1、关于减水率的认知误区

  减水剂是一种在混凝土搅拌前或搅拌过程中加入,能减少或大幅度减少混凝土拌合用水的外加剂。混凝土中掺入减水剂后可有效改善混凝土和易性、流动性,混凝土结构改善,强度提高,在保持混凝土强度不变时也可节约大量水泥。因此,减水剂也成为配制商品混凝土不可缺少的外加剂。

  看到减水剂能提高强度,并大量节约水泥的重大作用,施工人员误认为配制商品混凝土使用减水剂时,减水率越高越好,甚至在配制低标号混凝土时也要求较高的减水率。通常情况下,随着减水率的提高,混凝土强度也会越来越高。对于水胶比较高的混凝土,用水量的减少混凝土的干燥收缩也会降低,对提高混凝土强度,减少混凝土收缩开裂当然十分有利。但目前混凝土施工普遍设计水胶比都比较低,由于自收缩已不容忽视,如果再大幅度减少用水量,会加大混凝土内部干燥收缩, 从而加大了混凝土自收缩,加之商品混凝土配制一般都同掺缓凝剂,由于水化较慢,混凝土较长时间不凝,混凝土表面失水严重,更加大了混凝土收缩开裂的风险。 当然,有些人会说,我们可通过浇水养护来防止混凝土干燥收缩,但极低的水胶比混凝土都较密实,所浇水很少能渗透到混凝土内部,也很难达到补充缺水的目的。

  笔者曾测试过三种常用减水剂——糖蜜、木钙、萘系减水剂的最高减水率,分别为6%、8%、20%。萘系高效减水剂最高,但掺入上述减水剂后混凝土收缩值却是萘系产品最大。而低减水率的糖蜜却最低。

  通过减水提高强度来减少水泥用量这是普遍的习惯。但如果大幅度减少水泥用量,水泥浆过少,由于水泥浆层太薄,更易产生微裂缝,混凝土极限延伸率减小,混凝土抗拉强度下降,过量减少胶凝材料用量还会提高混凝土弹性模量,在相同干缩变形及温度变形时,变形应力增大,混凝土易产生开裂。

  一些高减水率的减水剂品种,保水性较差,如果过量减水增大这些减水剂的用量,混凝土易产生泌水离析,影响了混凝土匀质性,并给混凝土质量带来不利影响。

  笔者调查发现,目前商品混凝土早期开裂较多,其中70%以上都发生在采用较高减水率外加剂的混凝土中。不难看出,采用高减水大量节约水泥既不科学,也不经济。过分强调减水率是对减水剂认识的一大误区。??

  2、解决商品混凝土坍落度损失的唯一途径是增加缓凝剂的用量

  商品混凝土加水搅拌后,随着时间的延长,坍落度也会慢慢减小,这是商品混凝土施工中的正常现象,但是对于在短期内坍落度迅速损失则会使混凝土无法浇注施工。为解决商品混凝土坍损,通常在外加剂配制过程中都会适量加入缓凝剂,这就给施工人员误认为,增加缓凝剂用量是解决商品混凝土坍落度损失的唯一途径。

  混凝土坍落度损失是多种因素造成的,最大的影响因素当然是水泥水化加速,但也不可忽视水泥的二次吸附的影响。水泥水化加速除水泥细度外,水泥中调凝剂用量,水泥中铝酸三钙的含量,施工温度都会影响水泥的水化速度。掺用缓凝剂当然可以抑制水泥水化,但由于水泥品种不同,水泥中矿化成份差别较大,并非只要 是缓凝剂都能抑制这些矿化成份的水化。如一些缺硫缺碱水泥,缓凝剂的加入却会加速水泥水化,加大坍落度损失。掺入硫酸盐早强剂补充水泥中三氧化硫不足却能抑制水化速度,减小坍落度损失。糖类缓凝剂用于C3A含量高的水泥没有缓凝保坍效果,用于高碱水泥还会加速水泥水化甚至使混凝土产生速凝。

  水泥混凝土掺入减水剂后,由于减水剂的吸附分散作用,水泥粒子是分散的,大量游离水的存在使混凝土流动性改善,混凝土具有较大的坍落度。由于水泥活性及其它影响因素,一定时间后水泥粒子又会重新吸附在一块并包裹了大量游离水,促使混凝土坍落度损失加大。解决上述现象增加缓凝剂用量根本无效。而同掺少量引气剂,细密的气泡能有效地隔离水泥粒子,使之无法相互吸附,可以减小坍落度损失。

  即便采用了适用的缓凝剂,用量也不宜无限增大。缓凝剂的大量掺用,不但增加了施工成本,更会影响混凝土早期强度并影响施工进度。过量掺入缓凝剂,混凝土长时间处于塑性状态,骨料下沉塑性收缩增大,混凝土水份大量蒸发,在水泥水化前失水太多还会使混凝土出现粉化现象,强度下降。

  不难看出,解决商品混凝土坍落度损失问题,应找出造成坍落度损失的主要影响因素。采取适当的保坍措施,而并非任意加大缓凝剂的掺用量就能解决。

  3、掺用引气剂会降低混凝土强度

  商品混凝土掺用引气剂可以有效地改善混凝土的和易性、流动性、可泵性、保水性,更重要的是混凝土中掺入了引气剂后可以有效地提高混凝土抗冻、抗渗等耐久性能。研究还表明,商品混凝土中掺用引气剂还可以防止混凝土中水泥粒子的二次吸附,减小坍落度损失。目前日本等国家在混凝土施工中已经几乎没有不掺引气 剂的混凝土。而将不掺引气剂的混凝土称为特殊混凝土。

  目前我国许多混凝土施工企业还未掺用引气剂,主要是施工人员认为混凝土中掺用引气剂会降低强度,这是对引气剂认识的又一误区。“混凝土中含气量增加百分之一会使强度降低百分之三到五”是他们的理论依据。不错,混凝土含气量增加强度当然会降低,但那只是在水胶比相同的前题下的测试结果。常用引气剂都有一 定的减水功能,在常用掺量时引气剂的减水率都在6%以上,减水效果也会使混凝土强度得以提高。试验表明,用水量减少1%也会使混凝土强度提高2-4%,这是完全可以弥补因含气量增加对强度影响。试验表明,含气量对强度的影响还与气泡结构有关。较细密均匀的气泡对强度影响小,甚至没有影响,而较大的气泡才对 混凝土强度产生影响。引气剂对强度的影响还与混凝土设计标号及用水量有关。在正常情况下,低标号水胶比较高的混凝土含气量即便增加5%也不会影响到强度, 而高强低水胶比混凝土含气量控制在3%左右也不会影响强度。

  也有人认为商品混凝土掺用引气剂会增加施工成本,那更是片面看法。考虑到引气剂的减水作用,每掺用一公斤引气剂,在保证一定减水率的前题下,可少用减水剂十多公斤,应用成本不但不会增加还会有所降低。事实证明,商品混凝土施工中掺用引气剂技术经济效益都十分明显。

  4、商品混凝土冬季施工掺入降低冰点的防冻剂就可以防止混凝土冻害

  冬季混凝土施工时,为保证施工质量,防止冻害,一般都须掺入一定量的防冻剂。而防冻剂的主要组份少不了能降低冰点的成份。为此,许多施工者误认为冬季施工时只需掺入有一定降低冰点功能成份的化合物即可防止冻害,这是对防冻机理的误解。

  虽然混凝土中水的冻点降低,冻害会减少,但是在负温下混凝土中水泥水化停止,水化水虽未结冰,但混凝土也会长期无法形成一定的强度。不但无法进行混凝土连续施工,一段时期后仍会给混凝土形成冻害。试验表明,提高混凝土临界强度,大幅度减少容易产生结冰冻害的用水量并增加能缓解混凝土冰冻膨胀应力的组份,即同掺减水剂早强促凝剂及引气剂,结合降低冰点是最好的防冻措施。而单一依靠降低冰点无法保证混凝土的冻害防止。

  目前国产防冻剂采用的降低冰点的主要成份多为亚硝酸钠及一些钠盐钾盐。这些产品在-15℃施工时掺用量一般为水泥用量的10%以上,当混凝土集料中活性集料较多时,它们所带入的碱金属离子易与集料中活性成份反应,产生体积膨胀,更由于碱含量的增加使混凝土干缩变形增大产生微裂缝风险,影响了混凝土的耐久性。

  而采用上述复配组份的防冻剂,降低冰点的材料用量可减少40%~50%即可达到防冻目的。给混凝土带来的碱含量也会大幅度减少,各种负作用减少。

  5、商品混凝土是否可以掺用膨胀剂?

  膨胀剂是一种掺入混凝土中能在限制条件下产生体积膨胀从而补偿混凝土各种收缩,改善混凝土密实性,提高混凝土抗裂、抗渗性能的外加剂。长期以来笔者所见应用于该产品的成功实例不少。但近期以来,应用该产品后出现工程事故却越来越多,使许多工程人员对膨胀剂的应用效果产生怀疑,甚至产生了“混凝土不用膨胀剂不开裂,越用越开裂”的看法。上述观念还出现在一些专家学者的论述中。是否在商品混凝土中不能掺用膨胀剂,笔者通过事故分析认为,商品混凝土中可无条件使用或完全不能掺用的说法都较为片面。

  首先是膨胀剂的应用范围,通过该产品的作用机理分析,在高强度及其它水胶比较低的混凝土中笔者认为不宜掺用。这是因为混凝土较低的用水量不能保证有足够的水使其有效地产生体积膨胀。即使加强浇水养护,由于低水胶比混凝土较为密实,抗渗性高,只能有少量水被混凝土渗入,仍无法满足膨胀对水的需求。其次, 由于膨胀剂的较高吸水作用,使混凝土内的水泥粒子因缺水不能充分水化,影响了混凝土强度。

  我国膨胀剂品种较多,这些产品的吸水膨胀期差别较大,掺入混凝土中如水泥凝结时间较晚而所采用的膨胀剂吸水膨胀时间却过快,使膨胀剂形成无效膨胀,这些膨胀剂对混凝土只起到掺合料的作用。膨胀剂的水化吸水膨胀需要补充大量的水,加强浇水养护是膨胀剂能充分发挥膨胀的首要条件。根据有关规范,掺膨胀剂的混凝土浇水养护期需要14天以上,而实际施工中80%以上的混凝土施工都不能保证这么长时间浇水养护,影响了使用效果。

  必须指出的是掺膨胀剂的混凝土与普通混凝土一样,在干燥的条件下都会产生自身体积的收缩。如果恢复到潮湿环境下,膨胀剂仍会重新恢复膨胀。而这些收缩也能使混凝土产生部分裂纹,恢复膨胀裂纹也会重新闭合。这就是该产品的自愈作用。因此,对于掺入膨胀剂后进入干燥期产生少量裂纹完全与产品质量无关,也不会影响混凝土性能。

  在商品混凝土中,C40或C40以下普通混凝土、防水混凝土、水工大体积混凝土中完全适用膨胀剂,而C40以上混凝土笔者认为不宜掺用膨胀剂。在商品混凝土中掺用膨胀剂必须充分了解产品性能,采用适当掺量,更要加强浇水养护,完全可以达到一定的技术效果。

  6、配制高强高性能商品混凝土只有采用聚羧酸高性能减水剂?

  随着建筑混凝土技术的发展,高强高性能混凝土用量越来越大,而配制高性能商品混凝土必须采用高性能混凝土外加剂。此类外加剂的特点是高减水率,高耐久性,低收缩,高保坍功能。目前我国使用最多的是聚羧酸高性能减水剂。

  是否配制高强高性能混凝土只能采用聚羧酸高效减水剂?这是施工施工人员争执较多的问题。

  聚羧酸高性能减水剂最初被称为“丙烯酸类高效减水剂”,因为它的化学组成中大量使用了丙烯酸或有相似的结构,现因该产品的主导官能团含有羧基(虽然也含有磺酸基)根据化合物命名只选择一种主导官能团作为系列名称的原则,故定名为聚羧酸高性能减水剂。

  该产品的合成设计性强,可根据功能要求及原料情况进行合成工艺调整,因此目前产品的合成工艺较多,目前笔者见过十多种聚羧酸产品的合成工艺。这些产品性能差别较大,工程施工难以掌握。聚羧酸产品对水胶比的敏感性较大,极低的用水差距就可使混凝土产生泌水或流动性降低,对混凝土骨料中的含泥率也很敏感。 较高的含泥量就需大量增加外加剂掺用量。该产品与其它外加剂的相容性不好,很难通过复配其它外加剂来改善混凝土某一性能,对水泥也与其它外加剂一样,同样存在适应性问题。该产品用于低标号商品混凝土的技术效果甚至不如其它高效减水剂,只有用于高强低水胶比混凝土时才能充分发挥其功能。而我国较低标号混凝土占商品混凝土量的70%以上,这大大影响了该产品的广泛应用。

  为达到混凝土高性能的目的,是否一定要采用聚羧酸类高性能减水剂,笔者及许多施工实践证明是否定的。

  我们曾用氨基磺盐高效减水剂与适当引气剂、缓凝剂、减缩剂进行复配,所复配产品同样可以达到高性能减水剂所要求的高减水高耐久性高保坍性的要求。其中对水泥的适应性及收缩率还好于聚羧酸高性能减水剂,与其它外加剂的相容性也好,应用成本也不高,用于低标号混凝土中成本还低于聚羧酸产品。而上述聚羧酸产品应用中的其它副作用在采用该产品时也能明显降低。据了解,上海、北京、广东许多外加剂生产企业,都在研制替代聚羧酸高性能减水剂的新品种。

  7、减水剂应用中的其它误区?

  在商品混凝土施工中还存在一些其它认知的误区。

  (1)萘系减水剂高浓性产品比低浓性产品好,这是很不正确的。两种产品的区别只是产品中硫酸钠含量,一般高浓产品硫酸钠含量为3%~5%,而低浓型产品硫酸钠含量为18%~20%,表面看,高浓产品,萘磺酸甲醛缩合物有效含量高于低浓产品,但是由于水泥中C3A对减水剂的吸附量较大,高浓产品中被 C3A吸附量也大,余下部份才能对水泥中含量最大矿化成份C3S等起分散作用,而低浓产品中的硫酸盐会被C3A优先大量吸附,余下的有效成份对水泥中其它矿化成份的分散作用仍可与高浓产品相近。 厦门某港口工程在高标号混凝土中掺用萘系减水剂时发现,在高强混凝土中掺用萘系高效减水剂的综合技术效果,低浓产品高于高浓产品。

  (2)一些高效减水剂存在泌水或色观问题,认为不适合在商品混凝土中使用。这主要指脂肪族类高效减水剂,由于该产品减水率高且缺少保水成份,可能影响混凝土的保水性,使混凝土产生泌水离析,但通过同掺一定的引气剂或一些具有保水功能的成份完全可以避免。该产品由于在碱性条件下合成,产品多显红色或深红色,加入混凝土中如产生泌水,混凝土表面会出现一层黄色水液,这更不存在问题,一次浇水养护后,就会没有黄色水液渗出,不会影响到混凝土的外观。

  (3)蒽系减水剂减水率低,不宜作为高效减水剂在商品混凝土中使用。蒽系高效减水剂是三十年前开始投入市场的高效减水剂产品。它由蒽油或粗蒽经磺化缩合而成。该产品因其价格低廉,减水效果与萘系产品相近而在国内广泛使用。但进入本世纪后,应用单位却越来越减少,是否该产品的性能已不能满足市场需求或是产品性能下降了?回答是否定的。

  蒽系高效减水剂最大的特点是保水增稠性好,早强效果也高于萘系高效减水剂。但近十年来由于我国水泥产品标准的改变,比表面积普遍较大,配制的混凝土较粘稠,而蒽系产品也有较高的增稠作用,加之目前我国生产的商品混凝土普遍水胶比较低,影响了混凝土的流动性。经测试,水泥净浆流动度与萘系高效减水剂差别 更大。所以混凝土减水率也远远低于萘系产品。笔者有一份二十多年前的检测资料,对比了两者产品的最高减水率(产品同为江都减水剂厂合成),萘系低浓高效减 水剂减水率为18%~20%,而蒽系产品减水率也能达到17%~18%(掺量同为水泥用量的0.7%),相差只有2%左右,而近期笔者仍用江都厂产品同量作对比,萘系产品减水率平均为18%,而蒽系只有13%~14%,两者相差4%。

  有趣的是,我们在配制C30低标号混凝土时发现,由于设计配合比中水灰比较高,蒽系产品与萘系产品的减水效果相近,差别也不足2%。笔者认为,在低标号高水胶比混凝土中,蒽系完全可以替代萘系产品,更会改善低标号混凝土的保水性,早强性能也可能更好。同济大学曾经试验将蒽系产品用于高碱缺硫水泥中,应用效果还优于多种高效减水剂。