聚羧酸系減水劑在預拌混凝土中的應用

　　近年來，我國的建設規(guī)模越來越大，各種重點、重大基礎設施，超高層建筑，高速公路，地鐵車站，核電站等工程，對混凝土的施工性能和綜合性能的要求越來越高，傳統(tǒng)的木質(zhì)素磺酸鹽、萘系、蒽系等減水劑由于本身性能的局限性已不能滿足現(xiàn)代工程的需要。同時，綠色環(huán)保是國際化的一個大趨勢，綠色混凝土作為新型的建筑材料，也受到越來越多的關注，聚羧酸系減水劑是一種環(huán)保、節(jié)能、降耗的新理念高性能減水劑，其生產(chǎn)過程無廢棄物，對周邊環(huán)境無危害，其出色的施工和易性、良好的強度發(fā)展和優(yōu)異的耐久性等性能是配制綠色環(huán)保混凝土的首選外加劑。

　　從國外聚羧酸系減水劑的發(fā)展來看，聚羧酸高性能減水劑已經(jīng)是國外高效減水劑的主要品種。在日本和韓國，聚羧酸系減水劑的使用率高達90%左右，在美國也達60%~70%。在預拌混凝土中，除了低標號采用木質(zhì)素磺酸鹽減水劑外，其余極大部分采用聚羧酸高性能減水劑與木質(zhì)素磺酸鹽的復合產(chǎn)品，既環(huán)保又節(jié)能。在國內(nèi)，聚羧酸高性能減水劑主要應用在如高鐵、橋梁等重點工程中。而在我國巨大的預拌混凝土市場中（2009年我國預拌混凝土產(chǎn)量約70000萬立方米，上海市產(chǎn)量6000萬立方米）聚羧酸系減水劑的使用率很低，萘系減水劑占據(jù)預拌混凝土減水劑市場的絕大部分。因此，如何使聚羧酸減水劑廣泛應用到預拌混凝土中，是我國混凝土外加劑行業(yè)迫切研究的課題。

　　聚羧酸系減水劑在上海地區(qū)應用概況

　　2000年，上海市建筑科學研究院在國內(nèi)率先研制成功聚羧酸系高性能減水劑，投入工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品在上海磁懸浮軌道、東海大橋等工程中試驗應用。2002年~2005年，上海生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑開始應用在如杭州灣大橋等國家重點工程中。其后，隨著國家高速鐵路網(wǎng)的興建，上海產(chǎn)品廣泛應用在如京滬高鐵、武廣客運專線、合武高鐵、各個省際高鐵等工程中；2006年以來，隨著聚羧酸系高性能減水劑在上海預拌混凝土中研究工作與應用實踐，使聚羧酸系這一類型減水劑在預拌混凝土中應用技術有了進一步的發(fā)展。至今上海有些攪拌站已在混凝土強度等級高于c35（含等級不低于c30的水下灌注樁）的預拌混凝土工程中，全部采用聚羧酸系高性能減水劑，取代萘系等減水劑，其效果不但能提高混凝土性能，還可降低混凝土的綜合成本。在強度等級低于c35的預拌混凝土，采用改性的聚羧酸系減水劑取代傳統(tǒng)減水劑，同樣取得良好的技術經(jīng)濟效果。

　　近幾年來，由上海市混凝土攪拌站供應的預拌混凝土中，使用聚羧酸系減水劑的工程實例主要有：

　?。?）上海環(huán)球金融中心全部采用聚羧酸高性能減水劑，在第三層28000立方米基礎混凝土施工中，40小時一次性連續(xù)澆筑，由8個預拌混凝土站、19部混凝土泵、350輛攪拌車同時供應；上海中心，擬采用聚羧酸高性能減水劑配制c100的混凝土。

　　（2）市政、港口等基礎設施，如滬崇蘇越江通道（總長25.497公里）、洋山國際深水港、上海浦東機場二期等。

　　（3）上海軌道交通工程，上海將新建10條城市快速軌道交通線路（總長389公里），在《上海地鐵車站結(jié)構混凝土的配制要求和混凝土結(jié)構耐久性設計與施工指南》中，規(guī)定了分布在上海各處的預拌混凝土公司為軌道交通工程一地下車站、盾構管片、高架輕軌等工程提供的預拌混凝土均須采用聚羧酸系減水劑。

　?。?）工業(yè)、民用與公共建筑，如上海世博會中國館，上海世紀花園秋菊坊，鴻益千秋三期等工程，這些工程的混凝土施工質(zhì)量良好，深得客戶的好評。

　　聚羧酸系減水劑應用技術難點與解決方法

　　聚羧酸系減水劑理論上可以廣泛應用在各種強度要求的預拌混凝土中，但要更普遍在預拌混凝土中應用聚羧酸系減水劑，還存在一些有待解決的技術難點。

　　1.材料多變的適應性

　　由于我國預拌混凝土中使用的水泥品種比較復雜、多變，加上混凝土砂、石料、礦物摻合料等受市場資源影響具有很大波動性，影響預拌混凝土性能，保坍性這一性能尤其明顯，在這一方面，萘系等傳統(tǒng)減水劑通過復合、改性途徑，我們已摸索出一些影響混凝土坍落度保留值的改進措施。而聚羧酸系減水劑是新型的外加劑，盡管保坍性優(yōu)于傳統(tǒng)減水劑，還存在對各種水泥等材料適應性的摸索過程。

　　解決預拌混凝土材料波動大的適應性這一難題的對策：

　?。?）可通過對聚羧酸系減水劑生產(chǎn)工藝方面的改進，如采用優(yōu)質(zhì)的原料，更合理的分子結(jié)構設計、嫁接合成等工藝來制備出滿足要求的水泥等材料適應性廣、摻量低而坍損小的的聚羧酸系減水劑品種。

　?。?）不同聚羧酸母料混合。現(xiàn)在市場上的聚羧酸系高性能減水劑種類繁多，每一類母料的具體性能不同，有的體現(xiàn)在減水率方面，有的在凝結(jié)時間方面，有的在保坍性能方面，有選擇的將兩種或兩種以上的聚羧酸減水劑復合，使之優(yōu)缺點相互互補，可得到性能較全面的聚羧酸高性能減水劑。在保坍性能方面也這樣，表1為兩種聚羧酸高性能減水劑復合后的性能對比。

　　從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著水泥比表面積的增大，單一聚羧酸減水劑a的坍損逐漸增大，復合聚羧酸減水劑b后的ab產(chǎn)品，坍損可明顯減小。

　　（3）添加聚羧酸型保坍劑。隨著聚羧酸系高性能減水劑的大量應用，專門用于聚羧酸系減水劑的聚羧酸型保坍劑也開發(fā)出來，此類保坍劑對有些水泥應用效果尚可，見表2。

　　從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，不添加保坍劑，1小時坍損為130毫米，添加2%（以減水劑質(zhì)量計）保坍劑后，1小時坍損為32毫米，2小時坍損為128毫米；添加8%后，1小時坍損為15毫米，2小時坍損為25毫米，保坍性能得到大大提高，并且添加保坍劑第2、3組的抗壓強度均得到了提高。

　?。?）添加非聚羧酸型保坍劑（改良劑）。萘系減水劑外加劑廠常用的保坍劑為葡萄糖酸鈉，應用在聚羧酸高性能減水劑中，除在有限的幾個水泥品種中有些效果外，在許多水泥中其保坍性能并沒有很大的提高，因此必須添加特種的非聚羧酸型改良劑，如上海華聯(lián)建筑外加劑廠有限公司研發(fā)的tk-502改良劑等，經(jīng)大量試驗研究得出：此類改良劑效果已能夠滿足一般工程中的需要，如表3所示。

　　從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，不同的水泥，聚羧酸減水劑的適應性不同，在聯(lián)合po42.5水泥中，不添加任何保坍劑，混凝土的保坍性能非常好，在海門海螺水泥中，添加常規(guī)的改良劑葡萄糖酸鈉，效果不明顯，添加特種的非聚羧酸型改良劑后，初始坍落度變大，且1小時坍損為30毫米，完全可以滿足一般性施工需求。

　　2.在中、低標號混凝土中的適用性

　　從近年來上海市混凝土標號的分布情況來看，c35以上的混凝土只占30%多，c30及c30以下的中、低標號混凝土，約占65%多。聚羧酸系減水劑在中、低標號預拌混凝土中得以應用，可分為以下2種情況：

　?。?）調(diào)節(jié)混凝土級配，直接使用聚羧酸高性能減水劑。

　　在中、低標號預拌混凝土中直接使用時，應注意到聚羧酸系高性能減水劑高減水率的特點，應用時需調(diào)節(jié)混凝土配合比。在應用中即使降低聚羧酸系減水劑摻量，也可得到比萘系更高的減水率。減水率的增大，混凝土用水量可減少，根據(jù)水膠比的關系，配合比中的水泥用量理論上可大大減少。但混凝土總漿量太少，影響混凝土的工作性。因此直接使用聚羧酸減水劑時，應調(diào)節(jié)混凝土配合比，適當調(diào)整粉煤灰等礦物摻合料和砂率大小，控制漿體總量，可得到流動性和強度較好的混凝土。表4為江都市錢江混凝土制品有限公司在中、低標號混凝土中應用聚羧酸系減水劑與萘系減水劑的對比情況。

　　從表4中的數(shù)據(jù)來看，在中、低標號混凝土中應用聚羧酸系減水劑，與萘系減水劑相比，其原來配合比中的水泥用量可大大減少，同時增加粉煤灰的用量，使混凝土中漿體總量基本不變，混凝土的工作性能可大大提高，并且其后期抗壓強度均比用萘系減水劑的高，混凝土綜合成本不會提高。

　　（2）合成或復配成中效減水劑

　　對于有些水泥，在中、低標號混凝土中直接使用聚羧酸系減水劑時，如果把摻量調(diào)低來滿足低減水率的要求，會出現(xiàn)混凝土保坍性不能滿足要求。因此，必須另行合成適應中、低標號混凝土（滿足保坍性外，使用價格較低）的聚羧酸中效減水劑。同時也可將聚羧酸系減水劑復配成中效型外加劑。上海華聯(lián)建筑外加劑廠有限公司根據(jù)現(xiàn)在的市場需求，已成功開發(fā)了hl-ii（j）型聚羧酸系中效減水劑，在實驗室中與萘系中效hl-ii相比數(shù)據(jù)如表5所示。

　　在上海市幾家攪拌站也進行了初步的與常規(guī)萘系的對比試驗，試驗結(jié)果如表6所示。

　　從實驗室試驗（表5）及攪拌站試驗（表6）的數(shù)據(jù)可以看出：聚羧酸系中效減水劑hl-ii（j）比萘系中效減水劑，無論在工作性能、坍落度保持還是后期抗壓強度方面，都有著較大的優(yōu)勢。在聚羧酸系中效外加劑開發(fā)方面，上海某外資企業(yè)也有相同的產(chǎn)品，并已在工程中應用。

　　聚羧酸系減水劑的發(fā)展前景

　　（1）聚羧酸系減水劑具有環(huán)保、節(jié)能、降耗的優(yōu)勢，是綠色混凝土的首選外加劑，但在我國巨大的預拌混凝土市場中使用率很低，萘系減水劑仍占據(jù)預拌混凝土減水劑市場的絕大部分。如何使聚羧酸減水劑更廣泛應用在各種標號的預拌混凝土中，是混凝土外加劑行業(yè)值得研究的課題。

　?。?）預拌混凝土具有材料波動性大的特點，為了使預拌混凝土具有良好保坍性，尚需對現(xiàn)有的聚羧酸系減水劑從分子結(jié)構設計、合成工藝等方面進行改進，制備出對水泥等材料適應性更廣的聚羧酸系減水劑。除此之外，可用不同母料復合、摻保坍劑、改良劑等幾個方法來解決保坍性問題。

　?。?）在中、低標號預拌混凝土中，可直接使用聚羧酸系高性能減水劑，但更合適的是采用合成或復配成中效型聚羧酸系外加劑，能與中、低標號預拌混凝土的用水量相匹配。

　　（4）隨著聚羧酸系減水劑預拌混凝土中應用技術的進一步發(fā)展和完善。一旦聚羧酸系減水劑優(yōu)良性能被設計、施工、管理部門的認可，能在工程技術要求或行業(yè)規(guī)范中對減水劑品種進行規(guī)定，這種綠色環(huán)保的外加劑將在我國預拌混凝土巨大市場中得到更加廣泛的應用。