上海建工材料工程有限公司 上海市 200241
摘要：混凝土作为较易生产及相对廉价的建筑材料被大量应用于建筑工程中，而在实际应用中，由于混凝土主材中的水泥为水硬性胶凝材料，致使混凝土在实际应用中出现较多问题。本文则是对比了混凝土在不同环境温度及湿度条件下，相同羧酸类外加剂所产生的不同技术形态。从而进行了相应的分析与研究，作为工程技术人员在实际混凝土生产及应用时的借鉴。
关键词：温度、湿度、聚羧酸外加剂
Abstract：As a relatively easy to produce and relatively cheap building material, concrete has been widely used in construction, but in practical application, because the cement in the main material of concrete is hydraulic cementitious material, there are many problems in the practical application of construction. In this paper, the different technical forms of the same carboxylic acid admixtures are compared under different environmental temperature and humidity conditions. Therefore, the corresponding analysis and research are carried out, which can be used as a reference for technicians in concrete production and application.
Key words：temperature, humidity, polycarboxylic acid admixture
1 引言
随着中国经济的蓬勃发展，大量的建设工程持续上马，如高层建筑、桥梁搭建、高速公路、海工、高速铁轨、大城市的地铁网等建设，而混凝土作为相对低廉的建筑材料被大量应用。为了使混凝土能满足建筑结构体不断发展的形式，聚羧酸外加剂因其优越的减水及坍落度保持性以及可变的调整形式也同样被大家所熟知及运用。
而在聚羧酸外加剂的应用过程中，它的缺点也是非常鲜明。聚羧酸类外加剂对原材料的敏感性，温度的敏感性都是首当其冲的因素。这些因素则造成了大量的工程问题，混凝土的离析坍损层出不穷。而影响混凝土性能的因素众多，而本文就不同温度及湿度条件下，聚羧酸外加剂所表现的不同状态进行了试验比较，并进行了相应的汇总及探讨，希望能给大家一些在聚羧酸外加剂的使用带来一些启示和借鉴。
2 实验准备
本次试验我们将对两个因素进行相应的对比及评价，分别是温度与湿度。为了能确保试验的准确性及可靠性，我们将利用高低温交变湿热试验箱来对混凝土的经时情况进行检测。该设备理论温度范围控制在¬25℃~100℃，湿度范围为30%~98%。利用该设备后我们能较精确的模仿不同环境温度和湿度变化下的条件。
根据以往实验中，常常会存在经过一定临期后，材料存在的变化，致使实验数据的偏差。故我们考虑在整个试验过程中，对所选材料进行相应的密封处理，这样在一定程度上能有效的保证该次试验用材料的均一性。由于实验用材的一致，我们根据方案中所需的材料量将按照双份备料的方式，来保证此次实验的可靠。
3 实验计划
3.1 原材料确定
根据现有材料情况，水泥我们将选用铜陵海螺水泥厂生产的42.5P.O水泥。细骨料选用芜湖喜运材料有限公司二级配区中砂，根据相应标准筛分析细度模数达到2.3，含泥量1.1%、粗骨料为芜湖东方绣品运贸有限公司连续级配5-25mm碎石，含泥量为0.5%、矿粉采用宝田S95、粉煤灰则是采用上海洪渤建材有限公司二级高钙灰。考虑到商品混凝土搅拌站日常混凝土强度等级的不确定性，我们选用较为普遍的混凝土级配为C30及C50进行此次的实验比较。而此次试验的外加剂采用上海麦斯特的Polyheed 8869及Glenium sky 8325进行两个不同强度等级混凝土的比较。该两个产品均为聚羧酸系Polyheed 8869为普通泵送剂，Glenium sky 8325则是高性能减水剂。
3.2实验配合比
混凝土配合比见表1
表1 混凝土配合比
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以上两组配合比为混凝土搅拌站日常生产中较为普遍的生产级配，故此次实验选择这两组配合比作为实验验证配比。
3.3 实验方案
考虑到我们所在区域位于长江中下游地区，该区域表现出来的气候条件主要有夏季气候炎热、温度高、湿度低，冬季温度低、湿度高，春秋季温度湿度则频繁变化。针对这样的实际环境条件，我们有目的性的将此次试验分成了5个温度区间以及4个湿度区间进行复合交叉比较，来进行相应的试验比较。温度区间分别为5℃、15℃、25℃、35℃以及45℃，湿度则设定为30%、50%、70%、90%。该试验区间基本上已覆盖江南地区区域内大部分温湿度情况。
实验未考虑进行0℃极端温度条件，主要还是考虑到水泥的水化需要0℃以上才能产生。在以往实验中发觉，在实验室条件下，由于实验混凝土量的不足，0℃混凝土实验将会被直接冰冻，故此次实验对该温度点不考虑加入到此次实验的中。
混凝土拌制完成后，对其进行混凝土扩展度初始状态、1h状态、2h状态的检测，并同时进行相应的试件成型，试件成型100mm×100mm×100mm以标准养护的方式，检验混凝土试件的3d/7d/28d强度情况。
4 实验情况
4.1 温度湿度变化
根据实验方案所设计的5个温度区在不同环境湿度情况下，C30及C50两个强度等级的混凝土初始状态以及所对应的经时损失的变化如下图
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图表1 C30 30%湿度状态
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图表2 C30 50%湿度状态
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图表3 C30 70%湿度状态
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图表4 C30 90%湿度状态
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图表5 C50 30%湿度状态
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图表6 C50 50%湿度状态
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图表7 C50 70%湿度状态
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图表8 C50 90%湿度状态
4.2强度影响
试验相对应的强度的情况如下图9~图12，其中A1~A10、B1~B10、C1~C10、D1~D10为相同湿度下两个不同强度等级的合并数据，A1~A5皆为C30、A6-A10则为C50的情况，且分别按5℃、15℃、25℃、35℃以及45℃这温度区间进行排列。另外，为了便于试件整体强度评定，实验试件养护条件按正常的20℃±3℃环境条件进行养护。
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图表9 30%湿度强度
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图表10 50%湿度强度
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图表11 70%湿度强度
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图表12 90%湿度强度
4.3分析
通过图1~图8的对比，我们发觉混凝土初始状态随环境温度的上升呈变大的趋势。但同时我们也看到，当混凝土初始状态变大后，其经时扩展度的损失值也呈下降的趋势。究其原因，主要还是聚羧酸外加剂的反应速率的问题所造成。究其原因主要还是任何一种超塑化剂在水泥体系中发挥其应有的分散效果时，都需要在水泥颗粒上进行相应的吸附。而聚合物在水泥颗粒表面的吸附则与温度高低有着密切关联。当温度升高时聚合物分子更活跃，分子有了更伸展的构象，更便于吸附基团的暴露，从而更有利于其吸附。同时，温度的升高也加速了水泥水化，水泥表面的吸附点一并增加，聚合物的吸附量也一并有所增加。同理当温度下降时则会产生截然相反的现象的产生。
因此，在此次实验中我们看到环境温度低于15℃时，羧酸外加剂反应速率相对变慢，故混凝土初始状态有明显的下降，而随着时间的推移，水泥自身的水化反应以及羧酸外加剂中吸附基团的再反应，致使混凝土经时状态较初始更优。而当环境问题高于25℃时，则是另一种形态，环境温度加速了羧酸外加剂的分子活跃度，使混凝土更易于出状态，而当时间的推移，羧酸外加剂进入衰退期，致使混凝土扩展度的损失也就更为明显了。而这样的情况在使用8325拌制的C50混凝土较用8869拌制的C30混凝土表现的更为明显，主要是由于高标号混凝土的羧酸类外加剂的总体量较低标号更为富裕以及在整体配合比中水泥用也更多。同时，由于外加剂体量足够多后，相对细微的差异将会被放大，故其对温度的敏感性也更为剧烈。因此，在实际混凝土生产中，高标号混凝土更容易出现倒大离析等情况的一个主因。
另外对不同湿度下的混凝土状态比较，我们也发觉了一个有意思的现象。环境湿度的变化对混凝土状态也是有一定影响的。当环境湿度低于50%时，对混凝土状态的影响并不大。但当环境湿度高于70%时，混凝土的性能就出现了一定量的变化。其主要变化还是表现在，当环境温度15℃时混凝土的初始状态有微量的下降，高于15℃则呈微量上升趋势，而混凝土的保坍性则都有了一定幅度的提升的。混凝土的损失，主要是由混凝土内因和外因所引起。内因主要是混凝土中水泥适应性及水化速率以及拌制混凝土所使用的材质所引起的，而外因是由于气温、风速、湿度等所引起。所以当混凝土在一个相对湿度较高的环境下，其混凝土的失水率也出现了下降，故混凝土的保坍效率有了较为明显的改善。因此，我们可以是否可以这么想，当混凝土温度高时我们将混凝土所在环境以一种更为保湿的条件存在，则混凝土的正常坍落度损失率也将会有一定的改善。
针对于此次试验的混凝土强度来看，由于我们采用的混凝土养护方式为标准养护。故在对混凝土试件的压制后，我们可看到混凝土制作温度并未对混凝土强度有较明显的影响。因此，在实际商品混凝土搅拌站并非需要分冬夏季配合比的必须性。但考虑工地现场的环境温度情况，为了更快速的提升工人的工作效率以及缩短施工周期等因素的影响，我们不得不采取相应的措施，来缩短混凝土的凝结时间，来满足施工所必须的要求。
5 总结
（1）环境温度15℃~25℃时，是混凝土状态最易体现的温度范围，在该区间内混凝土的减水及保坍效率最易体现出来。低于15℃时，聚羧酸外加剂的反应速率变慢，会使混凝土的减水效率降低，混凝土的保坍性则增加。而高于25℃时，聚羧酸外加剂的反应速率变快，混凝土的效率则反之。
（2）环境湿度则为50%-70%时，是混凝土状态最易表现状态的湿度范围。同温度混凝土所产生的影响相类似，当环境温度低于50%湿度情况下，混凝土的减水性影响不大，但其保坍性会有一定影响。高于70%湿度时，则情况相反，混凝土的初始状态受到了影响，而其保坍性能则有一定的改善。
（3）从温度与湿度对混凝土性能的影响来看，温度对混凝土的影响更为剧烈，湿度影响效率相对低些。但以复合的方式来看，湿度还是有一定指导价值的。
（4）不同温度情况下，制作的试件对混凝土的强度并未受到较大影响。当然由于结构体受外界环境因素影响，其混凝土的总体凝结时间及硬化速率更为缓慢。致使冬季混凝土需要增加水化速率，而使配合比体系需要进行相应的调整，调整方案则为掺合料比例为宜。
参考文献：
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