聚羧酸減水劑與混凝土原材料的相容性

　　一直以來，混凝土的工作性能和強度都與水灰比有很大的關系，例如配制高強度混凝土通常需要采用低水灰比，而低水灰比必然導致混凝土流動性減小，不利于施工。減水劑的出現成功的緩和了由于水灰比導致的混凝土工作性能和強度之間的矛盾，使得配制的混凝土同時具有良好工作性和高強度成為可能。聚羧酸減水劑由于具有摻量低、減水率高、保坍性好、分子結構可調和綠色環保等優點，使其應用范圍越來越廣，聚羧酸減水劑更是配制超高遠泵送混凝土、自密實混凝土、高強混凝土等高性能混凝土首選的減水劑。

　　聚羧酸減水劑雖然得到越來越廣泛的應用，但是在實際應用過程中也出現了聚羧酸減水劑減水分散效果不好、混凝土異常凝結、坍落度經時損失過大甚至混凝土強度下降等情況，其中聚羧酸減水劑與混凝土各原材料之間的相容性問題是主要原因之一。根據JC/T1083-2008《水泥與減水劑相容性試驗方法》中水泥與減水劑相容性的定義，若加入的減水劑飽和摻量點明確、水泥凈漿初始流動性較好、經時損失小以及無明顯泌水、離析等現象，那么表明該減水劑與水泥的相容性良好。聚羧酸減水劑與混凝土各原材料之間都存在著相容性問題，主要表現在以下幾個方面：

　　(1)水泥

　　當使用同種聚羧酸減水劑而不同水泥時，有可能出現這種聚羧酸減水劑與一種水泥相容性良好卻與另一種水泥相容性差，當使用同種水泥而不同聚羧酸減水劑時，也有可能出現類似情況，從表面上看是由于水泥和聚羧酸減水劑品種不同導致的，其實質卻是與其物理化學性質有關。例如，水泥熟料礦物組成是影響其與聚羧酸減水劑相容性最為主要的因素，主要與熟料礦物對聚羧酸減水劑的吸附有關，鋁酸鹽相水化帶正電較硅酸鹽相水化帶負電更易于吸附帶負電的聚羧酸減水劑，通常認為C3A含量較高、析晶程度高的水泥與聚羧酸減水劑相容性較差。此外，水泥比表面積也是影響其與聚羧酸減水劑相容性的原因，當水泥比表面積增大時，由于水泥顆粒與水和聚羧酸減水劑分子的接觸面積增大，導致表面能增加，水泥水化速度加快，吸附作用增強，因此會導致水泥漿的經時損失變大，造成相容性不良。

　　(2)礦物摻合料

　　粉煤灰、礦渣和硅灰等工業固體廢棄物作為混凝土摻合料不僅起到了綠色環保的作用，同時從技術層面也是配制高性能混凝土不可缺少的原材料。礦物摻合料與聚羧酸減水劑之間的相容性主要是由于摻合料對聚羧酸減水劑的吸附引起的，粒化高爐礦渣和含球形玻璃體較多的優質粉煤灰對聚羧酸減水劑吸附少，故它們之間相容性良好。含碳量是影響粉煤灰與聚羧酸減水劑相容性的主要原因，含碳量高的粉煤灰能吸附大量的聚羧酸減水劑和水分，使得其與聚羧酸減水劑相容性差。硅灰由于具有很高的比表面積，能夠吸附大量聚羧酸減水劑，其與聚羧酸減水劑相容性差。

　　(3)其他化學外加劑

　　外加劑的復配可以起到超疊加效應，作為一條技術路線越來越多的應用于混凝土領域。有時僅使用一種減水劑不能滿足施工要求，因此就需要不同減水劑進行復配，聚羧酸減水劑與其他減水劑的適應性因其他減水劑種類而異，聚羧酸減水劑與木質素磺酸鹽類減水劑適應性較好，與萘系減水劑復配使用會產生負面影響。另外，聚羧酸減水劑與早強劑、緩凝劑和膨脹劑等其他外加劑之間也存在相容性問題，特別是外加劑中硫酸鹽含量和堿含量對相容性影響較大。

　　(4)砂石骨料

　　砂石骨料對混凝土的各項性能有直接影響，其中含泥量是衡量骨料質量的主要指標之一。在聚羧酸減水劑出現之前，由于砂石中的泥粉在規范規定范圍內對混凝土性能影響相對較小，沒有引起廣泛重視。近年來隨著聚羧酸減水劑用量增加，而品質較好的天然砂石資源逐漸緊缺，當用含粉量較高的機制砂和含泥量較高的天然砂石配制混凝土時，表現出聚羧酸減水劑與其相容性不好。機制砂中石粉含量對聚羧酸減水劑影響較小，通常認為石粉含量在20%范圍內時對混凝土性能甚至有利。聚羧酸減水劑對砂石含泥量顯得尤為敏感，當砂石中含泥量較高時，嚴重影響聚羧酸減水劑的減水分散性能、會降低混凝土的工作性能和強度。

　　(5)硫酸鹽及堿含量

　　混凝土中硫酸鹽主要來源于水泥熟料、摻合料、外加劑和對水泥起緩凝作用的外摻石膏等。大量研究表明硫酸鹽一方面與聚羧酸減水劑存在競爭吸附，使得起分散水泥顆粒的聚羧酸減水劑減少，另一方面硫酸鹽的存在會降低聚羧酸減水劑的空間位阻作用，從而影響聚羧酸減水劑的減水分散性能。Kazuo Yamada等研究發現聚羧酸系減水劑分子的空間體積隨著溶液中硫酸根離子濃度的增加而減小，表明硫酸鹽可以通過降低聚羧酸減水劑分子的空間位阻作用從而影響其減水分散性能。王智等研究發現，不同種類的硫酸鹽對聚羧酸減水劑減水分散性能的影響程度不同，硫酸鉀和硫酸鈉的影響較硫酸鈣影響大，但是在硫酸鉀和硫酸鈉等易溶性硫酸鹽較低摻量時(水泥質量的0.2%以內)對聚羧酸減水劑減水分散性能沒負面影響甚至有利。同時石膏的種類對聚羧酸減水劑的影響也很大，主要取決于不同種類石膏的溶解速度和溶解度。

　　混凝土中的堿(Na2O和K2O)一般來源于煅燒水泥熟料所使用的黏土質原材料和外加劑中。隨著堿含量增加，混凝土達到相同流動性時需水量增大，凝結時間縮短，摻聚羧酸減水劑混凝土初始流動度減小和經時損失增大。