水工混凝土中减水剂的选择和使用

白转转

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 减水剂的作用

掺减水剂可以在保持相同用水量的情况下增大混凝土的流动性；或在保持相同流动性和强度条件下降低水泥用量；在保持相同流动度和水泥用量不变的情况下，提高混凝土的强度。根据使用情况的不同，山西水工局东北项目部工地试验室在室内试拌成型基准混凝土与掺减水剂的混凝土，从表1和表2中看出掺减水剂后混凝土拌和物塌落度和强度产生效果。

1）从表1中由序号1和2可知在同水胶比情况下，塌落度由70 mm提高到220 mm，掺减水剂使混凝土塌落度提高了150 mm，流动性大大增加，改善拌和物和易性及混凝土施工性能。

2）从表1中由序号1和3可知在不改变和易性条件下，用水量由190kg减少到141kg，水胶比由0.53降到0.39，明显降低混凝土用水量，减小水胶比，提高混凝土强度。

表1 基准混凝土与掺减水剂混凝土用水量及坍落度对比表

表2 基准混凝土与掺减水剂混凝土强度对比表

3）从表1中由序号1和4可知在同塌落度，水胶比不变的情况下，用水量由190 kg降到141 kg，水泥用量由360 kg减少到266 kg，减少用水量和水泥用量，从而节省水泥，减小混凝土的温度变形和温度应力。

4）从表2中可知掺减水剂用水量由235 kg降到170 kg，减少用水量，减水率达到28%。显著提高混凝土抗压强度，与基准混凝土相比，掺减水剂混凝土1 d强度可提高77%，3 d强度提高67%，7 d强度提高52%，28 d强度可提高47%。

总之减水剂对水泥有强烈的分散作用，在混凝土中改变了水泥浆体的流变性能，进而改变了水泥混凝土结构，起到了改善混凝土性能的作用。还大大提高水泥拌和物流动性和混凝土塌落度，同时还能大幅度提高混凝土拌和物粘聚性，保塑性和可泵性，改善混凝土的泌水，收缩徐变性能及工作性能，能大幅度降低混凝土拌和物用水量而提高混凝土的早期和后期强度，能有效延缓和调节混凝土凝结时间，抑制水泥早期水化放热速率和放热量，使塑化性能好，塌落度损失小，进而提高混凝土的抗渗、抗冻融及耐久性等性能，对钢筋无锈蚀作用，能有效防止混凝土碱骨料反应。

2 减水剂的种类

按减水能力及兼有的功能，减水剂可分为普通减水剂、高效减水剂，早强减水剂，缓凝高效减水剂，缓凝减水剂，引气减水剂，高性能减水剂等。

SIHH，全称是“日内瓦国际高级钟表沙龙”，也简称为“日内瓦表展”，与巴塞尔展一个显著的不同是，他只有钟表品牌，而且是邀请制度，过往只有经官方邀请的渠道商和媒体人才能参加展会，最近两年才增加了一天“公众日”。

普通减水剂是保持混凝土的塌落度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂，高效减水剂不同于普通减水剂，具有较高的减水率，较低的引气量，是我国使用量大而面广的外加剂品种。高性能减水剂是国内近年来开发的新型外加剂品种，目前主要为聚羧酸盐类产品。掺入不同组分复配，可生产出早强型、标准型和缓凝型高性能减水剂。

目前常用的减水剂有木质素系、萘系、氨基磺酸盐及羧酸基接枝共聚物系等多种。木质素系减水剂的主要品种有木质素磺酸钙（简称木钙），普通减水剂常用木钙，掺量一般为水泥质量的0.2%～0.3%，减水率为10%左右，混凝土28 d抗压强度提高10%～20%，在保持混凝土强度和塌落度不变的条件下，可节约水泥8%～10%。萘系高效减水剂减水率多在15%～20%以上，混凝土28 d强度可增加20%以上，并有早强作用，减水率高，不引气，缺点塌落度损失较大。氨基磺酸盐减水剂减水率高，可达13%～27%，塌落度损失小，适宜掺量0.5%～1.0%，缺点对掺量敏感，掺量稍过量容易泌水。羧酸基接枝共聚物减水剂是一类全新的高性能减水剂，掺量低，一般为胶凝材料质量的0.15%～0.25%，减水率高，混凝土拌和物工作性较好，对水泥适应性好。适用于高性能混凝土，也是混凝土减水剂的发展方向。

3 减水剂掺量确定

减水剂掺量按胶凝材料质量的百分比计，每种减水剂都有适宜的掺量，即使使用同一种减水剂由于用途不同，掺量也不同，使用前参考厂家产品说明书中提供的掺量范围（如聚羧酸高效减水剂一般掺量为胶凝材料的0.5%～1.5%）进行减水剂不同掺量的混凝土性能试验确定合理掺量，并要求符合国家和行业有关标准的规定。山西水工局东北项目部工地试验室配制C35W12F200衬砌混凝土时，为了确定减水剂合理掺量，试验室采用不同掺量的减水剂进行试验，减水剂的不同掺量对混凝土拌和物工作性能的影响见表3。

表3 减水剂不同掺量的混凝土性能对比表

1）当减水剂掺量为0.5%时，塌落度由90 mm增到120 mm.增大幅度不大，说明掺量过低时，塑化减水效果不明显；达不到要求塌落度，起不到应有的掺加效果。

2）当减水剂掺量为1.3%时，塌落度由200 mm增到240 mm，增加的幅度明显下降。掺量过高时，虽然减水效果有一定的增加，但混凝土拌和物开始出现泌浆、胶结，扒板、工作性差的不良后果，减水效果不明显。超过饱和掺量，掺再多的减水剂也将不起减水的作用，反而带来副作用。

3）当减水剂掺量为1.0%时，塌落度由120 mm增到200 mm，塌落度随减水剂的掺量增加而增大，混凝土拌和物和易性好，流动性大，易插捣，工作性能好，达到要求塌落度。因此在满足混凝土性能要求的前提下，需考虑经济效益后确定减水剂的最佳掺量，是使用好减水剂的重要保证。

4 减水剂掺加方法确定

在混凝土的搅拌过程中，不同的掺加方法将会带来不同的使用效果。减水剂的掺加方法不同，即使在相同掺量情况下，对混凝土所产生的塑化减水、增强效果也有一定差异。减水剂的掺加方法有：先掺法（针对粉状减水剂），该方法在实际工程中使用不方便；同掺法（事先将减水剂配制成一定浓度的溶液，在搅拌过程中同水一起掺入），在工程实际中，常采用同掺法，可将减水剂与混凝土拌和均匀，方便自动计量；后掺法（在混凝土加水搅拌一段时间后，再加入减水剂进一步搅拌），后掺法又分为干粉掺加法和溶液掺加法。对于萘系高效减水剂，为了避开水泥中的铝酸三钙和铁铝酸四钙矿物成分的选择性吸附，以后掺法为好。

5 减水剂与水泥的相溶性试验

减水剂与水泥的相溶性也是评价减水剂性能的指标之一。在原材料中，水泥对减水剂的影响较大，同一种减水剂在相同的掺量下，往往因水泥不同而使用效果明显不同。减水剂与水泥都存在相溶性问题，在使用前一定要做减水剂与水泥的相溶性试验。减水剂相溶性试验根据实际混凝土拌和物的塌落度损失情况，依据《水工混凝土试验规程》SL352－2006静态混凝土塌落度损失进行评定。减水剂在高强、高性能混凝土工程中的应用也越来越多，水泥与减水剂的相溶性问题对混凝土工程来说是一个不可忽视和回避的重要问题，尤其在高标号混凝土中较为明显，很多工程中都遇到了这样的情况。

山西水工局新疆项目部工地在进行预制衬砌管片生产中出现此情况：混凝土粘聚性过大，出机塌落度110 mm，5 min损失到40 mm，10 min坍落度为10 mm，损失过快，扒板严重，给浇筑和振捣造成困难。振捣最长时间达53 min（正常时每片振捣时间3 min左右）无法满足施工要求，致使预制衬砌管片厂停工。查其原因：配料单中所用原材料按标准检验合格，减水剂符合《混凝土外加剂》GB8076一等品的高效减水剂。初步判定水泥与减水剂相溶性不好，才引起流动度损失过快和异常板结。

于是利用减水剂对水泥净浆的扩散性，将所用水泥与减水剂取样做净浆流动度试验，结果流动度很小，减水剂几乎不减水。对同一水泥不同减水剂进行试验，其数据说明由于减水剂生产厂家不同，同一水泥的扩散性不同，同一水泥的掺量不同其扩散性也不同；同时我们对同一厂家的减水剂不同厂家的水泥进行了试验，其结果表明由于不同厂家的水泥因组分不同，试验结果也不同。遇到了水泥与减水剂不相溶的状况。

山西水工局新疆项目部工地试验室与水泥厂首先从水泥熟料化学成分找原因，水泥熟料中铝酸三钙对减水剂的吸附能力最强，是造成混凝土塌落度损失过快的主要原因。通过大量的反复调整，反复试验，对预制衬砌管片使用的水泥厂的水泥熟料化学成分和物理性能进行了调整，对不适应因素逐个排除，找出其原因，具体调整见表4表5。

山西水工局新疆项目部工地试验室将调整后水泥在室内试拌混凝土进行5 min和10 min陷度损失比较，调整后水泥陷度损失小（10 min最大陷度损失30 mm，最小陷度损失0），混凝土拌和物和易性较好，无粘聚性过大现象，混凝土陷度盘间波动较小，能够满足施工要求。见表6。

6 影响水泥与减水剂相溶性的因素

通过大批量的试验，分别采用不同的水泥掺和料，调整水泥的生产工艺和化学成分，最终调整好水泥用于预制衬砌管片生产，解决了水泥与减水剂的相溶性问题，找到了影响水泥与减水剂相溶性的因素。

6.1 水泥熟料矿物成分的影响

水工使用的水泥主要以普通硅酸盐水泥为主，水泥熟料占主要部分。减水剂的使用效果随熟料矿物成分的组成不同而异，其中铝酸三钙对相溶性影响最大。在高标号混凝土工程中没有对混凝土有早期强度要求的情况下，尽量不要使用铝酸三钙含量高的水泥，也就是早强水泥，以提高混凝土浇筑过程中水泥与减水剂的相溶性，减少混凝土的坍落度损失过快甚至出现混凝土粘聚性过大及扒板现象。

6.2 水泥中的碱含量

水泥中的碱是指氧化钠和氧化钾，这两种化学成分对减水剂影响较大，一般含碱量高的水泥掺入减水剂后流动性减小，流动性损失加快。并有明显的早强和促凝作用，加快了水泥浆的凝结和产生早期强度，必然会加快混凝土坍落度损失。

6.3 水泥中石膏的影响

水泥在进行生产混凝土时，水泥与水结合，石膏会在瞬时间吸附大量的水造成陷度损失过快，给混凝土施工带来困难，在预制衬砌管片生产时曾经遇到过，最严重时在5 min内由200 mm的陷度损失为0，无法满足施工要求。造成石膏脱水的主要原因是水泥厂在磨制水泥熟料时磨机温度过高，降温措施不当所致。

6.4 水泥的细度影响

水泥颗粒越细，比表面积越大，需水量越大，水化速度越快，水泥颗粒越细，水泥中铝酸三钙矿物成分需要吸附的减水剂越多，使水泥浆流动度减小，减水剂掺量增大，而且流动度损失也加快。

6.5 水泥中掺加的混合材品种

我们所使用的普通硅酸盐水泥，都掺有一定数量的掺合料，掺合料数量占6%～15%，掺合料品种的不同也影响水泥与减水剂的相溶性。

其次通过预制衬砌管片生产中的大量试验，影响水泥与减水剂相溶型的因素还有减水剂的种类和掺量，混凝土配合比，尤其是水胶比，矿物外加剂的品种和掺量及混凝土搅拌时的加料程序、搅拌时的温度，搅拌机的类型等。

表4 衬砌管片水泥熟料化学成分调整表

表5 衬砌管片水泥物理性能调整表

表6 混凝土塌落度稳定性和损失统计分析

7 减水剂选择原则

选择减水剂一是性能要满足使用要求，二是经济合理。目前我国有各类外加剂生产企业数千家，技术水平参差不齐，产品质量存在很大差距，要选择能确保减水剂质量的生产厂家。首先要对工程的施工要求、现场条件、施工工艺等情况进行全面了解，在选择时，一定要先掌握减水剂的性能、特点和适用范围，根据不同的作用目的，选择不同的减水剂，严禁使用对人体产生危害，对环境产生污染的减水剂。减水剂应符合国家现行有关标准的规定，应采用工程使用的原材料在室内进行全面混凝土试配试验，其次在使用前要检测水泥与减水剂的相溶性试验，确定合理掺量，以防工程应用时出现相溶性问题而措手不及。