聚羧酸减水剂对不同温度水泥适应性的影响研究

1研究背景

随着科学技术的不断进步，聚羧酸类减水剂的应用也得到了长足的发展，因其具有减水率高、对水泥的适应性强、方便施工等优点，在水工混凝土中得到了广泛的应用。聚羧酸减水剂与水泥的相容性不好，混凝土拌和物易出现离析、泌水、坍落度损失变大、凝结时间变短等问题，使混凝土拌和物不能正常运输与浇筑施工，降低混凝土强度和耐久性。影响水泥与减水剂相容性的因素较多，而水泥仓储温度更是一个不可忽略的关键因素，混凝土搅拌时若水泥仓储温度过高将直接影响水泥的物理性能和力学性能，因此DL／T5144－2001《水工混凝土施工规范》规定：散装水泥入罐温度不宜超过65℃，但不同水泥、不同减水剂存在较大差异。低热水泥因其水化热低、后期强度增长率大，在水工混凝土中的应用也越来越多，而有关低热水泥与减水剂的相容性问题研究较少。

为了探析低热水泥仓储温度对混凝土性能的影响，本文研究了低热水泥仓储温度对水泥与减水剂相容性及混凝土性能的影响，可为工程控制水泥仓储温度值提供依据，也为其他类似工程提供借鉴。

2原材料与试验方法

采用华新42.5低热硅酸盐水泥、能顺Ⅰ级粉煤灰、江苏博特PCA－Ⅰ高性能减水剂、长安育才GK－9A引气剂、玄武岩粗细骨料进行减水剂与不同温度水泥的适应性试验，各组混凝土试验配合比和原材料均相同，水泥温度分别为20℃、40℃、60℃、80℃、100℃共5种。水泥的品质指标检测结果见表1，高性能减水剂各项性能指标见表2，各原材料的品质均满足相应的规程规范要求。

采用干燥烘箱将低热水泥加热至不同温度来模拟水泥不同的仓储温度。混凝土试验配合比见表3，按DL／T5150－2001《水工混凝土试验规程》进行了混凝土和易性、坍落度、含气量、坍落度损失、含气量损失及混凝土力学性能试验。

3试验结果与分析

3.1水泥温度对混凝土拌和物性能的影响

混凝土拌和物性能检测结果见表4。

试验结果表明：水泥温度达到60℃以上时，混凝土拌和物出现少量泌水；水泥温度为100℃时，出现骨料与浆体分离，混凝土拌和物的黏聚性变差，造成这一负面影响的原因是水泥温度高，使得混凝土拌和物温度在短时间内升高较快，更容易激发聚羧酸高性能减水剂的减水机能，在温度较高的情况下释放出更多的包裹在拌和物颗粒中自由水，使出机口混凝土出现少量泌水。

3.2水泥温度对混凝土凝结时间的影响

不同温度低热水泥混凝土凝结时间变化曲线见图1。

从图中可以看出，随着水泥温度的降低，混凝土凝结时间是不断延长的，且初凝时间较终凝时间更明显，也就是说水泥温度越高，混凝土凝结时间就越短。

高温水泥造成凝结时间缩短的原因有：①会在短时间内使得拌和物温度升高，促进了水泥颗粒参与水化；②促使减水剂释放出更多的自由水与水泥颗粒发生反应，从而在更短的时间内形成稳定的胶凝体系。随着时间的推移，水泥温度所蕴藏的热量很容易传递至周边颗粒或环境中，混凝土体系温度逐渐趋近于环境温度，不同温度水泥拌制的混凝土温度差距逐渐缩小，从而使得混凝土终凝时间的差值相对减小。

3.3水泥温度对混凝土坍落度和含气量损失的影响

不同温度低热水泥拌制的混凝土坍落度损失率曲线见图2。从图中可以看出，同一时间点，水泥温度越高，坍落度损失率越大，不同温度条件下的坍落度损失率差值随时间的变化规律是先增大后减小。同样的坍落度损失率条件下，水泥温度越低，达到这一坍落度损失率所用的时间越长，也就是说越有利于体现出减水剂的保坍性能。当水泥温度较高时，要减小混凝土的坍落度损失，必然对减水剂的保坍性提出更高的要求。

低热水泥混凝土含气量损失率与水泥温度关系曲线见图3。出机口含气量控制在4.5%～5.5％条件下，混凝土拌和物含气量保留值与水泥温度关系密切，水泥温度越高，低热水泥混凝土含气量保留值越小。同时，低热水泥混凝土含气量损失率随着水泥温度的升高呈增大趋势。

3.4水泥温度对混凝土抗压强度的影响

不同温度低热水泥混凝土抗压强度变化曲线见图4。从图中可以看出：随着水泥温度的升高，低热水泥混凝土早期抗压强度越高，但28d抗压强度随温度的升高而降低；水泥温度为100℃时，混凝土的3d抗压强度较20℃时提高了41.6％，28d抗压强度较20℃时下降了10.9％。

3d龄期以前水泥温度变化对抗压强度的影响是明显的，而在7d龄期以后水泥温度对混凝土抗压强度的影响减小。

水泥温度对减水剂与水泥相容性的影响主要是由于水泥温度的提高，使得拌和物系统整体温度升高，打破絮凝体系释放出的自由水更快地与水泥发生水化反应，生成更多的水化产物，促进了水泥水化，使得混凝土的强度提高速度较快。

4结论与建议

（1）相同配合比的混凝土，随着水泥温度的升高，外加剂与水泥的适应性表现出变差的趋势，温度越高，消耗的水增多，混凝土拌合物的流动性呈下降趋势，造成混凝土和易性下降，甚至导致骨料与浆体分离或者泌水。

（2）水泥温度越高，水泥与减水剂的适应性越差，坍落度和含气量的损失率越大，混凝土凝结时间越短。

（3）水泥温度变化对混凝土抗压强度的影响是明显的，随着水泥温度的升高，低热水泥混凝土早期（7d前）抗压强度越高，但28d抗压强度随温度的升高而降低。

（4）建议混凝土拌和用水泥温度不宜超过60℃，在超过60℃时，混凝土生产系统应尽量对拌和系统原材料进行预冷处理，避免因水泥温度过高使得整个拌和物系统的温度升高过多，并应对入仓后的混凝土加强养护，避免因早期水化温升过快带来的温度裂缝等问题。