高掺量下缓凝型减水剂性能研究试验以缓凝型减水剂为主要原料，通过测量其工作性能和力学性能指标，研究了掺加不同倍数掺量的缓凝型减水剂对混凝土性能的影响，并探讨了其作用机理。试验结果表明，在保证混凝土初始坍落度和扩展度相当的前提下，混凝土的凝结时间随着缓凝型减水剂掺量的提高而延长；混凝土的粘度上升、容重增加，而混凝土的含气量和电通量随之降低，抗压强度则呈现出先上升后下降的趋势。

　　在现代建筑材料中，混凝土外加剂在我国城市化工程建设中扮演着越来越重要的角色[1]。外加剂的使用不但提高了混凝土的各项工作性能，而且降低了混凝土的生产成本。但在外加剂的使用过程中，混凝土所暴露出来的问题也层出不穷，除了外加剂与胶凝材料适应性不佳带来的问题外[2-3]，外加剂超量使用的情况亦日益严峻，其中，缓凝型减水剂超掺引起的后果最为严重。当下大部分混凝土减水剂中均会添加不同用量的缓凝剂以满足施工需求，当混凝土流动性达不到要求时，现场施工人员经常人为超量添加缓凝减水剂，导致混凝土中掺入的缓凝剂超量。另一种情况则是因生产计量设备故障导致的高掺量下缓凝减水剂。这两种情况均会造成混凝土的凝结时间超长甚至不凝结的现象，给建筑工程造成重大质量事故和巨大经济损失[4]。因此对于缓凝减水剂的超掺问题必须引起高度重视。

　　本文以某搅拌站于2018年浇筑某工地C40梁柱时出现混凝土超缓凝的现象作为案例分析，当时工地浇筑后三四天拆模，发现混凝土梁柱仍未凝结硬化，其表面仍较为松软。受搅拌站委托，试验人员收集了搅拌站实际在用的原材料进行混凝土模拟试验，对高掺量下缓凝减水剂对混凝土可能造成的影响进行了探讨分析，希望能对此类问题的预防贡献绵薄之力。

　　采用厦门嵩能电厂收尘系统排放的II级粉煤灰，其需水量比为97%，含水量0.3%，烧失量3.2%。

　　该缓凝型聚羧酸减水剂中，缓凝剂掺入比例为3.8%，主要成分是白糖。试验配合比如表1.3所示，基准混凝土减水剂掺量为1.60%，则缓凝剂掺量折算为胶凝材料用量的比例为0.061%，对比混凝土的减水剂掺量分别为基准组掺量的1.5倍、2倍、2.5倍、3倍进行试验，缓凝剂掺量分别为：0.091%、0.122%、0.152%、0.183%。

　　C40混凝土设计要求及混凝土试配结果如表1.4，试配证明，在掺加基准掺量（1.60%）时，混凝土的工作性能符合设计要求。

　　不同掺量缓凝减水剂下各组混凝土的初始坍落度、扩展度、含气量、容重、和易性测试结果如表2.1。

　　从表2.1可以看出，在保持混凝土初始坍落度和扩展度一致的情况下，随着缓凝减水剂掺量的提高，其减水率也逐渐提高，混凝土单方用水量降低；但当缓凝减水剂掺量达到基准掺量的2.5倍时，减水剂掺量达到饱和掺量，其减水分散能力不再增长，混凝土单方用水量不再降低。这是因为减水剂在混凝土的减水作用机理主要可以体现为：（1）延缓抑制水泥颗粒的初期水化反应，减少水泥颗粒中结合水的含量；（2）破坏水泥浆的凝聚结构，减少吸附水膜层的厚度，减少吸附水量，提高游离水量。由于减水剂分子在水中离解成大分子的阴离子吸附在水泥粒子上降低了后者的表面能，并在粒子表面形成强电场的吸附层，粒子之间产生强的静电斥力阻碍或破坏水泥凝胶体的凝聚结构形成，使游离存在的水量相对增多，产生分散作用。高分子的吸附层也会对粒子凝聚形成空间阻碍。随着缓凝减水剂掺量提高，其电离出大分子的阴离子含量亦随之增高，对于水泥粒子的抑制分散作用逐渐增强直至饱和不再发挥作用。

　　通过试验发现，虽然混凝土的初始坍落度、扩展度相当，但随着减水剂的掺量越高和混凝土单方用水量的同步降低，混凝土的容重增大，而混凝土含气量随之降低，铲混凝土时越加粘重，同时混凝土损失越快。超掺试验给我们一个启示：混凝土单方用水量并不是越低越好，单方用水量过低，减水剂掺量就要越高，混凝土就越加粘重，混凝土损失就越大。在设计混凝土配合比时，减水剂的掺量与饱和掺量应有一定的距离空间，笔者个人的建议是：设计掺量控制在饱和掺量的40%～70%之间，以50%～60%为宜，但具体适宜掺量要视减水剂本身的掺量宽度而定。某些试验室技术人员喜欢片面降低混凝土单方用水量，追求混凝土配合比的最大经济效益，但试验结果表明，混凝土的经济性与混凝土的质量需要综合平衡，缺一不可。

　　高掺量下缓凝减水剂对于混凝土凝结时间的影响结果如图2.3所示。可以看出，基准混凝土的凝结时间为920分钟，折合为15.3小时，符合混凝土设计要求。当缓凝减水剂掺量为基准的1.5倍（2.40%）时，混凝土凝结时间测试结果为2040分钟，折合为34小时；当缓凝减水剂掺量进一步加大时，混凝土凝结时间延长越加明显，缓凝减水剂掺量为基准的3倍（4.80%）时，混凝土凝结时间为9960分钟，折合为166小时，此时意味着将近7天混凝土才能凝结硬化。造成混凝土长时间不能凝结的原因主要在于试验使用的缓凝减水剂中的缓凝剂为白糖，其缓凝作用在于羟基吸附在水泥颗粒表面与水化产物表面上的O2-形成氢键，同时其他羟基又与水分子通过氢键缔合，同样使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜，从而抑制水泥的水化进程。随着缓凝减水剂掺量提高，混凝土中含有的缓凝剂组分亦随之增高，从而使水泥颗粒吸附水分的过程及水化反应更加被抑制，大大延长了混凝土的凝结时间。缓凝剂超掺造成的结果是：混凝土构件凝结硬化时间大大延缓，影响了构件拆模时间，影响工地工期，造成施工单位投诉和索赔，对混凝土搅拌站不利。

　　从表2.2试验数据可以看出，基准混凝土的各龄期强度都比较正常。当缓凝减水剂掺量为基准掺量的1.5倍（2.40%）时，各龄期抗压强度与基准混凝土相比，还有一定程度提高。这可能与混凝土单方用水量降低较多有关（从170kg/m3降低为153kg/m3），当混凝土单方用水量降低时，硬化混凝土的内部孔隙减少，混凝土的密实度增加，混凝土的抗压强度反而提高；同时缓凝剂适当增多后，有利于防止混凝土集中放热，减少收缩，此时混凝土中的水化产物生产较慢，水泥颗粒的空隙使生成的水化产物分布更加均匀，使混凝土硬化强度增大。但当减水剂掺量趋近饱和掺量时，此时混凝土的单方用水量不再降低，混凝土的抗压强度就不再能够提高，表2.2中SP-2的试验数据也证明了这一点。SP-2组的混凝土单方用水量为150kg/m3，与SP-1组的单方用水量153kg/m3相比，基本接近，而SP-2组的各龄期抗压强度均比SP-1组和基准组均有所降低。

　　SP-2、SP-3、SP-4组混凝土各龄期抗压强度均随着缓凝减水剂掺量的提高而降低，其中，SP-2、SP-3组混凝土的3d抗压强度均为0，28d抗压强度较基准混凝土亦均有不同程度的降低；而SP-4组28d混凝土抗压强度只有基准混凝土的60%，14天以前的抗压强度发展很慢，3d、7d均无抗压强度，它们对应的混凝土凝结时间分别为3850min（64.2h）、5650min（94.2h）、9960min（166h）。

　　究其原因，随着缓凝型减水剂用量的提高，其缓凝组分掺量进一步加大导致了混凝土过度缓凝，混凝土长时间不凝结硬化，其内部水分过量蒸发散失，使水泥水化反应过缓甚至停止，水化程度低，水化产物过少，对混凝土强度造成不可逆的损失[5]。

　　如图2.4所示，随着缓凝减水剂掺量提高至超掺状态时，混凝土的电通量呈现出逐渐下降的趋势。作为表征混凝土抗氯离子渗透的指标，电通量值越低，说明混凝土的体系密实度越高。由于在混凝土初始流动性相当的情况下，随着缓凝减水剂掺量的提高，混凝土单方用水量随之减少，混凝土中形成的微观孔隙结构减少，混凝土中连续贯通的毛细孔在硬化过程中，水化产物可以自行将其封闭起来，水灰比降低可以将毛细孔的封闭时间提前[6]；另外混凝土中存在损失较快的现象，这在一定程度上抑制了更多浆体和水分在集料表面集聚，避免了其对混凝土内部浆体与集料界面结构的削弱作用，混凝土的体系密实度上升，表现在宏观方面即为混凝土的抗氯离子能力渗透能力提高，混凝土电通量降低。

　　（1）在保持混凝土初始流动性相当的情况下，随着缓凝减水剂掺量的提高，其减水率也逐渐提高，混凝土单方用水量降低；但当减水剂掺量达到基准混凝土掺量的2.5倍时，减水剂掺量达到饱和掺量，混凝土单方用水量不再降低；期间混凝土越加粘重，其容重增大，含气量降低，损失加快。

　　（2）缓凝减水剂掺量的提高一方面降低了水胶比，提高了混凝土体系密实度；另一方面白糖的存在使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜，抑制了水泥颗粒的水化进程，大幅延长了混凝土的凝结时间，当减水剂到一定掺量时，混凝土出现过度缓凝现象，使混凝土的抗压强度呈现先增长后降低的趋势。

　　（3）缓凝减水剂掺量的提高降低了混凝土单方用水量，在一定程度上减少了微观空隙结构的生成，并抑制了更多浆体和水分在集料表面集聚，避免了其对混凝土内部浆体与集料界面结构的削弱作用，提高了混凝土的体系密实度，导致混凝土电通量降低。

　　[1] 王炳世. 论述水泥工艺外加剂与混凝土外加剂双掺对混凝土性能的影响. 中国科技投资,2014 (A09) :61-61.

　　[5] 甘扶平，吴晓鹏, 刘兴龙, 等. 快速测定混凝土外加剂中缓凝剂是否超标. 福建建材,2017(1) :17-19.

　　[6] 杨建军, 李俊毅, 雷周, 等. 混凝土电通量的影响因素分析. 中国港湾建设, 2012(8).

　　陈周鹏（1992.8—），男，汉族，福州大学材料科学与工程专业毕业，工程师职称，现任科之杰新材料集团有限公司技术工程师，主要从事混凝土及预拌砂浆用外加剂产品的研究与应用工作。返回搜狐，查看更多