使用聚羧酸类减水剂的混凝土泌水调控措施
水泥 砼话 2017-07-11
1 前言
重点工程中对混凝土的性能要求越来越精细化，面对原材料整体品位下降的现状，如何稳定预拌混凝土的各项工作性能已成为施工单位、混凝土搅拌站、减水剂厂家等相关单位亟需解决的问题。羧酸类减水剂作为最新一代的混凝土减水剂，具有高减水、高保坍、绿色环保、可从分子结构层面量身定制等众多优点。随着技术升级，聚羧酸减水剂价格也基本与传统萘系、脂肪族类产品达到同一水平，应用范围呈爆发式发展。在一些混凝土技术相对成熟的地区，聚羧酸在商混中的应用已经超过六成。但是，技术的更新换代，也暴露出一些需要解决的问题，比如在聚羧酸的具体工程应用过程中，会遇到对砂石含泥量敏感、泌水率不易调控等问题，本文专门就泌水指标调控提出几种有效可行的方案。
2 混凝土泌水的形成及影响
混凝土浇注与捣实后初凝前，在骨料的重力挤压作用下，流动性较好的水泥浆和水上浮。部分水分向外上浮至混凝土上表面，产生泌水，同时出现浮浆层。
在新拌混凝土表面产生少量的泌水是正常的现象，对于新拌混凝土及硬化混凝土的质量也没有不利的影响[1]，适量泌水还有助于防止表面裂缝的产生。
3 泌水调控措施
使用聚羧酸类减水剂的混凝土，相比使用传统萘系、脂肪族减水剂的混凝土，大多数情况下泌水会低一些，较少的情况泌水会大一些。但是一旦使用羧酸的混凝土出现过度泌水情况，往往调整起来难度是较大的。
3.1 聚羧酸减水剂分子机构设计
聚羧酸高性能减水剂可以通过不同的方式减少泌水。首先，聚羧酸减水剂在保证水泥基材料工作性的前提下减少用水量，当拌合物用水量减少时，泌水将显著降低[2]。其次，聚羧酸减水剂具有极好的分散作用，能够将水泥颗粒充分分散到水中，阻止较大颗粒的沉降，从而降低泌水。第三点，聚羧酸分子被吸附在水泥颗粒表面，使水泥颗粒相互排斥，减小絮结在一团的有效水泥颗粒粒径，延缓沉降速度，减少泌水。另外一个优势是，聚羧酸类减水剂的分子具有很强的定制性。分子量较小时，分散性会增加，泌水稍微降低，但同时带来的混凝土流动性损失也应在考虑范围内。类似于分子量对泌水的影响，聚羧酸分子中的主链吸附基团含量、接枝链密度、支链长短等因素对混凝土的泌水都产生影响。
3.2 聚羧酸减水剂中添加辅料
在聚羧酸减水剂中添加辅料，如引气剂、消泡剂、促凝剂、缓凝剂、黏度调节剂等都能改善混凝土泌水。引气剂能够减小水的表面张力，引入微小气泡。由于所带的静电荷极性不同，这些微小气泡会吸附在水泥颗粒表面，吸附着气泡的水泥颗粒的平均密度减小，降低沉降速度从而降低泌水[3]。消泡剂机理类似，作用相反。
促凝剂能够缩短凝结时间，因而固体颗粒沉降时间也将缩短，表面泌水减少。相反地，缓凝剂会增大泌水率，因为它延长了水上升至新拌水泥浆表面的时间。
黏度调节剂用于改善拌合水的黏度，进而调节固体颗粒沉降速度，实现对泌水的调节。
3.3 混凝土骨料级配
适宜的骨料级配，有助于减少泌水，主要体现在砂率、砂的模数两个方面。
砂率过小时，砂浆量不足，不能在粗骨料的周围形成足够的砂浆层起润滑和填充作用，会降低混合物的流动性，使混凝土拌合物的粘聚性、保水性变差，使混凝土混合物显得粗涩，粗骨料离析，水泥浆流失，水分易析出。适当增加砂率可减少泌水；反之可增加泌水。
砂的模数对泌水的影响，实际上是指骨料中最小的颗粒部分，尤其是粒径小于0.315mm的部分，对混凝土保水性能尤为关键。适当降低砂的模数，或者添加适量粉砂，有助于减少混凝土泌水；反之可增加泌水。
3.4 混凝土掺合料
混凝土的泌水，实质上可以看成是一种更细层次上的离析，水作为液相，所有的固体颗粒统统为固相，泌水的过程就是水的粘滞阻力已不足以克服水泥颗粒的重力的过程。这时考虑掺入一些较细的混合材，如较细的粉煤灰、硅灰等，由于这些材料颗粒较小，不至于与水产生分离，而与水均匀的混合在一起共同构成液相，增大液相粘度，以增强阻止水泥颗粒在重力作用下沉降的能力，因而可减少泌水。
3.5 水泥
水泥对混凝土的泌水贡献主要两个方面，一个是细度，一个是掺合料。
水泥细度的增加对减少泌水有两个积极作用，首先，水泥颗粒粒径的减小意味着沉降速度减缓。另外，水泥颗粒越细，比表面积越大，与水反应的速度加快，黏度增大，系统凝结和硬化也将加快，因此导致固体颗粒沉降的有效时间减少，进而使泌水量减少。
水泥掺合料的品种不同，也会导致泌水率的差异，这一点与混凝土中掺合料的作用相同，此处不再赘述。
4 案例
无锡地铁3号线中铁十四局某工地C30泵送混凝土，配比如下。
该配比在拌楼大试时发现泌水率偏高，混凝土静置极易离析，泵送时堵管风险较大。为保障工程质量，该配比需适当下调泌水率。在混凝土配比不宜大幅调整的情况下，首选了调整减水剂、并在减水剂中添加辅料的思路。通过调整聚羧酸分子量和接支链种类，适当降低了聚羧酸分散性、增加了黏度；经跟踪，硬化后的混凝土表面无裂缝，各项耐久性指标优异。
5 综述
混凝土的泌水是把双刃剑，只有控制适宜的泌水率，才能保障混凝土的顺利浇筑和硬化后的各项指标。泌水指标受减水剂、掺合料、水泥、骨料及气温、配合比、施工方法等多种因素的影响，实践证实，文中几种对泌水的调控措施是可行有效的。在发现混凝土泌水率过高或过低时，上下游各相关单位包括施工方、混凝土公司、原材料供应商尤其是外加剂厂家及时采取措施，选用一种或多种方案，控制泌水率在合理范围，有助于消除工程隐患，确保工程质量。
参考文献：
[1] 钱觉时.建筑材料学[M].武汉理工大学出版社,2007:185.
[2] GB8076-2008.混凝土外加剂[Z].
[3] 文梓芸,钱春香,杨长辉.混凝土工程与技术[M].武汉理工大学出版社,2004:31.
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