外加硫酸根對外加劑性能的影響

摘要 隨著混凝土高性能化的不斷深入發(fā)展，高效減水劑成為提高混凝土性能必不可少的組份，是對混凝土性能影響比較大的因素。近年隨著外加劑技術的發(fā)展發(fā)現(xiàn)有許多因素影響外加劑的性能，其中水泥中硫酸鹽含量是一個非常重要的因素，特別是聚羧酸系減水劑對此更是敏感。本文在試驗中通過外加硫酸鹽的方法研究硫酸鹽形態(tài)及含量對幾種減水劑性能的不同影響，結果發(fā)現(xiàn)可溶性硫酸鹽對所選定外加劑的性能影響非常明顯，而石膏對這幾種外加劑幾乎沒有什么影響。

關鍵詞 硫酸鹽 聚羧酸 高效減水劑

0.引言

　　今天，聚羧酸系高效減水劑在混凝土中得到越來越廣泛地應用，作為第三代減水劑聚羧酸減水劑有自己獨特的優(yōu)勢：①擁有更高的減水率，能保證混凝土在極低水膠比(＜0.25)下保持較好的工作性。然而，聚羧酸減水劑對于混凝土中的各種成分也是非常敏感的，不僅對水泥的物理、化學性能非常敏感而且骨料甚至攪拌方式對其影響也非常大^【1－4】。正因為這些原因聚羧酸減水劑并沒有期望中的那樣好用，在許多工程中也出現(xiàn)了許多問題。

　　針對于聚羧酸減水劑遇到的這些問題，近年已引起了廣泛地關注。其中水泥中的硫酸鹽的數(shù)量及形態(tài)對混凝土減水劑的性能有很大的影響，水泥中的可溶性硫酸鹽大部分是在水泥的燒成過程中帶入的，加上在粉磨過程中加入的石膏，他們共同提供了水泥早期水化時抑制C₃A水化所需的硫酸根離子。C₃A的早期水化過程在水泥—外加劑體系中是極為重要的，它極大地影響著水泥對外加劑的吸附，以及水泥漿體的流動性。

　　本文將針對硫酸根離子在水泥與減水劑中的作用展開研究。在研究中采用山水集團生產的東岳牌P.I52.5水泥，在較低硫酸根含量的情況下，通過外加硫酸鹽來調整水泥—外加劑體系中硫酸根離子的含量，來觀察體系中硫酸根離子含量對水泥凈漿、砂漿以及混凝土性能的影響。

1. 試驗

1.1原材料

　　水泥：山水東岳牌P.I52.5，其化學組成及各率值如下：

　　外加劑：外加劑采用山東華迪建筑科技有限公司生產的PCE(聚羧酸系高效減水劑)、AS、BAF三種外加劑，摻入時均以有效成份計算。

　　硫酸根材料：CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄、K₂SO₄、Na₂SO₄

1.2試驗方法

1.2.1水泥凈漿流動度

　　試驗方法按照GB/T8077-200進行，外加劑摻量分別為PCE 0.2%，AS 0.2%，BAF 0.4%，然后摻入水泥中的硫酸根離子的量分別為水泥質量的0.2％，0.4％，0.6％，0.8％，來評價硫酸根含量變化及硫酸根加入形式變化對水泥漿體的影響。

1.2.2混凝土試驗

　　試驗方法參照GB8076—97中的規(guī)定，坍落度按照GBJ80進行測定，分別檢測硫酸根含量變化及硫酸根加入形式變化對混凝土坍落度的影響?；炷僚浜媳?㎏,m (水泥) ∶m(砂子) ∶m (石子) ∶m (水)＝1：2：2.55：0.45。外加劑摻量分別為PCE 0.2%，AS 0.4%，BAF 0.5%，然后摻入混凝土中的硫酸根離子的量分別為水泥質量的0.2％，0.4％，0.6％，0.8％，來觀察硫酸根含量變化及硫酸根加入形式不同對新拌混凝土性能的影響。

2. 結果與分析

2.1水泥凈漿試驗分析

2.1.1PCE(聚羧酸系高效減水劑)水泥凈漿流動度的試驗結果如下圖所示：

　　由圖1可知，硫酸根的加入類型不同對凈漿的影響是有區(qū)別的，當硫酸根以CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄的形式加入時，對水泥凈漿性能幾乎沒有影響，只是半水石膏加入量多時流動度稍有減少，原因分析是半水石膏與水化合生成二水石膏時消耗了一部分水，即：

CaSO₄·1／2H₂O＋3/2 H₂O=CaSO₄·2H₂O

　　在凈漿試驗中當硫酸根摻量為0.8％時，若使半水石膏全部轉變?yōu)槎嗉s耗水0.675g。但當硫酸根以K₂SO₄、Na₂SO₄加入時卻引起了水泥凈漿流動度的很大變化，當摻到0.2％時達到最優(yōu)效果，隨著摻量的增大，水泥凈漿性能越來越差；并且從中可以看出Na₂SO₄的摻入較K₂SO₄效果要好一些。

2.1.2AS高效減水劑水泥凈漿流動度的試驗結果如下圖所示：

　　由圖2可知，當硫酸根以石膏的形式加入時結果與PCE(聚羧酸系高效減水劑)水泥凈漿流動度的試驗結果相同，但以K₂SO₄、Na₂SO₄形式加入時卻是凈漿隨著摻入硫酸根量的增加性能越來越差，沒有像PCE高效減水劑中的最佳摻量。并且在這種外加劑中卻是K₂SO₄的摻入較Na₂SO₄效果要好與PCE高效減水劑得到的結果正好相反。

2.1.3BAF高效減水劑水泥凈漿流動度的試驗結果如下圖所示：

　　由圖3可知，當硫酸根以石膏的形式加入時結果與PCE(聚羧酸系高效減水劑)和AS高效減水劑水泥凈漿流動度的試驗結果相同。當以K₂SO₄、Na₂SO₄形式加入時隨著摻入硫酸根量的增加性能越來越差與AS高效減水劑得到的結果類似，但在摻量小于0.2％時變化速度較AS高效減水劑慢，摻量大于0.4％時變化速度較AS高效減水劑快。

　　可見，在凈漿試驗中硫酸根的摻入形式及摻量的不同在不同的外加劑中表現(xiàn)出不同的情況，聚羧酸高效減水劑與這種水泥有一個最佳摻量點，而AS、BAF高效減水劑隨K₂SO₄、Na₂SO₄摻量的增加而變壞，但變化的程度卻不同。

2.2混凝土試驗結果分析

2.2.1PCE(聚羧酸系高效減水劑)混凝土試驗結果如表2所示：

　　可見，對于PCE聚羧酸高效減水劑CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄所引入的硫酸根對混凝土坍落度幾乎沒有什么影響。但是Na₂SO₄所帶入的硫酸根卻引起了混凝土坍落度的極大變化，隨著Na₂SO₄的加入混凝土坍落度先增加后減小，保塑性能也是先好后壞，最后硫酸根摻到0.8％時幾乎沒有什么坍落度了，這與凈漿試驗的變化順序是相同的；但是凈漿試驗是在Na₂SO₄所引入硫酸根摻到0.2％時有最優(yōu)性能，但在混凝土中卻表現(xiàn)為在硫酸根摻量為0.4％時混凝土的初始坍落度及保塑性能最優(yōu)。

2.2.2AS高效減水劑混凝土試驗結果如表3所示：

　　對于AS高效減水劑來說，CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄所引入的硫酸根對混凝土坍落度影響不大，而Na₂SO₄的加入卻引起了混凝土坍落度的變化，但遠不及PCE減水劑加入Na₂SO₄變化明顯，變化趨勢與凈漿試驗結果是相同的。

2.2.3 BAF高效減水劑混凝土試驗結果如表4所示：

　　BAF高效減水劑在摻入CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄時結果與PCE、AS高效減水劑結果相同，但Na₂SO₄對其影響卻是顯著的初始坍落度隨著摻量的增加逐漸減小，30min后坍落度變化卻與PCE類似也是先好后壞，與凈漿試驗結果也是不同的。

　　可見，在水泥—外加劑膠凝體系中摻入CaSO₄·2H₂O、CaSO₄·1／2H₂O、CaSO₄對混凝土性能影響不大，這個結果與凈漿試驗表現(xiàn)出的結果相似；而Na₂SO₄對水泥—外加劑膠凝體系影響比較大，并且表現(xiàn)出與凈漿試驗不太相同的結果。

3. 結論

　　在水泥的化學組成中的硫酸鹽特別是可溶性硫酸鹽在水泥與外加劑的作用中影響很大。特別是PCE(聚羧酸系高效減水劑)與BAF受其影響最明顯，結果表明當水泥的化學組成中含有適當?shù)目扇苄粤蛩猁}時外加劑就表現(xiàn)出很好的性能，一旦硫酸鹽超量便會使外加劑與水泥的適應性非常差。

　　當然，像水泥中的C3A含量及形態(tài)、可溶性堿含量等水泥的組成因素都對水泥與外加劑的適應性有很大的影響，這些因素的綜合影響有待于進一步研究。

參考文獻

　　1 李崇智,馮乃謙,李永德. 高性能減水劑的研究現(xiàn)狀與展望[J ] . 混凝土與水泥制品,2001 , (2) :3

　　2 P-C.Aitcin, C.Jolicoeur and J.G. MacGregor,Superplasticizers: how they work and why thy occasionally don’t[P], Concr. Int., 16(5)(1994)45-52.

　　3 K.Yamada, S.Hanehara and K.Honma, Working mechanism of the effects of initial hydration reactivity of cement on the performances of polycarboxylate-type superplasticizers[P], Taiheiyo Semento Kenkyu Hokoko,141(2001)3-13.

　　4 R.J.Flatt and Y.F. Houst, A simplified view of effects perturbing the action of superplasticizers[J], Cem.Concr.Res.,31(8)(2001)1169-1176.