劉洋

【摘 要】 引氣減水劑作為混凝土外加劑的一種產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種混凝土中，它在改善混凝土施工性能、施工環(huán)境以及減輕工人勞動強(qiáng)度和加快施工進(jìn)度等方面具有不可替代的優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】 引氣減水劑；混凝土工程；應(yīng)用

前言：

80年代以后，引氣減水劑陸續(xù)在機(jī)場工程混凝土中得到應(yīng)用，到現(xiàn)在已經(jīng)成為工程混凝土配比不可或缺的組份（尤其是北方嚴(yán)寒地帶）。但是在實(shí)際使用過程中經(jīng)常聽到兩種不同的聲音：（1）施工和易性不易控制，易離析泌水，施工質(zhì)量難以保證，強(qiáng)度儲備偏少，不宜使用；（2）鋪筑和易性好、強(qiáng)度高、壽命長，有效控制了凍脹脫皮、斷板開裂等現(xiàn)象，同時，模板周轉(zhuǎn)較快，需要大力推廣。

為什么會同一問題出現(xiàn)如此混亂的分歧和看法？大致原因如下：1、我國各地區(qū)礦石資源不一樣，水泥生產(chǎn)工藝規(guī)模有效大差別，導(dǎo)致了水泥品種的多樣性。而且，同一種水泥質(zhì)量差別也大，所以經(jīng)常出現(xiàn)外加劑和水泥的不適應(yīng)現(xiàn)象。這就類似“青霉素”不適應(yīng)“某些”病人會出現(xiàn)“過敏”或其它“異常反應(yīng)”一樣。這種現(xiàn)象尤其發(fā)生在低水膠比實(shí)際用水量少的高性能混凝土的拌合物中，所以，機(jī)場混凝土也不例外。2、行業(yè)間的相互保護(hù)，美其名曰：“商業(yè)秘密”，外加劑和水泥行業(yè)本屬建材行業(yè)，確為了各自的利益，老死不相往來，就拿水泥調(diào)凝劑石膏來說，品種、產(chǎn)地、半水、二水還是生石膏等對水泥成品的性能影響是相當(dāng)巨大的，但就這對于水泥來說很簡單的事情，到外加劑這里就是“商業(yè)機(jī)密”，更不用說到使用方了。3、摻合料的大量使用從節(jié)約能源和降低經(jīng)濟(jì)成本的角度來說功勞不小，導(dǎo)致本來就敏感的適應(yīng)性問題變得更加復(fù)雜化。因此，本人就如何推廣引氣減水劑在機(jī)場工程混凝土中的應(yīng)用問題發(fā)表一點(diǎn)的拙見。

一、認(rèn)清引氣減水劑的作用機(jī)理

減水劑的作用機(jī)理主要有吸附分散、潤滑潤濕作用。水泥加水后，由于水化產(chǎn)物所帶不同電荷的相吸作用、溶劑化水膜產(chǎn)生締合作用和水泥質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動碰撞吸引，形成絮凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，截留、包圍水分，使混凝土的流動性降低。加入減水劑后，減水劑的憎水基定向吸附于水泥顆粒表面，形成單分子或多分子膜層，溶劑化水膜膜層增厚，水泥質(zhì)點(diǎn)潤滑流動；由于減水劑分子的定向吸附，使水泥顆粒表面帶有同性電荷，彼此間產(chǎn)生靜電斥力，使水泥的絮凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)解體，釋放水分，使新拌混凝土的流動性提高。減少混凝土的孔隙率和有害孔，使混凝土的結(jié)構(gòu)更為致密，混凝土的強(qiáng)度提高，耐磨性能也顯著提高。

引氣劑的作用機(jī)理主要是：混凝土在攪拌過程中不可避免的會引入一部分空氣，而引氣劑大部分是陰離子表面活性劑，在水-空氣界面上，憎水基定向吸附空氣，在水泥-水界面上，水泥或者其水化粒子與親水基相吸附，憎水基背離水泥及其水化粒子，形成憎水化吸附層，并力圖靠近空氣表面，由于這種粒子向空氣表面靠近和引氣劑分子在空氣-水界面上的吸附作用，顯著降低了水的表面張力，使混凝土在拌合過程中產(chǎn)生大量的微小氣泡，這些氣泡帶有相同電荷的定向吸附層，所以相互排斥并能均勻分布；另一方面，許多陰離子引氣劑在含鈣量高的水泥水溶液中有鈣鹽沉淀，吸附在氣泡膜上，能有效地防止氣泡破滅，引入的細(xì)小均勻的氣泡能在一定時間內(nèi)穩(wěn)定存在。這些穩(wěn)定微小勻質(zhì)的獨(dú)立氣泡，緩解了凍融過程中產(chǎn)生的冰脹壓力和毛細(xì)孔水的滲透壓力，使得混凝土的抗凍性、抗?jié)B性均得以提高。

引氣減水劑是兼具引氣劑和減水劑的功能。引氣劑在提高混凝土的耐久性的同時也不可避免地降低了混凝土的強(qiáng)度，混凝土含氣量每增加1%，強(qiáng)度降低3%～5%，這使得引氣劑的推廣使用受到了一定程度的制約。因此，在兼顧強(qiáng)度和耐久性的高性能混凝土迅猛發(fā)展的當(dāng)今，混凝土中單獨(dú)摻加引氣劑是不多見的，引氣劑通常與減水劑復(fù)合使用，減水劑的高減水率可以從一定程度上彌補(bǔ)混凝土因使用引氣劑而造成的強(qiáng)度損失。

值得注意的是，不同品種的引氣劑對混凝土的引氣作用是不同的。引氣劑對混凝土性能的影響不能單純用含氣量大小來評定其優(yōu)劣。在相同含氣量時，氣泡的分布情況，包括氣孔的大小、氣泡的數(shù)量、氣泡的穩(wěn)定性對混凝土的和易性、強(qiáng)度、耐久性的影響明顯不同。優(yōu)質(zhì)引氣劑能在混凝土中引入直徑微小、分布均勻、密閉獨(dú)立的空氣泡，并在混凝土施工過程中有較好的穩(wěn)定性，在混凝土凝結(jié)硬化后就留下了許多細(xì)小、均勻、獨(dú)立的氣孔，將影響混凝土的一系列性能。

二、正確看待引氣減水劑與水泥的適應(yīng)性問題

這在設(shè)計和實(shí)際施工中存在相當(dāng)大的爭議，至今不相上下。在相同配比下，同摻量同品種的混凝土外加劑往往由于水泥品種不一樣，其應(yīng)用效果有效大差別。同樣混凝土外加劑在一種水泥的應(yīng)用中效果較好，而在另一種水泥的應(yīng)用中出現(xiàn)較大差別，甚至出現(xiàn)相反效果，出現(xiàn)質(zhì)量事故。如摻有“甘油”的混凝土外加劑或“糖鈣”或“木鈣”的混凝土外加劑，在某些水泥中應(yīng)用效果較理想，而在某些水泥中可能會現(xiàn)相反的效果。一般而言引氣減水劑適應(yīng)性較差主要表現(xiàn)如下：

1）新拌混凝土的攪拌過程中出現(xiàn)異常凝結(jié)（速凝、假凝）。

2）新拌混凝土坍落度損失快。

3）混凝土泌水、離析、分層現(xiàn)象嚴(yán)重。

4）新拌混凝土坍落度、含氣量提不上來，看似引氣減水劑減水效果差。

5）硬化混凝土強(qiáng)度明顯下降。

6）混凝土收縮加大、抗?jié)B、耐久性下降。

7）大體積混凝土中緩凝效果不明顯、出現(xiàn)溫差裂縫。

那么究竟哪些因素影響著適應(yīng)性的問題呢？

1、引氣減水劑的摻量和摻加工藝

對于某一水泥、某一配比的混凝土而言，任何混凝土外加劑都存在一最佳摻量（引氣減水劑也不例外），即在最佳摻量時，混凝土外加劑的性能會出現(xiàn)拐點(diǎn)。外加劑的最佳摻量是獲得最好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果的重要因素，其最佳摻量是根據(jù)試驗(yàn)、混凝土配比確定的，故在混凝土外加劑大摻量或低摻量（相對最佳摻量而言）往往會出現(xiàn)截然不同、意想不到的效果。如“坍落度”損失快慢、泌水大小、緩凝與促凝等。

（1）摻加工藝（先摻法與后摻法）

凡進(jìn)行過混凝土外加劑研究的工作者及進(jìn)行大量混凝土外加劑的應(yīng)用試驗(yàn)的人員都應(yīng)贊同：后摻法的混凝土的工作性能優(yōu)于先摻法的混凝土，而且達(dá)到同樣效果，后摻法的摻量往往更小，這可能與混凝土外加劑與水泥顆粒的吸附與分散有關(guān)。但現(xiàn)實(shí)施工中很少有人這樣做，因?yàn)榕侣闊?/p>

（2）攪拌時間與攪拌速度

混凝土攪拌時間會影響混凝土的含氣量及混凝土外加劑對混凝土的分散效果、凝結(jié)時間，從而影響混凝土的工作和硬化混凝土的力學(xué)性和耐久性。

攪拌即剪切速度過快，會破壞水泥漿中的膠體結(jié)構(gòu)和破壞水泥顆粒表面形成雙電層膜，使混凝土凝結(jié)時間坍落度損失、泌水量都受到較大影響。

2、引氣減水劑的品種

不同品種的引氣減水劑所含官能團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)等均不相同，如-OH、-COOH、-CH2、-SO3等對水泥顆粒的水化都會產(chǎn)生不同的影響，甚至引氣減水劑分子量、形狀不同都會影響到混凝土的性能。引氣減水劑是陰離子表面活性劑還是陽離子表現(xiàn)活性劑或是非離子表面活性劑，水泥中的C3A、C4AF、C3S、f-CaO等吸附分散效果不相同，也直接影響水泥中SO42-的溶解度。從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的問題。另外，還有引氣減水劑中堿含量高，則對混凝土早期強(qiáng)度有利，但新拌坍落度損失快。有些引氣量過大，而且氣泡不均勻、不封閉。氣泡大導(dǎo)致新拌混凝土坍落度損失快，而且使硬化混凝土抗?jié)B、抗凍、耐久性等下降等等。

3、水泥

1）礦物成份

在水泥中一般以石膏作為調(diào)凝劑。影響水泥適應(yīng)性的主要礦物成份是C3A、C3S。一般說來，C3A含量低的水泥，其適應(yīng)性良好，坍落度損失小。C3A含量高的水泥，需要較多的CaSO4.2H2O作調(diào)凝劑。若混凝土拌合物中，SO42-濃度不足，那么新拌混凝土坍落度損失快。像糖鈣和木質(zhì)素類引氣減水劑對硬石膏作調(diào)凝劑的水泥，其適應(yīng)性就極差，就是因?yàn)樘氢}、木質(zhì)素等降低了硬石膏的溶解度，從而使水泥因缺少SO42-而產(chǎn)生異常凝結(jié)。通常水泥適應(yīng)性不好，水泥在生產(chǎn)過程中采用立窯回轉(zhuǎn)窯干法濕法生產(chǎn)，使水泥礦物組分晶相狀態(tài)細(xì)度石膏形態(tài)發(fā)生不同程度的變化，從而導(dǎo)致了混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性問題的產(chǎn)生。水泥中吸附外加劑能力：C3A>C4AF>C3S>C2S。其水化速率與其關(guān)系近似成正比。當(dāng)新鮮水泥存放一段時間后，由于其中f-CaO減少，使混凝土拌合物需水量減少，坍落度損失減緩，從而改善了混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性；水泥中親水性摻合料保水性好。火山灰質(zhì)水泥保水性差，易泌水。一般，水泥需水量大小和坍落度損失大小按規(guī)律：PⅠ.PⅡ>P.O>P.S>P.F>P.P。泌水性正好與其相反。

2）細(xì)度

水泥過細(xì)，水化速度快，需水量大，保水性好，但其坍落度損失快，而且水泥過細(xì)，混凝土收縮大，含氣量下降，降低了混凝土的抗?jié)B抗凍耐久性。

3）石膏

（1）石膏細(xì)度不夠，使石膏溶解度不夠，產(chǎn)生速凝。

（2）石膏用量不夠，不能有效控制C3A的水化。

（3）石膏形態(tài)

一般在混凝土中CaSO4.2H2O調(diào)凝效果優(yōu)于CaSO4.1/2H2O。石膏與熟料的粉磨溫度通常較高，從而使二水石膏脫水或半水石膏再脫水成硬石膏，從而導(dǎo)致混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性較差。

三、其他外在因素

（1）摻和料

通常摻粉煤礦灰或磨細(xì)礦渣有利于新拌混凝土的流動性，而且使其坍落度損失減緩。但是需水量比的關(guān)系為Ⅰ級>Ⅱ級>Ⅲ級。故Ⅰ級灰坍落度損失小但保水性差，易泌水。通常摻膨劑的混凝土其坍落度損失快，水泥與混凝土外加劑適應(yīng)性較差。燒失量也是一個重要的指標(biāo)，若燒失量大吸附引氣減水劑的能力就強(qiáng)，反之亦然。所以一定要嚴(yán)加控制摻合料質(zhì)量。

（2）溫度、濕度

由于溫度高，水泥水化速度加快，而且混凝土表面水分蒸發(fā)加快，混凝土內(nèi)游離水通過毛細(xì)管源源不斷地補(bǔ)充到混凝土表面。這樣，一方面水泥水化加快，一方面混凝土游離水大量被蒸發(fā)而減少，從而使新拌混凝土坍落度損失加快。而且某些混凝土外加劑的緩凝效果在30℃以上作用大大降低。如有機(jī)酸在高溫下對C3S緩凝效果大降低。醇酮酯在高溫下，對C3S的緩凝效果較好。因此，在高溫下，大多需要提高混凝土外加劑的摻量和防止水分蒸發(fā)。

（3）施工中配比

雖然看似是設(shè)計問題，但它對混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性的影響很大。據(jù)有關(guān)資料和試驗(yàn)表明，砂率過高會使混凝土拌合物流動性降低，保塑性降低，坍落度損失加快。在混凝土配比中，石子的形狀吸水量級配也嚴(yán)重影響混凝土的和易性和可密實(shí)成型性。在實(shí)驗(yàn)中W/C降低將提高混凝土的強(qiáng)度，而在低W/C下，有一最佳級漿比，在最佳級漿比條件下，混凝土外加劑對水泥混凝土的各項性能能充分發(fā)揮出來使混凝土拌合物的保水性能保塑性等工作性狀態(tài)改善，更重要的是保證了SO42-水泥在水化時，石膏有足夠的溶解用水，從而保證了的濃度，使與水泥適應(yīng)性得到了改善。因此，只要我們根據(jù)實(shí)際施工需要適時地調(diào)整引氣減水劑的摻加工藝和摻量。比如，當(dāng)混凝土摻合物坍落度損失太快時，適當(dāng)增加混凝土外加劑摻量。當(dāng)混凝土嚴(yán)重泌水，適量減少混凝土外加劑摻量。適當(dāng)調(diào)整引氣減水劑的配方，使外加劑對石膏的溶解度影響小，并能提高石膏的溶解度，有效地控制SO42-的濃度。能產(chǎn)生效果的物質(zhì)有HCl、H2SO4、HNO3及其鹽類硅氟酸鈉、NaF、NaCl。特別是對硬石膏作調(diào)凝劑的水泥，更應(yīng)注意減少或不用木鈣、糖鈣這類使石膏溶解度降低的物質(zhì)。在引氣減水劑中使用反應(yīng)性高分子物質(zhì)，并適當(dāng)復(fù)配相應(yīng)的保水、緩凝、保塑組分。

更重要的是調(diào)整混凝土配比。根據(jù)不同工程及設(shè)計要求調(diào)整好施工配比。引氣減水劑只能使較合理配比的混凝土性能得到改善，卻不能使配比不合理、質(zhì)量差的混凝土性能得到改善。畢竟說到底它就是一種表面活性劑的物質(zhì)，不是什么萬能劑，用那那好。在嚴(yán)重泌水的混凝土中適量摻加部份摻合料或適當(dāng)提高砂率或適當(dāng)降低緩凝成份。在混凝土坍落度損失率較高的混凝土中，適當(dāng)增加引氣減水劑的摻量，使其初始坍落度增大或者說微勃稠度增大，這樣有助于提高石膏的溶解度，防止水分蒸發(fā)過快，混凝土拌合物中游離水嚴(yán)重不足的現(xiàn)象產(chǎn)生。盡量降低f-CaO、MgO、CaSO4的含量，有效控制C3A、SO42-、OH-的平衡。使混凝土中C3A<8%

四、結(jié)束語

綜上所述，引氣減水劑在道面混凝土中的應(yīng)用不是不合適，而是我們沒有很好的掌握和應(yīng)用。就像商混一樣，外加劑已經(jīng)成為其混凝土不可或缺的組份，從節(jié)省資源和減輕勞動強(qiáng)度的角度出發(fā)，引氣減水劑在工程混凝土中的大力推廣和應(yīng)用是必然的趨勢。因此，要確保工程質(zhì)量、發(fā)展長壽命低維護(hù)的混凝土，我們廣大混凝土工作者任重而道遠(yuǎn)。