掺入量等角度切入进行分析，然后为混凝土的拌制提供可靠的参考依据。

1混凝土坍落度经时损失概述

混凝土从搅拌到浇筑这一过程中，中间会经历混凝土从采购地点到施工现场的运输时间、停放时间。在这一时间段内，混凝土直接暴露在空气当中，外部因素能够直接影响混凝土，混凝土的工作性就会逐渐变差，称之为坍落度损失。就有关混凝土坍落度经时损失的机理研究而言，不同研究学者的观点并不一致。根据Hattori和Izumi的研究结果，水泥与水相互作用产生化学反应的过程较短，能够在短时间内将水泥的热量释放，从而降低水泥的温度。在这一过程中，随着时间的增加，水泥温度变化加速。相较于其他建筑物材料而言，水泥属于一种硬性胶凝材质。无论是水泥水化反应还是水泥凝结反应，水分是其反应的关键因素。而温度是影响水泥硬化凝结时间的关键因素，温度与凝结速度成正比。因此物理作用是水泥浆稠度均一致损失的关键因素。在铝酸溶液中加入适当比例的减水剂，可以加速两者与石膏之间的化学反应速度。根据试验研究表明，铝酸盐含量的比重与铝酸盐反应速率之间成正比关系。即铝酸盐剂量越多，混凝土反应速度越快。综合这些观点可以发现，新拌混凝土所表现出的坍落度性能，和高效减水剂的种类用量、混凝土的搅拌时间、水泥的用量、周围环境因素、温度因素、搅拌方法等息息相关。

2损失影响因素分析

2.1减水剂类型

高效减水剂类型是影响混凝土坍落度损失速率、加重混凝土损失程度的主要因素之一。根据相关试验分析得知，脂肪族系与萘系、三聚氰胺系相比，其坍落度保持效果更佳。根据试验研究结果表明，坍落度保持效果最佳和混凝土性能不会发生明显改变的氨基磺酸系、聚羧酸系。如表1所示，在混凝土中渗入三种坍落度保持效果不一致的减水剂，混凝土坍落度经时损失测定结果就会不同。由此可见，合理把控高效减水剂的剂量是有效减少混凝土坍落度损失的重要举措。从表1中的数据可以看出，当ASP（氨基磺酸系减水剂）掺量分别为0.45~0.80％时，1h之后，对其进行观察得知：坍落度没有发生明显的变化。2h之后，ASP混凝土可以保持85~95%的初始坍落度。相较于ASP而言，FDN（萘系减水剂）混凝土坍落度损失在1h或者2h之间较为明显。

图1是掺0.4％的NSF、0.3％的CAE混凝土的坍落度经时损失曲线。从图1可以看出，在混凝土中掺入CAE（聚羧酸）减水剂，在2h时间内的工作性保持较好。但是在混凝土中掺入NSF（萘系）减水剂，在2h时间内的工作性保持较差。混凝土的工作性一旦变差，就会导致其坍落度损失较为明显。

表1减水剂类型

图1掺萘系（NSF）、聚羧酸系（CAE）高效减水剂混凝土坍落度经时损失

根据表1和图1可以得出：将不同类型减水剂加入混凝土泥液中，对混凝土工作性能的影响程度和反应速度并不完全保持一致。按照其顺序进行排列：CAE＞ASP＞脂肪族系＞古玛隆系＞NSF＞蒽系。正常情况下，混凝土坍落度损失保持最好的是CAE。但是混凝土性能会受其他外部环境因素的影响和限制，改变以上变化规律。

2.2减水剂的掺量

减水剂的掺量是影响混凝土坍落度和工作性能保持性的又一因素。根据科学家试验研究分析，铝酸盐含量的比重与铝酸盐反应速率之间成正比关系。而混凝土坍落度保持性与减水剂掺量和铝酸盐反应速度息息相关。减水剂掺量比重与混凝土坍落度和工作性能保持性之间成正比关系。如图2所示。根据试验研究表明，SAF减水剂的掺量比重与混凝土坍落度损失之间成反比关系。

2.3环境条件

外界环境条件和混凝土内部温度因素是影响混凝土坍落度的主要原因。环境因素主要包括混凝土温度、外界温度、混凝土湿度等。但是根据调查得知，无论是外部温度还是混凝土内部温度，都是影响坍落度的核心要素。

如图3所示。将SMF减水剂掺入混凝土浆液中，在不同温度环境下混凝土坍落度损失程度不同。根据相关规定，三聚氰胺系用量为3.0％。温度与坍落度之间呈现正比例关系。从某种程度上来讲，外界环境温度越高，不仅会加重其坍落度损失速度，还会严重影响混凝土结构的稳定性和坚固性。假设在外界温度较高的环境下，在混凝土中掺入SMF减水剂的同时渗入少量的缓凝组分，可以达到改善混凝土坍落度损失程度的目的。

图2掺脂肪族系高效减水剂（SAF）的坍落度

图3掺三聚氰胺高效减水剂（SMF）坍落度损失率

2.4水泥用量和水泥种类

就水泥用量而言，对混凝土坍落度的损失率影响较大。根据试验表明，水泥用量与混凝土坍落度损失程度之间成反比例关系。对于水泥种类而言，分为碱含量高的水泥和碱含量低的水泥。通过以上实验分析得知，将SMF减水剂掺入水泥中，对混凝土的坍落度影响程度并不明显。但是如果掺入糖类减水剂，不仅会加速混凝土坍落度的损失速度，还会影响其稳定性。假设在混凝土泥液中掺入糖类减水剂的同时加入比例适当的硫酸钙，就会严重降低坍落度损失率。

3控制措施

3.1加入缓凝剂

在混凝土泥液中加入适当比例的高效减水剂，同时加入一定成分的缓凝剂，可以达到改善混凝土坍落度损失程度的目的，有机缓凝剂包括木质素磺酸、羟基羧基（盐），糖类及碳水化合物、多元醇基其衍射物，图4为不同缓凝剂对坍落度损失的影响。

由图4（a）可以看出，木质素磺酸盐可以控制坍落度损失，掺量越高效果越明显，但其引气较强，掺量提高时，混凝土强度降低；图4（b）可以看出，羟基羧基（盐）具有较好的缓凝效果，掺量越高缓凝效果越明显，但存在合适的掺量，过掺时，也会造成强度降低的情况，主要包括柠檬酸、葡萄糖酸和酒石酸钾等；图4（c）可以看出，某羟基纤维素不仅延缓了混凝土的凝结时间，同时对改善大流动度混凝土的泌水和离析有一定效果。

图4木质素磺酸盐、羟基羧基（盐）和某羟基纤维素对坍落度的影响

(a）木质素磺酸盐对坍落度的影响 (b)羟基羧基（盐）对坍落度的影响

（c）某羟基纤维素对坍落度的影响

通过分析不同种类的缓凝剂对混凝土坍落度损失的影响程度，进而选择对混凝土坍落度损失较低的缓凝剂，从而达到降低混凝土坍落度损失的目的。

3.2新型减水剂研发

加快新型高效减水剂的开发脚步不仅有利于控制混凝土坍落度损失程度，还可以减慢混凝土坍落度损失速度。比如著名教授研制的一种新型减水剂C.F.A，将这种减水剂掺入混凝土泥液中，能够有效降低混凝土坍落度损失，进而提高混凝土结构的稳定性和安全性。新开发的减水剂B，对比不同减水剂对混凝土坍落度的影响，如图5所示。

图5不同减水剂对混凝土坍落度的影响

由图5可以看出，高缩合度的A减水剂，初始减水较大，但后期坍落度损失较快；开发的低缩合度的B减水剂，初始减水较低，但后期的保坍能力强，混凝土坍落度保持近2h；通过开发的新减水剂B和减水剂A的复合使用，可以再牺牲部分减水效果的基础上，达到降低坍落度损失的目的。主要是因为高缩合度的成分具有强的吸附能力和较高的电荷密度，具有较好的减水效果，因此大部分发生了不可逆吸附，液相中减水剂的浓度下降很快，造成了坍落度损失较大；而新开发的低缩合度成分，刚好相反，减水较差，液相中残留浓度较高，坍落度保持性较好。

3.3多次添加法

根据日本著名学者试验研究分析得知，在混凝土泥液中多次添加比例适当的减水剂，可以缩小混凝土坍落度的损失范围，提高拌合物的合易性。采用多次添加法就解决了这一问题。研究多次添加减水剂对混凝土坍落度的影响，如图6所示。

由图6可以看出，一次添加减水剂的混凝土，在前30min时保坍较好，但后期坍落度损失严重；而对拌合物添加适量PCA-I减水剂，之后每经过一段时间再次加入PCA-I，加入量控制在0.1%，这样便可得到20+2cm的坍落度，而停止加入PCA-I的45min后，其坍落度能够维持在17cm左右，则说明其具备良好的合易性。因此通过反复的添加减水剂，可以使混凝土坍落度在较长时间保持在一定范围内。

图6多次添加减水剂对混凝土坍落度的影响

4结论

控制掺高效减水剂混凝土坍落度损失的方法很多，常用的有适当增大高效减水剂的掺量、高效减水剂分次掺入、使用粗糙的球形掺合料、与具有缓凝效果的外加剂复合、掺入水溶性聚合物等。在实际的建筑工程中，对混凝土的要求较高，因此相关的施工人员必须认识到减水剂对混凝土性能产生的影响，通过选择合理的减水剂种类，计算合理的减水剂使用量，再在搅拌时间、搅拌方法等方面进行合理控制，确保混凝土的坍落度性能能够达到施工要求。