引言

聚羧酸系減水劑被認(rèn)為是最新一代的高性能減水劑，人們總是期望其在應(yīng)用中體現(xiàn)比傳統(tǒng)的萘系減水劑更安全、更高效、適應(yīng)能力更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。然而工程實(shí)踐使用中總是更多地遇到各種各樣的問題，而且有些還是使用其他品種減水劑所未遇到的，如混凝土拌合物異常干澀、無法卸料，更談不上泵送澆筑了，或者混凝土拌合物分層嚴(yán)重等?，F(xiàn)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)控制過程中的一些經(jīng)驗(yàn)和心得進(jìn)行分享，受限于技術(shù)水平和科研力量薄弱等因素，可能有些觀點(diǎn)未必正確，還望各位砼仁批評(píng)指正。

 

1 聚羧酸的定義和優(yōu)點(diǎn)

1.1 定義

聚羧酸系高性能減水劑是一系列具有特定分子結(jié)構(gòu)和性能聚合物的總稱，一般是將不同單體通過自由基反應(yīng)聚合得到。聚羧酸減水劑的結(jié)構(gòu)是線型主鏈連接多個(gè)支鏈的梳型共聚物，疏水性的分子主鏈段含有羧酸基、磺酸基、氨基等親水基團(tuán)，側(cè)鏈?zhǔn)怯H水性的不同聚合度聚氧乙烯鏈段。

 

1.2 優(yōu)點(diǎn)

（1）摻量低：一般其折算固含量為萘系的 1/4 左右。

 

（2）減水率高：混凝土減水率一般在 25%～35%，極限值可高達(dá) 40%～45%。

 

（3）保坍性好：坍落度損失可以控制在 2～3h 內(nèi)基本無損失。

 

（4）抗壓強(qiáng)度比高：各齡期對(duì)比強(qiáng)度均有較大幅度的提高，早期抗壓強(qiáng)度比有顯著提高。

 

（5）綠色環(huán)保：在合成生產(chǎn)過程中不使用甲醛和其他有害原材料，對(duì)人體不會(huì)造成健康危害，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。

 

（6）高耐久性：因高減水帶來的低水膠比，對(duì)混凝土的抗?jié)B、抗腐蝕、抗氯離子擴(kuò)散遷移系數(shù)性能都有極大提升。

 

（7）節(jié)約成本：因使用聚羧酸減水劑的混凝土有良好的工作性以及低水膠比，并且使用少量即有顯著的效果，故能夠降低成本。與現(xiàn)行萘脂系減水劑相比，單方混凝土綜合成本可節(jié)約 5～10 元。

 

（8）其他優(yōu)點(diǎn)：工作性能優(yōu)良，碳化相對(duì)較低，成型外觀的光潔度較好等。

 

2 聚羧酸的應(yīng)用

2.1 進(jìn)場檢驗(yàn)要求

聚羧酸系外加劑不同于萘系、脂肪族、氨基系列的外加劑，單純的凈漿檢測已經(jīng)不能合理反映其在混凝土中的工作性能，建議有條件的試驗(yàn)室可將凈漿檢測比對(duì)試驗(yàn)作為參考，最終以混凝土試拌作為檢測依據(jù)。

 

大部分聚羧酸在復(fù)配過程中，均要求考慮混凝土的保坍性能，例如高保坍型聚羧酸，其母料中緩釋型羧酸為后釋放減水組分，初始凈漿流動(dòng)度可能較小，但是混凝土的保坍性能良好，若以凈漿流動(dòng)度來衡量聚羧酸和膠材的適應(yīng)性，很可能誤判；而冬季型的聚羧酸，為避免坍落度反增長或滯后泌水現(xiàn)象的發(fā)生，保坍和緩凝組分大幅下調(diào)，這時(shí)的初始凈漿流動(dòng)度可能較大，若以此試驗(yàn)結(jié)果去衡量混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失也不準(zhǔn)確。建議使用同一批次原材料與不同批次的外加劑進(jìn)行凈漿流動(dòng)度比對(duì)試驗(yàn)，此方法積累的數(shù)據(jù)可以作為長期跟蹤，能在一定程度上檢驗(yàn)進(jìn)廠外加劑的波動(dòng)情況，其優(yōu)點(diǎn)是快速、節(jié)約人力。當(dāng)雙方對(duì)檢測結(jié)果有疑義時(shí)，可選用混凝土試拌的方法進(jìn)行檢測，此方法雖然較為精準(zhǔn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，各商混站可以結(jié)合自身情況選擇進(jìn)場檢驗(yàn)的方式，檢驗(yàn)所用的膠材存儲(chǔ)時(shí)間建議不宜超過半個(gè)月。

 

2.2 對(duì)原材料的要求

市場目前使用的聚羧酸系外加劑對(duì)原材料質(zhì)量及其穩(wěn)定性要求較高，對(duì)水泥適應(yīng)性、砂石含泥量、吸水率、石粉含量、砂石級(jí)配、砂率、煤灰燒失量和需水比較為敏感，故原材料進(jìn)場把關(guān)尤其重要，良好的材料穩(wěn)定性能促進(jìn)生產(chǎn)控制的穩(wěn)定性，極大地降低了質(zhì)量事故發(fā)生的概率。

 

2.2.1 水泥

水泥與外加劑的適應(yīng)性，僅根據(jù)凈漿流動(dòng)度測試的試驗(yàn)結(jié)果來評(píng)定水泥與外加劑的適應(yīng)性有失偏頗，應(yīng)該在結(jié)合混凝土試拌進(jìn)行評(píng)定。水泥與外加劑適應(yīng)性的影響因素較多，包括 C3A 和 C4AF 的含量高低、水泥混合材的品種、石膏的形態(tài)等等。C3A 和 C4AF 吸附了較多的減水劑，導(dǎo)致硅酸鹽相表面的減水劑偏少；混合材品種常用的包括石灰石粉、粉煤灰、礦粉，但實(shí)際生產(chǎn)過程中，水泥廠家為了追求低成本，往往摻入火山灰、煤矸石等對(duì)聚羧酸吸附量較大的摻合料，導(dǎo)致水泥與外加劑的適應(yīng)性較差；半水石膏由于遇水生成二水石膏，消耗了部分游離水，導(dǎo)致混凝土損失加快[1]。針對(duì)以上問題，在選擇聚羧酸品種時(shí)，應(yīng)針對(duì)水泥的特性進(jìn)行匹配性的試驗(yàn)。

 

2.2.2 骨料

2.2.2.1 級(jí)配及砂率

混凝土中骨料的顆粒級(jí)配以及砂率對(duì)聚羧酸系減水劑的減水效果影響也非常大。試驗(yàn)證明，其他條件都不變，僅砂率在 40%～50% 之間變化時(shí)，同種聚羧酸系減水劑的減水率因砂率的改變最大可以相差 4%。使用連續(xù)級(jí)配的骨料，可以降低砂率和單方用水量，增大混凝土流動(dòng)效應(yīng)，降低外加劑的減水率需求。

 

2.2.2.2 骨料的吸水率

骨料的吸水率對(duì)聚羧酸的影響也非常大，其在拌和過程中，游離水大量進(jìn)入骨料孔隙，降低了混凝土的流動(dòng)性和坍落度，聚羧酸的優(yōu)勢無法體現(xiàn)。

 

2.2.2.3 含泥量

骨料中的含泥量主要是各類型的粘土礦物，它們是以一些含鋁、鎂等為主的硅酸鹽礦物。為層狀結(jié)構(gòu)，顆粒較細(xì)，有較強(qiáng)的吸附作用，其吸附作用主要為礦物表面吸附和插層吸附[2]。粘土的種類主要有伊利土、高嶺土、蒙脫土等，它們對(duì)聚羧酸的吸附均要強(qiáng)于膠材，而這其中尤其以蒙脫土的吸附最為強(qiáng)烈，會(huì)讓混凝土的工作性大幅下降，體現(xiàn)在坍落度、流動(dòng)度的下降，粘性的加強(qiáng)，泵損的增大等。

 

聚羧酸減水劑與傳統(tǒng)的萘系等高效減水劑相比，對(duì)砂石骨料中的粘土（尤其是蒙脫土）更敏感，因此極大地制約了其在混凝土中的推廣和應(yīng)用：一方面，粘土礦物對(duì)聚羧酸系高性能減水劑有強(qiáng)烈的吸附作用，減少了用于分散水泥的聚羧酸分子數(shù)量，降低了減水性能，增大了流動(dòng)度損失；另一方面，由于粘土礦物較高的比表面積，能吸附較多的水分，減少了漿體中的自由水的量，這就導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性降低、黏度變大。

 

生產(chǎn)過程中，針對(duì)砂石含泥量的變化，往往是調(diào)整外加劑的摻量以確保工作性能，但是應(yīng)該注意的是，當(dāng)含泥量大幅降低時(shí)，應(yīng)該及時(shí)降低外加劑摻量以降低混凝土離析的風(fēng)險(xiǎn)。

 

2.2.3 摻合料

在選用較為優(yōu)質(zhì)的Ⅰ、Ⅱ 級(jí)粉煤灰及礦粉，隨著摻量的加大，聚羧酸的摻量會(huì)逐漸降低。以 C35 為例，經(jīng)比對(duì)試拌試驗(yàn)證明，摻合料總量從 20% 提高到 50% 時(shí)，外加劑摻量會(huì)降低 0.4%～0.6%（基礎(chǔ)摻量 1.8%，含固約 11%）。有研究表明，水泥、礦粉、粉煤灰對(duì)外加劑吸附規(guī)律不同，吸附量的大小順序?yàn)椋核啵镜V粉＞粉煤灰[3]。

 

2.2.3.1 粉煤灰

粉煤灰的需水比和燒失量指標(biāo)對(duì)聚羧酸性能的影響較為重要，粉煤灰的燒失量變大，粉煤灰中碳顆粒在吸收水分的同時(shí)，也吸進(jìn)去一部分聚羧酸減水劑，造成混凝土漿體中的有效減水劑用量降低，造成聚羧酸減水劑效果變差。需水比主要是影響混凝土中的游離水的數(shù)量，當(dāng)需水比降低時(shí)，配方用水不變的情況下，游離水量增加，需降低外加劑摻量，反之，則應(yīng)增加外加劑摻量。一般，Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)粉煤灰對(duì)聚羧酸的影響不大，而 Ⅲ 級(jí)甚至以上的粉煤灰，會(huì)大幅提升外加劑摻量，造成混凝土的坍落度劇烈損失。

 

2.2.3.2 礦粉

?；郀t礦渣粉可以起到增大漿體初始流動(dòng)性和減小流動(dòng)性損失的良好效果。

礦粉的流動(dòng)度比參數(shù)對(duì)聚羧酸的影響較大，與粉煤灰的需水量比類似。

 

3 使用注意事項(xiàng)

3.1 減水率

雖然高減水率對(duì)于單方外加劑成本的節(jié)約較為顯著，但高含固高減水率的聚羧酸，其對(duì)砂石含水率和含泥量及膠材適應(yīng)性等波動(dòng)尤其敏感，在給生產(chǎn)控制帶來極大挑戰(zhàn)的同時(shí)，其離析風(fēng)險(xiǎn)也變得難以控制。目前，擁有生產(chǎn)線實(shí)時(shí)檢測含水率及中央大屏幕視頻控制各澆筑地點(diǎn)混凝土狀況的企業(yè)畢竟不多，能夠做到在高含固高減水率狀態(tài)下良好控制混凝土生產(chǎn)的企業(yè)也不是很多，建議結(jié)合公司的實(shí)際情況選擇合適于本公司生產(chǎn)的減水率范圍。

 

3.2 飽和摻量

聚羧酸外加劑由于其高減水，在獲得良好的流動(dòng)性、粘聚性、和易性的狀態(tài)時(shí)，若再摻入外加劑即會(huì)產(chǎn)生泌水、泌漿、抓底、離析等現(xiàn)象，此時(shí)的外加劑摻量即為飽和摻量，在飽和狀態(tài)下，雖然能夠獲得優(yōu)良的工作性能，但是也會(huì)增大混凝土離析的風(fēng)險(xiǎn)。在沒有大幅度影響混凝土工作性的前提下，一般可人為扣除少許摻量以增加抵御混凝土離析的能力。

大量實(shí)驗(yàn)表明，聚羧酸系高性能減水劑的減水效果對(duì)其摻量的依賴性很大，且隨著膠凝材料用量的增加，這種依賴性更大。在膠凝材料用量相同的情況下，聚羧酸系高性能減水劑的減水效果與摻量的關(guān)系總體來說是隨著減水劑摻量的增加而增大，但膠凝材料用量低的情況下，到了一定的摻量后甚至出現(xiàn)隨摻量的增加，減水效果反而“降低”的現(xiàn)象。這并不是說摻量增加其減水作用下降了，而是因?yàn)榇藭r(shí)的混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重的離析、泌水現(xiàn)象，混凝土拌合物板結(jié)，流動(dòng)性難以用坍落度反映。

 

3.3 摻量寬幅性

由于采用聚羧酸系高性能減水劑后混凝土的用水量大幅度降低，單方混凝土的用水量大多在 140～175kg/m3，常用水膠比范圍在 0.26～0.45，甚至可以降到 0.2。在低用水量的情況下，少許用水量波動(dòng)可能導(dǎo)致坍落度變化很大，然而對(duì)強(qiáng)度的影響較小。正是因?yàn)橛盟繉?duì)坍落度作用敏感，在測試摻聚羧酸系高性能減水劑混凝土的坍落度損失時(shí)，由于鋼板、工具、蒸發(fā)等引起失水以及砂子含水率的波動(dòng)更容易造成誤差，尤其是在低坍落度或低水膠比的情況下更為明顯。在使用過程中為了克服聚羧酸減水劑對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)混凝土用水量過于敏感的缺點(diǎn)，可將聚羧酸減水劑的濃度降低到固含量 10% 左右。

 

由于聚羧酸外加劑敏感性較強(qiáng)，如何獲得良好的混凝土狀態(tài)，如加強(qiáng)聚羧酸外加劑對(duì)混凝土原材料敏感程度、降低生產(chǎn)控制難度、增加保水性和保塑性及保坍性就成為一道難題，所以增加聚羧酸外加劑摻量寬幅性和提高混凝土穩(wěn)健性的理念已經(jīng)被越來越多的人提上工作日程。只有在良好的管理及控制水平下，結(jié)合對(duì)原材料特性的深入了解，同時(shí)選用較為合適的聚羧酸母料及小料才能配出寬幅性較高的外加劑。

 

3.4 對(duì)生產(chǎn)控制要求

需要有良好的生產(chǎn)控制水平，包括操作員的盡職盡責(zé)，試驗(yàn)員與操作員的緊密配合，澆筑現(xiàn)場的實(shí)地跟蹤。開盤鑒定是必須的，因?yàn)樵牧系恼２▌?dòng)是隨時(shí)存在的，而以一個(gè)摻量在較長時(shí)間內(nèi)控制混凝土的狀態(tài)及生產(chǎn)，是難以滿足生產(chǎn)需求的。用開盤鑒定結(jié)合現(xiàn)場跟蹤措施能夠最大化的滿足生產(chǎn)需求，確?；炷恋膹?qiáng)度和工作性能，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)整的過程。聚羧酸對(duì)水較為敏感，其敏感程度要高于萘脂外加劑，這就需要鏟車上砂盡量上含水較為穩(wěn)定的砂子，同時(shí)駕駛員因衛(wèi)生考核要求，不宜沖洗罐車料斗或減少?zèng)_洗時(shí)間。計(jì)量系統(tǒng)必須準(zhǔn)確，建議加大對(duì)計(jì)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)頻率，以確保計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

 

3.5 儲(chǔ)存問題

聚羧酸系高性能減水劑生產(chǎn)儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)避免與鐵質(zhì)材料長期接觸。由于聚羧酸系高性能減水劑產(chǎn)品呈弱酸性，而且聚合過程中加入了引發(fā)劑，與鐵質(zhì)材料長期接觸會(huì)發(fā)生緩慢反應(yīng)，造成聚羧酸的分子量發(fā)生變化，因此聚羧酸系高性能減水劑在運(yùn)輸、儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)采用潔凈的塑料、玻璃或不銹鋼容器，而不宜采用鐵質(zhì)容器。高溫季節(jié)，聚羧酸系高性能減水劑應(yīng)置于陰涼處，防止暴曬；低溫季節(jié)，應(yīng)對(duì)聚羧酸系高性能減水劑采用防凍措施。

 

3.6 與其他外加劑相容性問題

目前部分商混公司采用脂肪族或萘脂系與聚羧酸交錯(cuò)使用的方式，這時(shí)需要密切注意在換用外加劑時(shí)，前一車混凝土中外加劑對(duì)后一車混凝土的影響，主要有對(duì)計(jì)量秤、生產(chǎn)主機(jī)和罐車中的殘余混凝土，泵車及澆筑接觸面混凝土的影響，包括凝結(jié)時(shí)間差帶來的裂縫問題，混凝土的坍落度及流動(dòng)性的損失，以及生產(chǎn)用水量異常增加等問題。

 

有研究表明，聚羧酸和脂肪族復(fù)配后，混凝土強(qiáng)度無明顯降低，同時(shí)可以改善脂肪族外加劑的抗裂性能[4]。另有研究表明，同水灰比條件下，摻入聚羧酸與脂肪族的復(fù)合減水劑比摻入聚羧酸與其他兩種高效減水劑的復(fù)合減水劑的混凝土拌合物的坍落度大并且經(jīng)時(shí)損失小，并且隨著聚羧酸摻量的增大，坍落度也大。聚羧酸和氨基復(fù)合，聚羧酸摻量越大，坍落度損失越小，而聚羧酸和萘系復(fù)合，聚羧酸摻量增大坍落度損失反而增大[5]。

 

孫振平的研究表明，從溶液的互溶性來看，實(shí)際工程中聚羧酸系減水劑與密胺系高效減水劑或氨基磺酸鹽系高效減水劑溶液不能復(fù)配在一起摻加，而在不考慮復(fù)合使用效果的情況下，聚羧酸系減水劑存在與木質(zhì)素磺酸鹽減水劑、萘系高效減水劑、氨基磺酸鹽系高效減水劑復(fù)配使用的可能；綜合凈漿和混凝土的試驗(yàn)結(jié)果，聚羧酸系減水劑與木質(zhì)素磺酸鹽減水劑或氨基磺酸鹽系高效減水劑復(fù)合摻加，在塑化和增強(qiáng)效果方面具有疊加效應(yīng)，且在 0.1% 聚羧酸系減水劑的基礎(chǔ)上復(fù)合摻加木質(zhì)素磺酸鹽減水劑、氨基磺酸鹽系高效減水劑，還有助于改善混凝土的坍落度保持性；聚羧酸系減水劑與萘系高效減水劑、密胺系高效減水劑、氨基磺酸鹽系高效減水劑復(fù)合摻加，都會(huì)削弱其塑化效果，且聚羧酸系減水劑與萘系高效減水劑復(fù)合摻加時(shí)對(duì)塑化效果和坍落度保持性的負(fù)面作用最大[6]。

 

3.7 混凝土異常狀況分析

使用聚羧酸的混凝土，要綜合分析混凝土發(fā)生異常狀態(tài)的原因，一般采用排除法，即生產(chǎn)線取出現(xiàn)用膠材，做凈漿流動(dòng)度比對(duì)分析試驗(yàn)，以排除不同批次膠材和不同批次外加劑的原因；然后做外加劑相容性試驗(yàn)，以排除砂的原因；再次，結(jié)合開盤狀態(tài)確定外加劑是否欠摻，是否有計(jì)量因素、溫度因素等，只有結(jié)合試驗(yàn)查找原因才能做出針對(duì)性的調(diào)整。對(duì)于預(yù)防類似現(xiàn)象的發(fā)生也起到?jīng)Q定性作用。

 

4 結(jié)語

以上為個(gè)人在應(yīng)用聚羧酸外加劑過程中的一些使用經(jīng)驗(yàn)，雖然較大篇幅闡述的是注意事項(xiàng)，并不代表聚羧酸的缺點(diǎn)大于優(yōu)點(diǎn)。聚羧酸系減水劑具有優(yōu)良的分散性和大流態(tài)等特點(diǎn)，同時(shí)具有低堿、低氯離子、低收縮、無污染、低環(huán)境負(fù)荷和明顯經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)良性能，并且越來越多的工程例如高鐵、地鐵、高架、機(jī)場、核電等工程在招標(biāo)文件中明確使用的外加劑必須為聚羧酸系外加劑，這些都必將促使聚羧酸成為混凝土高效減水劑未來發(fā)展的必然趨勢。如何針對(duì)原材料挑選匹配的并使用好聚羧酸外加劑就成為控制混凝土的質(zhì)量、性能、成本的重中之重。

參考文獻(xiàn)（略）來源：《商品混凝土》2016.12