高性能混凝土中聚羧酸外加剂的适应性研究

摘要：聚羧酸外加剂减水率高、坍落度损失小、适量引气、质量稳定，能提高混凝土耐久性和使用寿命，但由于聚羧酸外加剂敏感性强和适应性差，使其推广应用受到极大的限制。本文结合哈大铁路客运专线TJ-3标伊通河特大桥现场施工的工程实践，从外加剂性能、水泥、掺合料、骨料、拌合工艺等方面分析适应性差的原因，提出了解决适应性问题的相关措施。
关键词：高性能混凝土 聚羧酸外加剂 适应性
1 聚羧酸混凝土外加剂的适应性问题
所谓外加剂的适应性是指外加剂在相同的条件下，因水泥不同而造成使用效果有较大的差异、甚至是完全不同的程度。聚羧酸外加剂通过近两年来在铁路建设工程中的大量应用和在高速铁路工程中的试验，证明其适应性相对较差，其混凝土原材料组分、产地等因素的微小变化都会造成新拌混凝土性能出现变化，这一特点与萘系减水剂具有较强适应性和稳定性的特点截然不同。而解决这一问题不能局限在试验各组分之间的搭配和频率的更换材料方面，必须突破旧的思维方式，从发展的、整体的 、宏观的角度做深入的探索和研究，才能促进聚羧酸混凝土技术协调发展。
2 影响适应性的主要因素及改进措施
2.1 外加剂自身因素
2.1.1 质量有待提高 从聚羧酸外加剂在我国的发展现状看，生产聚羧酸所用的聚乙二醇（统一简称为聚醚）等主要从德国、日本、韩国等国进口；另一主要原材料甲基丙烯酸正处在引进和消化、扩大规模的过程中；其他单体与辅助原材料如进口则材料成本高，而国内生产则产品质量得不到保证；原材料的不确定性使聚羧酸外加剂的质量良莠不齐。再者从生产过程一直是控制聚羧酸生产的难点与重点，酯化产物的质量及其稳定性对于最终减水剂产品的质量及其稳定性的影响很大。“大单体酯化+混合单体聚合”的方法是目前较多的外加剂厂商采用的主要合成方式。许多厂商忽视产品科学合理的“分子结构设计”及外加剂与混凝土的适应性研究。
2.1.2 改进的措施 ①选择先进设备特别是要采用完好无损、质量过关的搪瓷反应釜。②选择质量稳定合格的单体进行合成。③加强合成技术与工艺的研究，设计科学合理的“分子结构”和简便实用的合成技术工艺。④加强反应过程温度等条件的控制，严格控制用水质量。⑤加强生产过程质量控制和出厂质量检验。⑥提高供应商的现场技术服务质量，加强适应性的研究和改进。
2.2　水泥与聚羧酸外加剂的适应性
2.2.1 造成适应性差的原因　①社会原因。目前对外加剂与水泥之间的适应性问题缺乏系统的研究，本来应进行水泥—外加剂—混凝土—高耐久性工程结构 的整体性研究，但由于分属不同领域，造成工程技术人员“隔行”。例如，随着高速铁路建设的发展，工程结构设计人员要求设计使用100年以上的混凝土工程结构，提高混凝土的耐久性必须从原材料的质量、混凝土致密性、严格的生产的工艺等方面下工夫，而绝大多数的结构设计人员并不太了解目前聚羧酸外加剂在我国的发展状况和适应性、敏感性问题对混凝土结构造成的危害程度：施工一线的试验检测人员不了解水泥的生产过程和化学组分对外加剂的适应性有哪些方面的影响，无法要求水泥的生产者采取措施生产高性能混凝土技术要求的低碱、低热水泥：水泥的生产者不了解混凝土技术的进展情况,更不了解迅速发展的聚羧酸外加剂技术和高性能混凝土,只是在利益的驱动下片面追求水泥的早强、超细化。再加之应用我国试验检测外加剂是否合格时，采用基准水泥和工程水泥可能得到不同的结果，因工程水泥与基准水泥在化学成分、掺合料、生产工艺方面都存在较大的差异，即出厂前用基准水泥检测合格的外加剂在现场有可能不满足现场水泥配制的混凝土的技术要求；用基准水泥检测不合格的产品而现场使用时却又可能合格。结果就发生本来具有杰出减水性能的聚羧酸外加剂适应性差、敏感性强、浆体性能损失快等许多难以控制的问题。②技术原因：水泥影响聚羧酸外加剂适应性的因素主要有：a水泥的化学组分；b调凝剂的类型及分子结构形式；c助磨剂、活性混合材料、非活性混合材料和熟料的掺量及类型；d水泥的碱含量；e细度；f使用时的温度等。水泥是一个地域性很强的产品，由于不同地域生产水泥熟料的原材料矿物质组分存在不同程度的差异，而这些矿物质组分中某些组分（C3A、C4AF、C3S、C2S等）微小的变化都可能引起混凝土性能的巨大变化，同时调凝剂石膏结晶形态的不同（吸附能力CaSO4）CaSO4·1/2H2O〉CaSO4·2H2O）、水泥中碱含量（Na2O+0.658K2O）的超标、助磨剂的掺入、细度不断升级、使用前水泥余热较高等都可能影响到外加剂的适应性，都可能引起混凝土坍落度的保留值、流动度、扩散度和粘聚性等发生巨大变化，显然要求聚羧酸外加剂需克服不仅由水泥所造成的如此多的不利因素是不现实的，要确立“外加剂的适应性是一个相互适应过程”的观念，大力开展水泥与聚羧酸外加剂的适应性研究。
2.2.2 措施:①改进水泥生产技术，生产低热水泥、低碱水泥、细度级配化水泥、与聚羧酸相适应的高耐久性混凝土水泥。②在实践中加强水泥研究人员化验人员、外加剂供应商技术服务人员和现场试验人员之间的合作与交流，逐步探索聚羧酸与水泥相互适应性的内在因素，不断发展水泥生产技术和改进外加剂合成技术。尽量避免由于水泥组分的不断调整引起外加剂的极不适应，在08年初施工中，前期水泥的早期强度高后期强度富余量小，为改变这种现状，水泥厂用两个月的时间逐步调整水泥组分比例，严重影响了混凝土拌合物性能，保坍性差，后来在水泥出厂合格证上发现了水泥组分的持续调整，现场试验人员、外加剂供应商技术服务人员和水泥厂的研究人员及时进行了沟通，固定了水泥组分比例和生产水泥用的各种原材料产地，迅速改善了混凝土的拌合物性能。
2.3　其它材料组分对外加剂适应性的影响
2.3.1　原因分析：①经现场试验，骨料中影响聚羧酸外加剂混凝土性能的主要因素为骨料的含泥量，随着含泥量的增加，混凝土的流变性能会成倍的降低，同时骨料中的泥质种类、粉砂粒、石粉对聚羧酸外加剂适应性的影响也很大。②外掺料中影响适应性的主要是外掺料的烧失量和细度，烧失量越大，混凝土的流变性损失越快。③粉煤灰是电厂的副产品，不同的煤质对混凝土的拌合物性能影响也很大。
2.3.2　措施：①选用合格的骨料或对骨料进行清洗。②在一定范围内可通过降低砂率的办法尽量减小含泥量的影响。③在满足技术规范的同时尽可能的选择烧失量小的掺合料。④在选用两种以上的掺合料时，尽量减少造成外加剂适应性差的外掺料地掺量。⑤保持煤源产地的相对稳定也是提高其适应性的一项重要措施。
2.4　工艺性因素对适应性的影响　高性能混凝土初期性能直接影响到硬化后的混凝土的性能及耐久性，特别是含气量；当混凝土经过一段距离的运输和高温环境时，其初期和易性和流变特性发生很大变化，含气量的大量损失，造成混凝土流动性、可泵性的降低和耐久性的急剧下降。合理的投料顺序和适宜的拌合时间也是影响混凝土拌合物性能的重要因素，尤其是冬施期间，应根据相关规定及时调整投料顺序增加拌合时间也是非常必要的。在采用混凝土罐车运输时可在混凝土浇注前10分钟使用二次掺入法，这样不降低混凝土耐久性能并改善流变特性，经济性也是很可取的。
3　结束语
总之，聚羧酸外加剂的适应问题远比萘系减水剂复杂，要解决其适应问题必须在深入研究的同时，运用系统的、发展的眼光看待它的适应性问题，确立外加剂与混凝土各组分之间相互适应的观点和理念，强调水泥技术、外加剂技术与混凝土技术的协调发展，这样才能真正促进高性能混凝土耐久性的提高。
参考文献：
[1]吴仲伟.廉慧珍高性能混凝土[M].北京.中国铁道出版社.1999.