聚羧酸高性能減水劑的適應性在國外工程中的應用

張曉振，費建文

（中交一公局集團有限公司，北京 100024）

埃塞俄比亞氣候條件與中國大不相同，水泥混凝土所用原材料質量亦不穩(wěn)定。當地天然砂質量不穩(wěn)定，而且當地的水泥產能較低，經常停產，使水泥質量產生波動，故直接在國內采購聚羧酸成品減水劑常常因材料變化，導致出現(xiàn)聚羧酸高性能減水劑與原材料不適應的情況，使得水泥混凝土離析泌水，導致混凝土不能正常施工。因此本文對聚羧酸高性能減水劑的適應性進行了研究，通過調整聚羧酸母液和其他成本進行聚羧酸高性能減水劑的復配，以保障水泥混凝土的工作性能及和易性。

1 聚羧酸高性能減水劑水泥混凝土原材料的性能

1.1 水泥

埃塞國家水泥廠Mugher生產的42.5R級早強普通硅酸鹽水泥執(zhí)行BS EN197英國標準，早期強度較高，水泥28天抗壓強度48MPa。使用這類水泥，緩凝劑需求量較大，水泥成分中具有C3A含量較高、C4AF含量較低的特點，導致混凝土易滯后泌水。

1.2 集料

天然砂：埃塞亞的斯公路局標準AACRA 2004中，天然砂的飽和面干吸水率3.0%，飽和面干表觀密度2.248g/cm3，級配較為穩(wěn)定屬于中砂，但含泥量高且波動較大，軟弱顆粒較多。

機制砂：制砂機生產配置專用除塵裝置，用10～20mm玄武巖集料破碎生產機制砂。機制砂的飽和面干吸水率3.2%，飽和面干表觀密度2.67g/cm3。機制砂中0.075mm通過量是6%，砂當量65%。機制砂符合美國標準ASTM C33的規(guī)定，0.075mm通過量放寬到不大于7%。

粗集料：用玄武巖片石生產兩種級配的粗集料5～10mm與10～20mm.

（1）5～10mm：飽和面干吸水率2.35%，飽和面干表觀密度2.662g/cm3，粗粒徑偏多，10mm以下含量較少，針片狀含量較多，空隙率高。

（2）10～20mm：飽和面干吸水率2.45%，飽和面干表觀密度2.664g/cm3，粒徑偏大，針片狀含量偏高，空隙率高。

用5～10mm與10～20mm2種粗集料合成亞的斯公路局規(guī)范AACRA 2004中要求的粗集料最大公稱粒徑20mm對應級配的范圍（見表1）。

表1 粗集料最大公稱粒徑20mm對應級配范圍

1.3 拌合水

拌和用水使用飲用水，硬度較大，呈現(xiàn)弱堿性，符合亞的斯公路局規(guī)范AACRA 2004中的602.2.4的要求。

1.4 聚羧酸高性能減水劑

北京厚德外加劑廠生產的HD-SS聚羧酸高性能減水劑具有高減水率、高保持坍落度、低收縮等性能，符合美國混凝土化學外加劑技術規(guī)范ASTM C494中G型的規(guī)格。

2 聚羧酸高性能減水劑水泥混凝土的試配

聚羧酸高性能減水劑從中國進口到亞的斯亞貝巴需要6個月的時間。如果購買聚羧酸高性能減水劑成品，當現(xiàn)場氣候與施工條件變化時，外加劑相對水泥混凝土的適應性就會改變，外加劑的和易性變差甚至不能施工，故購買聚羧酸高性能減水劑時，應要求廠家把2種母液801G高效減水母液、305G高效減水保坍母液與改變聚羧酸外加劑性質的一些小料葡萄糖鈉，被稱之為BS保塑劑、1種微量的引氣劑（皂苷類）等單獨包裝發(fā)貨。貨物到達項目后，根據現(xiàn)場條件與氣候條件進行外加劑配制。

聚羧酸高性能減水劑生產中對母液的要求，北京厚德外加劑廠生產2種聚羧酸高性能減水劑母液，1種聚羧酸減水劑母液命名為801G母液，主要作用是高效減水，要求減水率大于25%；另1種母液命名305G母液，具有高效減水保持坍落度低損失的作用。2種母液801G高效減水母液與305G高效減水保坍母液按照一定的比例復配滿足保坍與減水率的要求，聚羧酸高性能減水劑母液的聚羧酸固體含量要求不小于50%。母液與其他引氣類、保坍類、緩凝類、消泡類等外加劑復合合成后，滿足水泥混凝土含氣量1.5%～3%。按照JG/T233《聚羧酸系高性能減水劑》中表5混凝土坍落度在2h內損失不超過6cm，且混凝土澆筑成型后外觀無氣泡，施工要求混凝土坍落度在1.5h內損失不超過6cm。

以C30混凝土為例，調整聚羧酸高性能減水劑的2種母液、引氣劑與BS保塑劑的比例，使減水劑與原材料相適用。影響聚羧酸高性能減水劑適應性的主要因素有天然砂含泥量波動比較大、機制砂粉塵含量較高與氣候的變化。

聚羧酸高性能減水劑適應性的調整思路，當聚羧酸高性能減水劑混凝土試拌后離析出現(xiàn)砂漿下沉的現(xiàn)象時，需要提高引氣劑的摻量；如果混凝土坍落度損失過快時，需要增加保坍母液的摻量降低坍落度的損失，同時保持混凝土的強度。當305G保坍母液增加到一定量時，混凝土單方用水量明顯增多時，說明混凝土的強度會降低，這時不能再增加保坍母液的用量；在保證混凝土強度的前提下，當保坍母液摻量增加到一定程度不能再增加，為了減小坍落度損失需要增加BS葡鈉保塑劑的摻量。BS葡鈉保塑劑對水泥混凝土具有緩凝作用，能降低混凝土坍落度損失的同時增加混凝土的凝結時間，摻量過量降低混凝土的強度。當混凝土試拌后出現(xiàn)泥漿上浮集料下沉的現(xiàn)象時，說明混凝土粘性差，需要降低BS葡鈉保塑劑的摻量或者降低引氣成分的摻量。一直調整外加劑的配方，直至滿足施工要求與混凝土和易性要求。

圖1 聚羧酸高性能減水劑的配合比A試拌結果

圖2 聚羧酸高性能減水劑的配合比B試拌結果

圖3 聚羧酸高性能減水劑的配合比C試拌結果

圖4 聚羧酸高性能減水劑的配合比D試拌結果

表2 4種聚羧酸高性能減水劑配方試拌水泥混凝土的拌合物和力學性能對比

聚羧酸高性能減水劑配方進行調整，并進行多次試拌，試拌結果如下：

（1）聚羧酸高性能減水劑的配合比A：母液801G（800kg）+母液305G（200kg）+BS糖鈉（20kg）+引氣劑（1.5kg）。經過試拌后，由于減水率比較大引起輕度泌水，水泥漿輕度下沉，坍落度損失比較快。解決辦法是提高引氣劑的摻量改變和易性，提高保坍母液與BS葡鈉的摻量降低坍落度損失（見圖1）。

（2）聚羧酸高性能減水劑的配合比B：母液801G（700kg）+母液305G（300kg）+BS糖鈉（40kg）+引氣劑（2kg）。經過試拌后，水泥漿上浮粗集料下沉，混凝土離析?；炷岭x析時出現(xiàn)水泥漿上浮粗集料下沉現(xiàn)象，解決方法需要降低BS葡鈉的摻量消除混凝土的離析（見圖2）。

（3）聚羧酸高性能減水劑的配合比C：母液801G（700kg）+母液305G（300kg）+BS糖鈉（30kg）+引氣劑（2kg）。經過試拌后，出機坍落度220mm，1.5h經時坍落度200mm，和易性好，流動性包裹性好，保坍性能良好（見圖3）。

（4）考慮亞的斯亞貝巴的旱季氣候干熱坍落度損失變化較大，聚羧酸高性能減水劑的配合比D：母液801G（700kg）+母液305G（300kg）+BS糖鈉（35kg）+引氣劑（25kg）。經過試拌后，出機坍落度230mm，1h經時坍落度210mm，和易性好，流動性包裹性好，保坍性能良好（見圖4、表2）。

表3 最終確定C30聚羧酸外加劑混凝土配合比（kg/m3）

表4 聚羧酸高性能減水劑水泥混凝土配合比（水泥與外加劑單價比爾/kg，集料單價比爾/m3）

表5 以前使用的萘系外加劑水泥混凝土配合比（水泥與外加劑單價比爾/kg，集料單價比爾/m3）

3 聚羧酸高性能減水劑水泥混凝土最終確定的配合比

最終確定C30聚羧酸外加劑混凝土配合比（kg/m3）見表3：

（1）聚羧酸高性能減水劑的常用配方：母液801G（700kg）+母液305G（300kg）+BS糖鈉（30kg）+引氣劑（2kg）。

（2）氣候干熱時聚羧酸高性能減水劑的配方：母液801G（650kg）+母液305G（350kg）+BS糖鈉（35kg）+引氣劑（25kg）。

4 聚羧酸高性能減水劑水泥混凝土成本分析

萘系外加劑天津港FOB價格為6150CNY/t，聚羧酸外加劑天津港FOB價格為7800CNY/t，加上海運費、保險費、港雜費、清關費、關稅以及埃塞境內陸路運輸費，到達項目價格為FOB價的1.65倍，人民幣兌比爾的匯率為1∶4.4，進行折算：

萘系外加劑到達埃塞項目44.6比爾/kg；聚羧酸外加劑到達埃塞項目56.6比爾/kg。

其他材料在埃塞價格為：水泥2.74比爾/kg，機制砂522比爾/m3，粗集料350比爾/m3，天然砂600比爾/m3，砂石料的裝車平均容重1400kg/m3。

正在使用的聚羧酸外加劑的配合比（kg/m3）與混凝土材料費用：

聚羧酸高性能減水劑水泥混凝土配合比見表4。

以前使用的萘系外加劑水泥混凝土配合比（水泥與外加劑單價比爾/kg，集料單價比爾/m3）見表5。

萘系外加劑C30混凝土材料費1855比爾/m3，聚羧酸高性能減水劑C30混凝土材料費1740比爾/m3，價差115比爾，折算人民幣，采用聚羧酸外加劑每方混凝土可降低成本26.1元。埃塞亞的斯公司最近5年先后完成的項目包括Bole市政路項目、Lideta市政路項目、Bole機場停機坪改擴建項目、亞的斯市東西線項目，KT市政路項目等項目，合同額4.5億美元，5年中C30混凝土合計36萬m3，節(jié)約成本大約1000萬人民幣。

5 結束語

聚羧酸母液減水率大，受氣候與施工現(xiàn)場不利條件的影響，導致坍落度損失比較快，且常常伴有泌水離析現(xiàn)象發(fā)生，影響混凝土施工質量。本文通過調整2種母液比例，并在復配的基礎上進行添加緩凝保塑劑，用以調整坍落度受氣候條件變化的坍落度損失，使聚羧酸高性能減水劑與原材料相適應，不僅提高了混凝土的和易性，還提高了混凝土的外觀質量，保障了施工質量。通過分析各種材料的價格，聚羧酸高性能減水劑比萘系外加劑更具有價格優(yōu)勢，在保障工程質量的前提下，可代替萘系外加劑達到節(jié)約混凝土材料成本的目的。