聚羧酸高性能減水劑的性能及工程應(yīng)用

王 斌 ， 黎思幸

（1.新疆銀通建設(shè)工程監(jiān)理有限公司，新疆 奎屯833200；2.北京東方新綠科技發(fā)展有限公司，北京102209 ）

聚羧酸高性能減水劑的性能及工程應(yīng)用

王 斌1， 黎思幸2

（1.新疆銀通建設(shè)工程監(jiān)理有限公司，新疆 奎屯833200；2.北京東方新綠科技發(fā)展有限公司，北京102209 ）

聚羧酸高性能減水劑是由聚乙二醇長鏈接枝及共聚而成，具有摻量小、高效分散減水、低堿等特點(diǎn)，能夠顯著改善混凝土的和易性能、混凝土流動(dòng)性及混凝土的強(qiáng)度等。經(jīng)過與傳統(tǒng)的萘系減水劑的對(duì)比，使用國產(chǎn)的PC-100聚羧酸減水劑不僅體現(xiàn)了明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，混凝土施工性能優(yōu)良，且成本也低于萘系減水劑，值得推廣應(yīng)用，但需要注意外加劑的高引氣性以及骨料的含泥量等適應(yīng)性問題。

聚羧酸減水劑；混凝土性能；工程應(yīng)用；成本

0 前言

混凝土減水劑的發(fā)展已經(jīng)歷了漫長的過程，20世紀(jì)大量使用的有木質(zhì)素磺酸鹽類、萘磺酸鹽系高效減水劑及磺化三聚氰胺系高效減水劑。隨著21世紀(jì)的到來，一種新型的羧酸類減水劑以其優(yōu)越的性能和無污染的生產(chǎn)得到很快發(fā)展，成為當(dāng)之無愧的第三代減水劑產(chǎn)品。近年來，為滿足高性能混凝土及混凝土施工技術(shù)的發(fā)展要求，需要具有減水率大、保塑功能強(qiáng)、膠凝材料適應(yīng)性好的高性能減水劑，而聚羧酸正好迎合了這一需求，因此得到了迅速的推廣應(yīng)用。作者針對(duì)聚羧酸減水劑的性質(zhì)及混凝土性能開展了混凝土配合比試驗(yàn)，并通過施工實(shí)踐積累了一些應(yīng)用技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)。

1 聚羧酸高性能減水劑的主要性質(zhì)

聚羧酸高性能減水劑是以多種高分子化合物為主要原料，通過接枝聚合反應(yīng)和共聚反應(yīng)在分子主鏈或側(cè)鏈上引入羧基、聚氧乙烯基等，它屬于一類梳形共聚物，主鏈上具有羧酸基陰離子基團(tuán)，側(cè)鏈具有非離子型聚醚 （酯）組成，由于主側(cè)鏈中長度、陰離子基團(tuán)的數(shù)量、密度的不同，所產(chǎn)生的靜電斥力和空間位阻效應(yīng)也發(fā)生變化，可以通過對(duì)分子結(jié)構(gòu)和分子量的控制賦予減水劑優(yōu)異的性能。聚羧酸減水劑因工藝各異和選擇的不同，原材料種類很多。根據(jù)報(bào)道，該類減水劑在0.15%～0.3%（固形物占膠凝材料比例）的摻量條件下，可獲得20%～40%的減水率，混凝土的坍落度在60～120min時(shí)間內(nèi)基本不損失，混凝土無泌水離析現(xiàn)象，產(chǎn)品堿含量極低，并顯著低于常用的萘系減水劑，有利于抑制水泥混凝土有害的堿骨料反應(yīng)。

2 混凝土性能試驗(yàn)

為了比較產(chǎn)品的性能，將聚羧酸高性能減水劑（國產(chǎn)）與萘系減水劑進(jìn)行了混凝土性能試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)原材料

水泥：屯河P ·O42.5水泥，各項(xiàng)指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

粉煤灰：獨(dú)山子熱電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。

骨料：河砂，細(xì)度模數(shù)3.0（含泥量2%），石子為最大粒徑為20mm連續(xù)級(jí)配小石。

外加劑：選用國內(nèi)北京東方新綠科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的PC100聚羧酸系減水劑（含固量 30%）以及粉狀萘系減水劑。外加劑產(chǎn)品均有國內(nèi)省級(jí)權(quán)威部門的檢測(cè)報(bào)告，性能滿足相關(guān)規(guī)范要求。外加劑的物理性質(zhì)見表1。

表1 外加劑的物理性質(zhì)

水：自來水。

2.2 混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

摻用聚羧酸及萘系減水劑的混凝土配合比見表2。

（1）混凝土拌和機(jī)口和易性能

摻用聚羧酸和萘系兩類減水劑的混凝土拌和機(jī)口和易性能有明顯的區(qū)別。通過對(duì)和易性及外觀的觀察，摻有聚羧酸類外加劑的混凝土無泌水現(xiàn)象，混凝土測(cè)試含氣量4.0%，表觀有微小氣泡，混凝土具有良好的粘聚性，澆筑性好；而摻萘系減水劑的混凝土在稍停鏟動(dòng)后有泌水現(xiàn)象，測(cè)試含氣量為2.9%，有較多大氣泡。從混凝土外觀質(zhì)量看聚羧酸類外加劑優(yōu)于萘系減水劑。

表2 對(duì)比試驗(yàn)混凝土配合比參數(shù)

（2）外加劑的摻量及減水率

聚羧酸系高效減水劑摻量占膠凝材料的0.15%～0.3%（含固量），在達(dá)到0.25%時(shí)已經(jīng)表現(xiàn)出很好的減水效果，對(duì)水泥及摻合料細(xì)微粒子具有超分散性能，減水率明顯超過萘系減水劑，經(jīng)摻量檢測(cè)，減水率可達(dá)20%～35%，適應(yīng)配制中、高強(qiáng)度的高性能混凝土。

（3）混凝土流動(dòng)性及坍落度損失

聚羧酸系高效減水劑配制的混凝土流動(dòng)性比萘系混凝土好，減水劑的小摻量即可獲得優(yōu)異的流動(dòng)性，特別是混凝土經(jīng)時(shí)損失方面，聚羧酸減水劑混凝土的1h坍落度損失小于10%，而萘系高效減水劑配制的混凝土坍落度損失大、易泌水。因此聚羧酸減水劑更能適應(yīng)長距離運(yùn)輸?shù)谋盟突炷?。在施工方面，聚羧酸減水劑的流動(dòng)性好，容易振搗密實(shí)，萘系高效減水劑混凝土流動(dòng)性較差，坍落度損失較快，振動(dòng)時(shí)氣泡也不易溢出，強(qiáng)振時(shí)大氣泡多，混凝土有抓底現(xiàn)象。

（4）混凝土試件及強(qiáng)度

在給定的混凝土原材料條件下，PC100聚羧酸減水劑在低摻量的情況下就能實(shí)現(xiàn)高減水及很好的流動(dòng)保持能力，混凝土硬化后試件外觀非常密實(shí)光滑，大氣孔較少，小氣泡分布均勻，有利于混凝土的抗凍融和抗?jié)B耐久性，混凝土性能檢驗(yàn)表明，摻聚羧酸外加劑的混凝土具有相當(dāng)高的早期強(qiáng)度，且后期強(qiáng)度比萘系減水劑強(qiáng)度發(fā)展好，具有早強(qiáng)和高強(qiáng)特征。與粉煤灰和礦物粉體配合使用，聚羧酸減水劑更有利于降低水泥用量以及提高摻合料的用量，可用于高強(qiáng)高性能混凝土的配置。表3是混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)成果。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 MPa

3 工程應(yīng)用情況

通過混凝土拌合物性能檢驗(yàn)和混凝土施工性能判斷，PC100聚羧酸減水劑比萘系減水劑具有更好的分散性、施工易振搗性及保塑性，從技術(shù)上解決了傳統(tǒng)萘系等外加劑難以解決的混凝土流動(dòng)性差及保坍性差的老大難問題。施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土進(jìn)行取樣性能試驗(yàn)論證與室內(nèi)試驗(yàn)基本一致，滿足工程的施工及設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了采用聚羧酸減水劑的良好預(yù)期效果。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

經(jīng)過對(duì)PC100聚羧酸減水劑與傳統(tǒng)的萘系減水劑進(jìn)行系列強(qiáng)度等級(jí)混凝土的配合比對(duì)比試驗(yàn)復(fù)核，PC100的應(yīng)用成本總體上已優(yōu)于萘系減水劑，特別是對(duì)于高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，聚羧酸的用量少，在體現(xiàn)高性能的條件下其成本卻大大低于萘系減水劑。如果全面使用聚羧酸減水劑可以在保證混凝土良好性能的前提下使總成本有所降低。表4是不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土使用外加劑帶來的混凝土成本變化情況。

5 聚羧酸減水劑的適應(yīng)性問題

外加劑在混凝土中的作用非常重要，但有時(shí)也具有適應(yīng)性問題，在應(yīng)用中需要加強(qiáng)適應(yīng)性試驗(yàn)，防止因坍落度異常以及泌水、離析、抓底、粘稠等影響工程質(zhì)量。需要注意的是聚羧酸減水劑受砂含泥量影響非常敏感，并存在含氣量較大的問題，應(yīng)根據(jù)混凝土情況給以重視。

5.1 砂子的含泥量問題

當(dāng)砂子的含泥量較高時(shí)，聚羧酸系減水劑的減水率會(huì)明顯降低。使用萘系減水劑往往用增加一些摻量來解決。聚羧酸系減水劑在增加摻量時(shí)效果不好，特別是含泥量大于5%時(shí)，混凝土質(zhì)量變劣明顯，混凝土成本明顯增加，對(duì)此尚沒有較好的解決辦法，需采取措施降低含泥量。建議選擇含泥量低于4%的砂（最好低于砂石規(guī)范規(guī)定的3%）。

5.2 引氣性問題

聚羧酸系減水劑因原料及生產(chǎn)工藝而普遍存在含氣量較大的問題。據(jù)報(bào)道，聚羧酸系減水劑在生產(chǎn)過程中，含氣量一般在3%以上，有時(shí)可高達(dá)8%，應(yīng)通過消泡劑和引氣劑進(jìn)行重新調(diào)整，即是行內(nèi)經(jīng)常所說的“先引后消”，通過必要的措施把含氣量控制在合適范圍，以消除混凝土結(jié)構(gòu)表面氣泡過多的問題。施工中在含氣量測(cè)試條件不具備時(shí)，也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直觀的判斷混凝土的氣泡程度通知相關(guān)人員進(jìn)行調(diào)節(jié)。

表4 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土使用外加劑帶來的混凝土成本變化

6 結(jié)語

聚羧酸減水劑在低摻量的情況下可實(shí)現(xiàn)高減水及很好的流動(dòng)保持能力，并具有早強(qiáng)和高強(qiáng)特征，滿足水泥混凝土各季節(jié)條件的施工，產(chǎn)品堿含量低，有利于抑制水泥混凝土有害的堿骨料反應(yīng)，通過混凝土實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用證明國產(chǎn)PC100聚羧酸高效減水劑性能綜合優(yōu)異，產(chǎn)品具有的優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)萘系減水劑不能達(dá)到的。聚羧酸系高效減水劑不僅性能優(yōu)良，并且與膠凝材料相容性好，生產(chǎn)無毒、無污染。通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，在合理的價(jià)格條件下，使用聚羧酸減水劑的混凝土成本也低于萘系品種。因此聚羧酸減水劑從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面分析均優(yōu)于萘系產(chǎn)品，應(yīng)用在現(xiàn)代混凝土中的應(yīng)用前景看好。

[1]游長江，丁超，胡國棟等.聚羧酸類高效減水劑的研究進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程2003（3）:34-38

[2]S.Chandra,J.Bjornstrom.Influnence of cement and superplasticzers tape and dosage on the fluidity of cement mortars-Part I,Cement and Concrete Resesrch 32(2002):1605-1611

[單位地址]新疆奎屯市銀通建設(shè)監(jiān)理有限公司民建分公司（833200）

王斌，新疆銀通建設(shè)工程監(jiān)理有限公司。