聚羧酸系減水劑在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用

　　近年來，我國的建設(shè)規(guī)模越來越大，各種重點(diǎn)、重大基礎(chǔ)設(shè)施，超高層建筑，高速公路，地鐵車站，核電站等工程，對(duì)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(shí)，綠色環(huán)保是國際化的一個(gè)大趨勢(shì)，綠色混凝土作為新型的建筑材料，也受到越來越多的關(guān)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(duì)周邊環(huán)境無危害，其出色的施工和易性、良好的強(qiáng)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(dá)90%左右，在美國也達(dá)60%~70%。在預(yù)拌混凝土中，除了低標(biāo)號(hào)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(fù)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(yīng)用在如高鐵、橋梁等重點(diǎn)工程中。而在我國巨大的預(yù)拌混凝土市場(chǎng)中（2009年我國預(yù)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(yù)拌混凝土減水劑市場(chǎng)的絕大部分。因此，如何使聚羧酸減水劑廣泛應(yīng)用到預(yù)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(yīng)用概況

　　2000年，上海市建筑科學(xué)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(yàn)應(yīng)用。2002年~2005年，上海生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑開始應(yīng)用在如杭州灣大橋等國家重點(diǎn)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(yīng)用在如京滬高鐵、武廣客運(yùn)專線、合武高鐵、各個(gè)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(yù)拌混凝土中研究工作與應(yīng)用實(shí)踐，使聚羧酸系這一類型減水劑在預(yù)拌混凝土中應(yīng)用技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展。至今上海有些攪拌站已在混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于c35（含等級(jí)不低于c30的水下灌注樁）的預(yù)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(qiáng)度等級(jí)低于c35的預(yù)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(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

　　近幾年來，由上海市混凝土攪拌站供應(yīng)的預(yù)拌混凝土中，使用聚羧酸系減水劑的工程實(shí)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(chǔ)混凝土施工中，40小時(shí)一次性連續(xù)澆筑，由8個(gè)預(yù)拌混凝土站、19部混凝土泵、350輛攪拌車同時(shí)供應(yīng)；上海中心，擬采用聚羧酸高性能減水劑配制c100的混凝土。

　?。?）市政、港口等基礎(chǔ)設(shè)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(jī)場(chǎng)二期等。

　?。?）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(gòu)混凝土的配制要求和混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》中，規(guī)定了分布在上海各處的預(yù)拌混凝土公司為軌道交通工程一地下車站、盾構(gòu)管片、高架輕軌等工程提供的預(yù)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(huì)中國館，上海世紀(jì)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(píng)。

　　聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)難點(diǎn)與解決方法

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

　　1.材料多變的適應(yīng)性

　　由于我國預(yù)拌混凝土中使用的水泥品種比較復(fù)雜、多變，加上混凝土砂、石料、礦物摻合料等受市場(chǎng)資源影響具有很大波動(dòng)性，影響預(yù)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(fù)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(jìn)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(duì)各種水泥等材料適應(yīng)性的摸索過程。

　　解決預(yù)拌混凝土材料波動(dòng)大的適應(yīng)性這一難題的對(duì)策：

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

　　（2）不同聚羧酸母料混合?，F(xiàn)在市場(chǎng)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(shí)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(fù)合，使之優(yōu)缺點(diǎn)相互互補(bǔ)，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(fù)合后的性能對(duì)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(fù)合聚羧酸減水劑b后的ab產(chǎn)品，坍損可明顯減小。

　?。?）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(yīng)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(duì)有些水泥應(yīng)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(shí)坍損為130毫米，添加2%（以減水劑質(zhì)量計(jì)）保坍劑后，1小時(shí)坍損為32毫米，2小時(shí)坍損為128毫米；添加8%后，1小時(shí)坍損為15毫米，2小時(shí)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(qiáng)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(yīng)用在聚羧酸高性能減水劑中，除在有限的幾個(gè)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(yàn)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(yīng)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(shí)坍損為30毫米，完全可以滿足一般性施工需求。

　　2.在中、低標(biāo)號(hào)混凝土中的適用性

　　從近年來上海市混凝土標(biāo)號(hào)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(biāo)號(hào)混凝土，約占65%多。聚羧酸系減水劑在中、低標(biāo)號(hào)預(yù)拌混凝土中得以應(yīng)用，可分為以下2種情況：

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

　　在中、低標(biāo)號(hào)預(yù)拌混凝土中直接使用時(shí)，應(yīng)注意到聚羧酸系高性能減水劑高減水率的特點(diǎn)，應(yīng)用時(shí)需調(diào)節(jié)混凝土配合比。在應(yīng)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(guān)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(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)混凝土配合比，適當(dāng)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(dòng)性和強(qiáng)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(biāo)號(hào)混凝土中應(yīng)用聚羧酸系減水劑與萘系減水劑的對(duì)比情況。

　　從表4中的數(shù)據(jù)來看，在中、低標(biāo)號(hào)混凝土中應(yīng)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(shí)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(qiáng)度均比用萘系減水劑的高，混凝土綜合成本不會(huì)提高。

　　（2）合成或復(fù)配成中效減水劑

　　對(duì)于有些水泥，在中、低標(biāo)號(hào)混凝土中直接使用聚羧酸系減水劑時(shí)，如果把摻量調(diào)低來滿足低減水率的要求，會(huì)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(yīng)中、低標(biāo)號(hào)混凝土（滿足保坍性外，使用價(jià)格較低）的聚羧酸中效減水劑。同時(shí)也可將聚羧酸系減水劑復(fù)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(chǎng)需求，已成功開發(fā)了hl-ii（j）型聚羧酸系中效減水劑，在實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了初步的與常規(guī)萘系的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

　　從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)（表5）及攪拌站試驗(yàn)（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(qiáng)度方面，都有著較大的優(yōu)勢(shì)。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(yīng)用。

　　聚羧酸系減水劑的發(fā)展前景

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

　?。?）預(yù)拌混凝土具有材料波動(dòng)性大的特點(diǎn)，為了使預(yù)拌混凝土具有良好保坍性，尚需對(duì)現(xiàn)有的聚羧酸系減水劑從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合成工藝等方面進(jìn)行改進(jìn)，制備出對(duì)水泥等材料適應(yīng)性更廣的聚羧酸系減水劑。除此之外，可用不同母料復(fù)合、摻保坍劑、改良劑等幾個(gè)方法來解決保坍性問題。

　?。?）在中、低標(biāo)號(hào)預(yù)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(fù)配成中效型聚羧酸系外加劑，能與中、低標(biāo)號(hào)預(yù)拌混凝土的用水量相匹配。

　?。?）隨著聚羧酸系減水劑預(yù)拌混凝土中應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。一旦聚羧酸系減水劑優(yōu)良性能被設(shè)計(jì)、施工、管理部門的認(rèn)可，能在工程技術(shù)要求或行業(yè)規(guī)范中對(duì)減水劑品種進(jìn)行規(guī)定，這種綠色環(huán)保的外加劑將在我國預(yù)拌混凝土巨大市場(chǎng)中得到更加廣泛的應(yīng)用。