聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)探討

王洪剛，劉國平，王建國

（1.勝利油田營海實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 東營 257087；2.大連西卡建筑材料有限公司，遼寧 大連 116022）

聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)探討

王洪剛1，劉國平2，王建國2

（1.勝利油田營海實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 東營 257087；2.大連西卡建筑材料有限公司，遼寧 大連 116022）

本文首先闡述了目前我國商品混凝土行業(yè)發(fā)展的幾個(gè)趨勢，然后分別介紹聚羧酸減水劑的特性和 “機(jī)制砂和聚羧酸系減水劑配合使用”的模式。然后結(jié)合山東東營營海集團(tuán)的工程實(shí)例，介紹了聚羧酸減水劑在配制高強(qiáng)混凝土和自密實(shí)混凝土方面的應(yīng)用。最后結(jié)合營海集團(tuán)在使用西卡聚羧酸產(chǎn)品過程中遇到的問題，重點(diǎn)闡述了幾個(gè)常見問題并給出了合理的解釋和解決思路。

商品混凝土；發(fā)展趨勢；聚羧酸；機(jī)制砂

1 商品混凝土行業(yè)發(fā)展趨勢

隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，我國商品混凝土行業(yè)呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢。

（1）大集團(tuán)化趨勢發(fā)展。隨著一些大型集團(tuán)的快速發(fā)展，它們?cè)谏唐坊炷列袠I(yè)里面占的市場份額越來越大，例如中聯(lián)、金隅、山水、冀東以及中建等幾大集團(tuán)公司。

（2）隨著河砂資源的限制開采和日趨緊缺，機(jī)制砂混凝土技術(shù)的推廣和應(yīng)用成為必然趨勢。

（3）隨著市場價(jià)格競爭的日趨激烈和混凝土外加劑復(fù)配技術(shù)的推廣，商品混凝土公司自己復(fù)配外加劑使用成為趨勢。而聚羧酸減水劑以其簡單的復(fù)配工藝得到商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)的青睞。

2 聚羧酸系減水劑特性

聚羧酸減水劑以其優(yōu)異性能得到混凝土工作者的青睞，近幾年在中國市場得到很好的推廣應(yīng)用，尤其是在鐵路、高速路、橋梁以及一些形象工程中。聚羧酸系高性能減水劑通過表面的吸附，具有對(duì)水泥顆粒電荷排斥和空間阻隔效應(yīng)，使得其具有以下幾方面的特點(diǎn)：

（1）高減水率。減水率可以高達(dá) 40% 以上，例如西卡ViscoCrete 3000 系列。

（2）顯著降低混凝土收縮，大幅減少開裂，提高混凝土的抗?jié)B性。有試驗(yàn)表明使用西卡聚羧酸鹽外加劑生產(chǎn)的 C60混凝土 28d 的收縮比使用普通萘系外加劑生產(chǎn)的混凝土收縮小 20% 左右。

（3）優(yōu)良保坍，混凝土拌合物坍落度保持時(shí)間長，普通混凝土可以做到 2h 混凝土坍落度和流動(dòng)性完全沒有損失。

（4）混凝土粘聚性、勻質(zhì)性、泵送性好，易于施工。

（5）凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度發(fā)展易于控制。

（6）有害離子含量低，能提高混凝土耐久性。

（7）與膠凝材料兼容性好，有利于聚羧酸減水劑大面積推廣應(yīng)用。

（8）分子可調(diào)，通過調(diào)整聚羧酸分子結(jié)構(gòu)使羧酸系減水劑具有不同的性能，可滿足不同的客戶需求。

（9）與其他外加劑的不相容性。幾乎大多數(shù)的聚羧酸鹽減水劑由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，都難與其他減水劑相容，尤其是與萘系減水劑。應(yīng)用聚羧酸鹽減水劑配制混凝土?xí)r，混入萘系將降低混凝土初始坍落度或者迅速降低混凝土坍落度，因此在使用時(shí)嚴(yán)禁混入萘系減水劑。這也是聚羧酸鹽減水劑沒有普及之前限制推廣的一個(gè)重要因素。

（10）易于儲(chǔ)存。長期儲(chǔ)存聚羧酸鹽外加劑，建議采用玻璃鋼、PE 或者不銹鋼罐，不宜采用鐵罐。

3 “機(jī)制砂—聚羧酸系減水劑”搭配使用優(yōu)勢明顯

如前所述，目前我國河砂資源越來越緊缺，機(jī)制砂應(yīng)用技術(shù)被逐漸推廣。隨著機(jī)制砂的大面積應(yīng)用，聚羧酸系減水劑的優(yōu)勢陸續(xù)體現(xiàn)出來。這種“機(jī)制砂—聚羧酸系減水劑”搭配使用的模式優(yōu)勢明顯，在山東東營的勝利油田營海實(shí)業(yè)集團(tuán)得到了很好的應(yīng)用。通過對(duì)分析山東市場我們可以發(fā)現(xiàn)，在機(jī)制砂使用較多的城市，往往就是聚羧酸系減水劑應(yīng)用較多的地方，例如東營、淄博和濱州等。這直接說明了這種“機(jī)制砂—聚羧酸系減水劑”搭配使用具有明顯優(yōu)勢。

4 聚羧酸系減水劑在特殊混凝土中的應(yīng)用

4.1 高強(qiáng)混凝土

聚羧酸系減水劑高減水和良好的混凝土坍落度保持，使其成為配制高強(qiáng)（≥C60）混凝土不可或缺的優(yōu)質(zhì)減水劑。正是由于對(duì)混凝土強(qiáng)度與和易性要求的不斷提高，使得一些商品混凝土公司較高強(qiáng)度等級(jí)混凝土（≥C40）采用聚羧酸系外加劑，而其他強(qiáng)度等級(jí)采用普通的脂肪族外加劑。

4.2 自密實(shí)混凝土

自密實(shí)混凝土應(yīng)該具有如下的特性：（1）新拌合混凝土必須具有較高的流動(dòng)度，良好的粘聚性、穩(wěn)定性和勻質(zhì)性，不分層、不離析泌水、具有良好的鋼筋空隙穿過性能。必須具有極佳的免振搗自密實(shí)性能，混凝土應(yīng)該具有較高的“柔軟”度。（2）混凝土硬化后必須具有較高的強(qiáng)度，表里均一，良好的尺寸穩(wěn)定性、耐凍融性能、抗碳化和耐腐蝕性能以及極高的耐久性。

本文下面結(jié)合營海集團(tuán)一個(gè)具體的工程案例來介紹采用機(jī)制砂和聚羧酸減水劑配制 C30 自密實(shí)混凝土以及調(diào)整過程。按照甲方要求，達(dá)到 JGJ/T283—2012 《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的 SF3 級(jí)自密實(shí)混凝土要求，要求初始和1h 以后擴(kuò)展度都達(dá)到 760mm 以上，且無泌水浮漿現(xiàn)象。

首先介紹原材料情況：

（1）水泥，勝利牌水泥 P·C42.5 。

（2）粉煤灰，勝利電廠 II 級(jí)。

（3）機(jī)制砂，水洗機(jī)制砂，偏粗（細(xì)度模數(shù) 3.8）石粉含量、細(xì)顆粒含量少。機(jī)制砂如圖 1 所示。

（4）碎石：0～5mm 碎石。

（5）外加劑：Sika 外加劑。

圖 1 試驗(yàn)采用的機(jī)制砂

表 1 C30SF3 級(jí)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

采用上述原材料和如表 1 配合比，生產(chǎn)出的混凝土完全滿足 JGJ/T283—2012 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 SF3 級(jí)自密實(shí)混凝土要求和客戶要求，而且施工過程順利，拆模后混凝土構(gòu)件密實(shí)度好、外觀好，得到客戶的肯定和好評(píng)。

混凝土到達(dá)工地現(xiàn)場后檢測照片和混凝土現(xiàn)場施工照片如圖 2、3 所示。

圖 2 混凝土到達(dá)工地現(xiàn)場后檢測照片

圖 3 混凝土現(xiàn)場施工照片

5 西卡聚羧酸系減水劑使用過程中的常見問題以及解決思路

混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工過程都會(huì)遇到適應(yīng)性問題。適應(yīng)性的問題成為困擾混凝土工作者的一個(gè)難題，影響聚羧酸減水劑的應(yīng)用效果和推廣應(yīng)用。適應(yīng)性的問題是一個(gè)極其錯(cuò)綜復(fù)雜的問題：它與當(dāng)?shù)氐脑牧嫌嘘P(guān)，與各地的氣候條件有關(guān)，還涉及到水泥化學(xué)、高分子材料學(xué)、表面物理化學(xué)和電化學(xué)等多方面的知識(shí)。下面介紹近兩年?duì)I海集團(tuán)在使用西卡聚羧酸系減水劑過程中遇到的幾個(gè)小問題以及解決思路。

5.1 問題 1 摻量與各種材料的適應(yīng)性敏感，最佳摻量不易把握

外加劑摻量會(huì)隨砂石、水泥以及各種混凝土摻合料的波動(dòng)而產(chǎn)生波動(dòng)，外加劑摻量在混凝土實(shí)際生產(chǎn)過程中不是一成不變的。其中比較常見的影響外加劑摻量的因素有下面幾點(diǎn)：（1）機(jī)制砂的顆粒級(jí)配、石粉含量、含泥量等因素影響外加劑摻量；（2）水泥方面的因素：礦物成分、堿含量、摻合料、細(xì)度、助磨劑等均對(duì)水泥與聚羧酸外加劑的相容性產(chǎn)生影響；（3）粉煤灰：粉煤灰的燒失量、細(xì)度、需水量等也嚴(yán)重影響外加劑摻量。

通過下面幾組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出機(jī)制砂質(zhì)量對(duì)外加劑摻量的影響，供讀者參考。詳見表 2、表 3。

表 2 各種機(jī)制砂技術(shù)指標(biāo)

表 3 試驗(yàn)結(jié)果

通過上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂含泥量和亞甲藍(lán)值對(duì)外加劑摻量影響明顯。

5.2 問題 2 外加劑摻量隨溫度變化敏感

外界溫度的高低直接影響水泥水化速度，從而決定了混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失受溫度影響。氣溫偏高會(huì)造成坍落度損失過快；而溫度過低又會(huì)造成凝結(jié)時(shí)間延長影響施工進(jìn)度。同一季節(jié)白天、晚上外加劑摻量變化不會(huì)超過 0.1% 的摻量，如果白天與晚上摻量變化太大，主要考慮因素還是原材料變化導(dǎo)致。

5.3 問題 3 機(jī)制砂細(xì)度、含泥量對(duì)外加劑的影響

（1）含泥量嚴(yán)重影響外加劑的摻量，具體影響結(jié)果參考問題 1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)。（2）水洗機(jī)制砂普遍偏粗顆粒級(jí)配不好，造成和易性差，調(diào)整過程應(yīng)為適當(dāng)提高膠凝材料的情況下降低石子總用量和大石子所占的比例。外加劑調(diào)整前采用 Sika外加劑，調(diào)整后采用西卡聚羧酸減水劑 ViscoCrete1210。具體參數(shù)調(diào)整實(shí)例如表 4 所示。

表 4 混凝土配合比調(diào)整表 kg/m3

5.4 問題 4 機(jī)制砂含氣量不容易引入，造成混凝土含氣量偏低

機(jī)制砂不容易引入穩(wěn)定的氣泡，這是由于機(jī)制砂為多為棱角、片狀顆粒造成的。在強(qiáng)制性機(jī)械攪拌過程中不容易形成穩(wěn)定的微小氣泡。西卡聚羧酸系減水劑本身具有一定的引氣效果，另外西卡引氣劑 Sika AER50-C 具有較好的引氣效果，通過引入分布均勻，穩(wěn)定而且封閉的微小氣泡，極大的改善了混凝土的和易性，顯著提高混凝土流動(dòng)性能，減少混凝土離析泌水現(xiàn)象的發(fā)生?？蛻艨梢酝ㄟ^具體試驗(yàn)確定西卡引氣劑 AER50-C 的摻量，推薦摻量 0.1%～0.3%。

5.5 問題5 干、濕機(jī)制砂的搭配比例對(duì)外加劑的影響

水洗的濕機(jī)制砂比較干凈但普遍偏粗、細(xì)顆粒缺失、顆粒級(jí)配不好，而干機(jī)制砂未經(jīng)過水洗，石粉含量高，對(duì)聚羧酸外加劑產(chǎn)生一定吸附，影響外加劑減水效果的發(fā)揮，外加劑摻量會(huì)提高，而且當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)較低、膠凝材料不足時(shí)，過多的摻加石粉含量高的干石粉砂還容易發(fā)生混凝土脫模后出現(xiàn)“浮灰”現(xiàn)象。而采用兩種砂搭配使用可以在一定程度上取長補(bǔ)短、相互補(bǔ)充，但是至于什么樣的搭配比例最合適，需要根據(jù)生產(chǎn)和試驗(yàn)的實(shí)際情況來調(diào)整。

下面給出一組營海集團(tuán)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表 5），供讀者參考。此試驗(yàn)干石粉砂石粉含量較高（11.2%），但亞甲藍(lán)值不高（1.25）。石粉含量的增加降低了砂總體細(xì)度模數(shù)，提高混凝土和易性，但影響混凝土的經(jīng)時(shí)損失。

表 5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5.6 問題 6 混凝土粘度大，不容易泵送施工，不好收面

外加劑摻量偏高，用水量偏低，混凝土粘度會(huì)增加，并易產(chǎn)生后期坍落度“返大”的現(xiàn)象，不易泵送。所以在保證混凝土合理用水量和外加劑摻量，不要刻意降低用水量或外加劑摻量。

另外應(yīng)該注意的是膠凝材料或者石粉等其他的細(xì)粉顆粒多，也會(huì)造成混凝土粘度偏大，影響施工。

5.7 問題 7 混凝土出機(jī)狀態(tài)良好，經(jīng)時(shí)后坍落度反而變大

混凝土坍落度經(jīng)時(shí)反而變大，這種現(xiàn)象的發(fā)生主要應(yīng)該考慮一下幾個(gè)方面的原因：

（1）外加劑影響

混凝土外加劑中緩凝成份過多，或其中一種聚羧酸緩釋作用過于強(qiáng)烈，混凝土易于在一段時(shí)間后產(chǎn)生泌水，直接導(dǎo)致混凝土后期坍落度增長或更嚴(yán)重至其離析，產(chǎn)生明顯的滯后返大現(xiàn)象（此現(xiàn)象易于在氣候變化或膠凝材料需水量減小的情況下出現(xiàn)）。

解決方法：調(diào)整外加劑組份，減少緩釋組份用量。

（2）混凝土強(qiáng)度等級(jí)的影響

在混凝土中，高強(qiáng)度等級(jí)易于發(fā)生滯后現(xiàn)象，主要原因是高強(qiáng)度等級(jí)中膠凝材料比例較大，混凝土外加劑在摻加比例高的情況下分散較慢，在沒有充分?jǐn)嚢璧那闆r下，一般生產(chǎn)中容易判斷為外加劑摻量不夠，這樣容易超量加入外加劑，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。

解決辦法：保證水灰比，生產(chǎn)時(shí)適當(dāng)延長攪拌時(shí)間。

（3）砂的影響

在生產(chǎn)中，砂偏粗容易產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。此現(xiàn)象主要是混凝中由于砂偏粗，導(dǎo)致混凝土中漿體包裹不住石子?；炷猎谏a(chǎn)及運(yùn)輸中處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，表面上看效果不錯(cuò)，可經(jīng)過壓力泵送或澆筑完成后，會(huì)有明顯的石子沉降、跑漿的現(xiàn)象，我們可以歸為滯后現(xiàn)象。

解決辦法：適量加入較小細(xì)度模數(shù)的砂，調(diào)整配合比或適量提高混凝土含氣量，改變混凝土和易性。另外，混凝土狀態(tài)不能只看動(dòng)態(tài)，也要注意靜態(tài)。應(yīng)取適量混凝土靜置一段時(shí)間后再觀察，如有泌水、跑漿等問題應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

總之，要解決好聚羧酸系高性能減水劑使用過程中遇到的各種問題需要原材料供應(yīng)商、外加劑廠和商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)共同解決。首先我們必須認(rèn)識(shí)到無論何種外加劑都存在適應(yīng)性的問題；其次要在多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的原材料來復(fù)配調(diào)整外加劑配方和確定外加劑的摻量，最后還必須在混凝土生產(chǎn)施工過程中進(jìn)一步跟進(jìn)優(yōu)化和調(diào)整?？傊訌?qiáng)各種原材料進(jìn)廠控制，是控制好混凝土質(zhì)量的頭等大事！

[1]吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中國鐵道出版社，1999．

[2]劉國棟，關(guān)志梅，魏春濤，等．砂子含泥量對(duì)摻用聚羧酸高效減水劑混凝土性能的影響及有效對(duì)策[J].商品混凝土，2008(3)：15-18.

[通訊地址]東營市東營區(qū)西四路 958 號(hào)（257087）

王洪剛（1967—），男，質(zhì)量工程師，長期從事水泥及預(yù)拌混凝土工作。