外加硫酸盐对外加剂性能的影响
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摘要： 随着高性能混凝土的不断发展，外加剂成为提高混凝土性能必不可少的组份。近年随着外加剂技术的发展发现外加剂的性能受许多因素的影响，其中水泥中硫酸盐含量对外加剂的性能影响很大，特别是聚羧酸系减水剂对此更是敏感。本文通过在试验中外加硫酸盐的方法研究硫酸盐形态及含量对几种减水剂性能的不同影响，结果发现可溶性硫酸盐对所选定外加剂的性能影响非常明显，而石膏(难溶硫酸盐)对这几种外加剂几乎没有什么影响。
关键词： 硫酸盐 聚羧酸 高效减水剂
Abstract: With the development of high performance concrete becoming more and more deeply, admixture becomes necessary to improve the properties of concrete. In recent years, with the development of admixture technology, the properties is influenced by several parameters. Especially the sulfates content in the cement is critical, it seems to be much more sensitive to polycarboxylate superplasticizer. In this work, sulfates are added into the cement—admixture system to evaluate the influence of the sulfates type and content. Results of the study highlight the properties of admixture are strongly influenced by the soluble sulfates while it doesn’t seem to be sensitive to gypsum.
Key words: sulfates, polycarboxylate, superplasticizer
中图分类号： P578 文献标识码： A 文章编号：
0.引言
今天，聚羧酸系高效减水剂在混凝土中得到越来越广泛的应用，作为第三代减水剂聚羧酸减水剂有自己独特的优势：①拥有更高的减水率，②能保证混凝土在极低水胶比(＜0.25)下保持较好的工作性。然而，聚羧酸减水剂对于混凝土中的许多成分也是非常敏感的，不仅对水泥的物理、化学性能非常敏感而且骨料甚至搅拌方式对其影响也非常大【1－4】。因此，聚羧酸减水剂在工程应用中也出现了许多问题。
聚羧酸减水剂遇到的这些问题，近年已引起了广泛的关注。其中水泥中的硫酸盐的数量及形态对混凝土减水剂的性能有很大的影响，水泥中的可溶性硫酸盐大部分是在水泥的烧成过程中带入的，加上在粉磨过程中加入的石膏，他们共同提供了水泥早期水化时抑制C3A水化所需的硫酸根离子。C3A的早期水化过程在水泥—外加剂体系中是极为重要的，它极大地影响着水泥对外加剂的吸附，以及水泥浆体的流动性。
本文将针对硫酸盐在水泥－外加剂体系中的作用展开研究。在研究中采用山水集团生产的东岳牌P.I52.5水泥，在较低硫酸盐含量的情况下，通过外加硫酸盐来调整水泥—外加剂体系中硫酸盐的含量，并观察体系中硫酸盐含量对水泥净浆、砂浆以及混凝土性能的影响。
试验
1.1原材料
水泥：山水东岳牌P.I52.5
外加剂：外加剂采用山东华迪建筑科技有限公司生产的PCE(聚羧酸系高效减水剂)、AS(氨基磺酸盐高效减水剂)、BF多基团高效减水剂三种外加剂，掺入时均以有效成份计算。
硫酸盐材料：CaSO4·2H2O、CaSO4·1／2H2O、CaSO4、K2SO4、Na2SO4
1.2试验方法
1.2.1水泥净浆流动度
试验方法按照GB/T8077-2000进行，外加剂掺量分别为PCE 0.2%，AS 0.3%，BF 0.4%，然后掺入水泥中的硫酸盐的量(以SO3计)分别为水泥质量的0.2％，0.4％，0.6％，0.8％，来评价硫酸盐含量及形态对水泥浆体的影响。
1.2.2混凝土试验
试验方法参照GB8076—97中的规定，坍落度按照GBJ80进行测定，分别检测硫酸硫酸盐含量及形态变化对混凝土坍落度的影响。混凝土配合比/㎏,m (水泥) ∶m(砂子) ∶m (石子) ∶m (水)＝1：2：2.55：0.45。外加剂掺量分别为PCE 0.2%，AS 0.4%，BF 0.5%，掺入混凝土中的硫酸盐的量分别为水泥质量的0.2％，0.4％，0.6％，0.8％。
结果与分析
2.1水泥净浆试验分析
2.1.1PCE(聚羧酸系高效减水剂)水泥净浆流动度的试验结果如下：
硫酸盐的形态不同对净浆的影响是有区别的，当硫酸盐以CaSO4·2H2O、CaSO4·1／2H2O、CaSO4的形式加入时，对水泥净浆性能几乎没有影响，只是半水石膏加入量多时流动度稍有减少，原因分析是半水石膏溶解度比二水石膏和无水石膏大，在水泥－外加剂体系中硫酸根离子含量较大。但当硫酸盐以K2SO4、Na2SO4加入时却引起了水泥净浆流动度的很大变化，当掺到0.2％时达到最优效果，随着掺量的增大，水泥净浆性能越来越差；并且从中可以看出Na2SO4的掺入较K2SO4效果要好一些。
2.1.2AS高效减水剂水泥净浆流动度的试验结果如下：
当硫酸盐以石膏的形式加入时结果与PCE(聚羧酸系高效减水剂)水泥净浆流动度的试验结果相同，但以K2SO4、Na2SO4形式加入时却是净浆随着掺入硫酸盐量的增加性能越来越差，没有像PCE高效减水剂中的最佳掺量。
2.1.3BF高效减水剂水泥净浆流动度的试验结果如下：
当硫酸盐以石膏的形式加入时结果与PCE(聚羧酸系高效减水剂)和AS高效减水剂水泥净浆流动度的试验结果相同。当以K2SO4、Na2SO4形式加入时随着掺入硫酸盐量的增加性能越来越差，与AS高效减水剂得到的结果类似，但在掺量小于0.2％时变化速度较AS高效减水剂慢，掺量大于0.4％时变化速度较AS高效减水剂快。
可见，在净浆试验中硫酸盐的含量及形态对不同的外加剂影响不一样，聚羧酸高效减水剂与这种水泥有一个最佳掺量点，而AS、BF高效减水剂随K2SO4、Na2SO4掺量的增加而变坏，但变化程度不同。
2.2混凝土试验结果分析
2.2.1PCE(聚羧酸系高效减水剂)混凝土试验结果如表1所示：
表1PCE高效减水剂混凝土试验
Table1Concrete tests with PCE
可见，对于PCE聚羧酸高效减水剂CaSO4·2H2O、CaSO4·1／2H2O、CaSO4对混凝土坍落度几乎没有什么影响。但是Na2SO4所带入的硫酸盐却引起了混凝土坍落度的极大变化，随着Na2SO4的加入混凝土坍落度先增加后减小，保坍性能也是先好后坏，最后可溶性硫酸盐掺到0.8％时几乎没有什么坍落度了，这与净浆试验的变化顺序是相同的；但是净浆试验是在Na2SO4所引入硫酸盐掺到0.2％时有最优性能，但在混凝土中却表现为在硫酸盐掺量为0.4％时混凝土的初始坍落度及保坍性能最优。
2.2.2AS高效减水剂混凝土试验结果如表2所示：
表2AS高效减水剂混凝土试验
Table2Concrete tests with AS
对于AS高效减水剂来说，CaSO4·2H2O、CaSO4·1／2H2O、CaSO4对混凝土坍落度影响不大，而Na2SO4的加入却引起了混凝土坍落度的变化，但远不及PCE减水剂加入Na2SO4变化明显，变化趋势与净浆试验结果是相同的。
2.2.3 BF高效减水剂混凝土试验结果如表3所示：
表3BF高效减水剂混凝土试验
Table3Concrete tests with BF
BF高效减水剂在掺入CaSO4·2H2O、CaSO4·1／2H2O、CaSO4时结果与PCE、AS高效减水剂结果相同，但Na2SO4对其影响却是显著的初始坍落度随着掺量的增加逐渐减小，30min后坍落度变化却与PCE类似也是先好后坏，与净浆试验结果也是不同的。
可见，在水泥—外加剂胶凝体系中掺入CaSO4·2H2O、CaSO4·1／2H2O、CaSO4对混凝土性能影响不大，这个结果与净浆试验表现出的结果相似；而Na2SO4对水泥—外加剂胶凝体系影响较大，且表现出与净浆试验不同的结果。
结论
在水泥的化学组成中的硫酸盐特别是可溶性硫酸盐在水泥－外加剂体系中影响很大。特别是PCE(聚羧酸系高效减水剂)与BF受其影响最明显，结果表明当水泥的化学组成中含有适当的可溶性硫酸盐时外加剂就表现出很好的性能，一旦硫酸盐超量便会使外加剂与水泥的适应性非常差。
当然，像水泥中的C3A含量及形态、可溶性碱含量等水泥的组成因素都对水泥与外加剂的适应性有很大的影响，这些因素的综合影响有待于进一步研究。
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