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聚羧酸系高性能減水劑研發(fā)、生產(chǎn)和應用中的注意事項
目前只有聚羧酸系減水劑能夠?qū)崿F(xiàn)這里所說的“高性能”，所以高性能減水劑一般也就是聚羧酸系高性能減水劑。
聚羧酸系減水劑作為繼萘系、密胺系、脂肪族系和氨基磺酸鹽系減水劑之后研制生產(chǎn)成功的新型高效減水劑，以其在摻量較低時（固體摻量0.15%～0.25%）就能產(chǎn)生理想的減水和增強效果、對混凝土凝結(jié)時間影響較小、坍落度保持性較好、與水泥和摻和料適應性相對較好、對混凝土干縮性影響較小（指通常不過分增加干縮）、生產(chǎn)過程中不使用甲醛和不排放出廢液、硫酸根離子和氯離子含量低等突出特點，從一開始就受到研究者和部分應用者的推崇。但另一方面，聚羧酸系減水劑在實際工程應用中卻經(jīng)常表現(xiàn)出某些難以想象的現(xiàn)象，這給聚羧酸系減水劑的應用帶來很大難題。下面針對聚羧酸系減水劑的研發(fā)、生產(chǎn)和應用提出一些建議。
1.1 研發(fā)和生產(chǎn)
1.1.1 產(chǎn)品的功能化
聚羧酸分子呈梳形結(jié)構(gòu)，具有自由度大、分子結(jié)構(gòu)可設計性強的優(yōu)點。通過改變單體原料種類，可使聚羧酸分子中接入不同的基團。由于聚羧酸中各基團對水泥水化的影響有差異，從而可根據(jù)實際用途，制備具有特定功能的。即使使用相同的原料單體，亦可通過改變聚醚單體分子量，單體比例和合成溫度等手段對聚合產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)進行適當調(diào)整，使其適應不同的使用環(huán)境或具有不同的功能。未來幾年，將從普適型產(chǎn)品向功能型產(chǎn)品方向發(fā)展，這些功能型產(chǎn)品可能會具有保坍、早強、減縮、抗黏土吸附、引氣和消泡等中的一種或一種以上特殊功能。
（1）保坍型聚羧酸
混凝土坍落度損失過快，是預拌混凝土長期面臨的重大難題之一。目前，行業(yè)內(nèi)主要通過聚羧酸后摻法、與緩凝組分復合使用等途徑來解決混凝土的坍損問題，但是技術上和實際應用中均存在一定困難。而開發(fā)保坍型聚羧酸來解決預拌混凝土長距離運輸和在較高氣溫下施工的難題具有重要的現(xiàn)實意義。
（2）早強型聚羧酸
常用的聚羧酸普遍有一定緩凝作用，導致混凝土早期強度發(fā)展緩慢，一般1d抗壓強度僅能達到設計強度的15%～25%，在低溫或摻加大量礦物摻和料的情況下，早期強度更低，限制了聚羧酸的應用范圍。因此，研究適用于預制鋼筋混凝土構(gòu)件，能夠明顯提高混凝土早期強度，加快施工進度，將預制鋼筋混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)期延長至深秋甚至冬季的早強型聚羧酸具有重大的經(jīng)濟價值和社會意義。
（3）減縮型聚羧酸
混凝土因收縮而引起的開裂會導致混凝土的強度和耐久性大大降低，從而縮短混凝土的使用壽命?；炷劣绕涫歉咝阅芑炷恋氖湛s開裂問題已經(jīng)引起了工程界的高度重視，聚羧酸雖在一定程度上降低了混凝土的收縮，但仍不能滿足工程的需求。減縮型聚羧酸是指既具有較高的減水率，同時又可減少硬化混凝土干燥收縮的聚羧酸，這種功能型聚羧酸已成為外加劑研究的熱點之一。
（4）低引氣緩凝型聚羧酸
有些工程需要低引氣和緩凝效果較好的聚羧酸，但常用的聚羧酸無法滿足這一需求。因而需要開發(fā)低引氣緩凝型聚羧酸。低引氣緩凝型聚羧酸除了具有普通聚羧酸的性能外，還特別具有緩凝和低引氣作用，因而可用于大體積混凝土、炎熱氣候條件施工的混凝土和長時間停放或遠距離運輸?shù)幕炷恋仍S多混凝土工程中。前已述及，低引氣緩凝型聚羧酸應該含有羥基、羧基、磺酸基、酰胺基和醚基等功能性官能團。
（5）抗黏土吸附型聚羧酸
集料含泥量大時聚羧酸系減水劑應用效果非常差，究其原因，主要在于集料中的泥若以高嶺土或膨潤土為主，則對聚羧酸系減水劑吸附能力特別強，導致真正發(fā)揮分散作用的減水劑分子量減少，因而混凝土坍落度小、坍落度損失快。因此，研制抗黏土吸附聚羧酸，提高聚羧酸在含泥量較高的集料所配制混凝土中的應用效益，是非常必要的。
1.1.2 常溫合成
在聚羧酸系減水劑的生產(chǎn)方面，如何進一步通過原材料的選用和工藝改進，降低其生產(chǎn)能耗和三廢物排放量，也是工業(yè)界所普遍關注的熱點問題。區(qū)別于通常的加熱合成工藝（合成溫度在60℃～90℃之間）的常溫合成工藝及因其合成的聚羧酸系減水劑成本較低而開始受到關注。常溫合成工藝生產(chǎn)的建廠成本比加熱合成工藝生產(chǎn)的低，所得聚羧酸系減水劑產(chǎn)品卻更能適應減水劑市場需求的變化，更好地服務于偏遠地區(qū)的混凝土工程。但應注意的是，加熱合成工藝生產(chǎn)的優(yōu)勢在于產(chǎn)品合成的路線方法較多，通過對聚羧酸系減水劑母液官能團的精準設計能獲得具有不同性能特點的產(chǎn)品。
根據(jù)筆者的取樣試驗研究發(fā)現(xiàn)：常溫合成的聚羧酸系減水劑在初始分散性方面，與加熱合成產(chǎn)品處于同一技術水平；在保坍性方面，常溫合成工藝生產(chǎn)的聚羧酸系減水劑與加熱合成產(chǎn)品相比，仍有一定差距，這也限制了常溫合成產(chǎn)品在某些特殊場合下混凝土配制中的應用。因此尚需進一步的研究工作來解決該技術難題。
1.1.3 原位合成
目前關于聚羧酸系減水劑的研究工作包括新產(chǎn)品開發(fā)、工藝改進和應用技術研究三個方面。針對聚羧酸系減水劑合成工藝的創(chuàng)新研究，通過合成工藝的改革，將現(xiàn)有的聚羧酸系減水劑進行性能優(yōu)化或者達到某種特殊的性能要求是聚羧酸系減水劑性能改進的另一個主要方向，也是目前聚羧酸系減水劑研究的核心內(nèi)容之一?，F(xiàn)有的聚羧酸系減水劑合成工藝均為水溶液聚合，所得產(chǎn)品的含固量一般為20%～40%。在建筑材料市場領域，聚羧酸系減水劑經(jīng)常需要遠距離運輸，如果在合成時能提高產(chǎn)品含固量，或者直接合成粉體產(chǎn)品，則能大幅度降低產(chǎn)品的運輸成本，提高其市場競爭力。再者，干混砂漿、壓漿料等砂漿產(chǎn)品中所使用的聚羧酸系減水劑產(chǎn)品必須是干粉狀的，國內(nèi)外針對干混砂漿、壓漿料等砂漿產(chǎn)品的應用，均是將液體聚羧酸系減水劑通過噴霧或離心霧化成粉體，這需消耗大量能源。因此，通過合成工藝的創(chuàng)新和改進，直接合成性能可靠的粉體聚羧酸系減水劑，已成為國內(nèi)外減水劑行業(yè)的一大研究熱點。
根據(jù)本體聚合反應引發(fā)速度快、引發(fā)能力強的特點，將自阻聚作用較強的APEG單體在油溶性引發(fā)劑的作用下可以大幅提高單體的轉(zhuǎn)化率，提高有效分子含量。同時本體聚合反應將聚合反應濃度提升到峰值，所得到的產(chǎn)物純凈無水，為聚羧酸系減水劑通過切片粉體化打下基礎。
切片粉體化的安全性和所得產(chǎn)品性能優(yōu)勢遠高于傳統(tǒng)的噴霧或離心霧化成粉工藝。筆者選用APEG及自制具有減縮功能的單體二乙二醇單丁醚單馬來酸酯為聚合反應單體，通過本體聚合反應制備聚羧酸系減水劑，研究了單體摩爾比、聚合溫度以及引發(fā)劑的投料方式對產(chǎn)物保塑性能的影響，最后通過混凝土收縮率試驗檢驗了產(chǎn)物的減縮特性。
2.2 復配和應用
由于聚羧酸系減水劑存在以上技術特點，工程中應嚴格參照《混凝土外加劑應用技術規(guī)程》（GB50119-2013）來合理、安全地指導產(chǎn)品應用和施工。本文就聚羧酸系高性能減水劑的應用技術，提出一些看法。
2.2.1 關于產(chǎn)品類別和應用范圍
聚羧酸系減水劑分為標準型、緩凝型、引氣型和早強型。
目前，早強型聚羧酸系減水劑已開始有較成熟的產(chǎn)品，為推進其在預制混凝土中的應用，增加這一產(chǎn)品類別是比較有利的。而引氣型產(chǎn)品則適合于對抗凍融循環(huán)性要求高的混凝土工程。因為聚羧酸系減水劑產(chǎn)品的含氣量測試值從1%到10%甚至10%以上，變化范圍很大，所以建議增加引氣型聚羧酸系減水劑的規(guī)定，以便將引氣型減水劑與標準型減水劑區(qū)分開來，方便使用者正確選擇。
根據(jù)型態(tài)，聚羧酸系減水劑有水溶液和粉劑兩類。
2.2.2 關于產(chǎn)品類別的選擇
（1）聚羧酸系減水劑產(chǎn)品類別的選擇應根據(jù)工程設計和施工要求選擇，通過試驗及技術經(jīng)濟性的比較確定。
（2）嚴禁使用對人體產(chǎn)生危害、對環(huán)境產(chǎn)生污染的聚羧酸系減水劑。
（3）摻聚羧酸系減水劑的混凝土所用水泥，宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥，并應檢驗外加劑與水泥的適應性，符合要求方可使用。
（4）摻聚羧酸系減水劑的混凝土所用摻和料，宜采用礦渣粉、粉煤灰、硅灰、石灰石粉以及它們的復合產(chǎn)品等，并應檢驗外加劑與摻和料的適應性，符合要求方可使用。
（5）摻外加劑混凝土所用材料如水泥、砂、石、摻和料、外加劑均應符合國家現(xiàn)行的有關標準的規(guī)定。試配摻聚羧酸系減水劑的混凝土時，應采用工程使用的原材料，檢測項目應根據(jù)設計及施工要求確定，檢測條件應與施工條件相同，當工程所用原材料或混凝土性能要求發(fā)生變化時，應再進行試配試驗。
（6）嚴禁在工地現(xiàn)場不經(jīng)檢驗，將聚羧酸系減水劑與其他品種外加劑復配在一起使用。
2.2.3 關于產(chǎn)品的檢驗
（1）聚羧酸系減水劑進場時，必須提供以下技術文件：產(chǎn)品說明書，應標明產(chǎn)品類別及其主要成分；出廠檢驗報告及合格證；摻外加劑混凝土性能檢驗報告；產(chǎn)品應用范圍及特性等。
（2）聚羧酸系減水劑運到工地（或混凝土攪拌站）應立即取代表性樣品進行檢驗。
（3）檢驗所用材料如水泥、砂、石、摻和料均應為工程取樣材料，且應符合國家現(xiàn)行有關標準的規(guī)定。檢驗采用的混凝土配合比、檢測條件應與施工條件相同，當工程所用原材料或混凝土性能要求發(fā)生變化時，應再進行檢驗。
2.2.4 計量
聚羧酸系減水劑應用時，應嚴格計量，配料控制系統(tǒng)標識應清楚、計量應準確，計量誤差不應大于外加劑用量的1%。
2.2.5 產(chǎn)品的復配使用
（1）除木質(zhì)素系減水劑和膨脹劑外，不推薦將聚羧酸系減水劑與其他品種減水劑復配使用。
（2）當與其他品種外加劑復合使用時，必須密切注意它們的相容性及對混凝土性能的影響，并進行嚴格的試驗進行復配效果的評價，滿足要求方可使用。
2.2.6 產(chǎn)品的運輸與貯存
（1）聚羧酸系減水劑的輸送、運輸和貯存不得采用鐵制材料（不銹鋼除外），而應采用塑料、玻璃等材質(zhì)。
（2）產(chǎn)品運輸、貯存過程中防止水分蒸發(fā)和遭受污染。
2.2.7 關于二次添加
當摻加泵送劑的混凝土從預拌混凝土廠運送至澆注現(xiàn)場，可能由于路途遙遠、堵車或等待澆注的時間過長，混凝土坍落度損失過大，以致于不適于泵送或澆注施工時，可以采用二次添加泵送劑的方法，將一定量泵送劑摻入混凝土運輸攪拌車中快速運轉(zhuǎn)，至攪拌均勻，測定坍落度符合要求后進行泵送和澆注。
原則上，摻加聚羧酸系減水劑的混凝土，因不可預測的原因造成其坍落度損失過大時，也可以采用二次添加減水劑的方法，恢復混凝土的流動性，以免造成混凝土拌和物的浪費。但是由于混凝土拌和物性能對聚羧酸系減水劑的摻量相當敏感，一旦過量很易造成離析、泌水，甚至分層。所以實際施工時，關于聚羧酸系減水劑二次添加與否、二次添加的品種和數(shù)量等，應事先進行嚴格試驗，充分驗證其可行性后方可進行。
2.2.8 關于混凝土的振搗
由于摻加聚羧酸系減水劑制備的混凝土坍落度一般較大，再加上拌和物粘度較低，所以混凝土拌和物澆注后的振搗半徑和振搗時間應通過試驗確定，或應聽從專家指導。振搗半徑過小或振搗時間過長，都很易造成混凝土含氣量嚴重下降、集料相與漿體相嚴重分層等結(jié)構(gòu)缺陷。
2.2.9 關于初期養(yǎng)護
聚羧酸系減水劑對混凝土干縮性能影響較小，或者說摻加聚羧酸系減水劑不過分增加混凝土的干縮，絕不代表摻加聚羧酸系減水劑的混凝土可以放松甚至取消養(yǎng)護。
與摻加其他外加劑的混凝土一樣，摻加聚羧酸系減水劑的混凝土澆注振搗密實后的表面二次抹壓、薄膜覆蓋或噴霧等，對防止其塑性收縮裂縫非常有效。而連續(xù)的7d或14d的保濕養(yǎng)護則不僅是混凝土強度正常增長的需要，也是防止其干燥收縮裂縫的保障。
2.2.10 其他
