高性能混凝土中聚羧酸外加劑的適應性研究

摘要：聚羧酸外加劑減水率高、坍落度損失小、適量引氣、質量穩定，能提高混凝土耐久性和使用壽命，但由于聚羧酸外加劑敏感性強和適應性差，使其推廣應用受到極大的限制。本文結合哈大鐵路客運專線TJ-3標伊通河特大橋現場施工的工程實踐，從外加劑性能、水泥、摻合料、骨料、拌合工藝等方面分析適應性差的原因，提出了解決適應性問題的相關措施。

關鍵詞：高性能混凝土 聚羧酸外加劑 適應性

1 聚羧酸混凝土外加劑的適應性問題

所謂外加劑的適應性是指外加劑在相同的條件下，因水泥不同而造成使用效果有較大的差異、甚至是完全不同的程度。聚羧酸外加劑通過近兩年來在鐵路建設工程中的大量應用和在高速鐵路工程中的試驗，證明其適應性相對較差，其混凝土原材料組分、產地等因素的微小變化都會造成新拌混凝土性能出現變化，這一特點與萘系減水劑具有較強適應性和穩定性的特點截然不同。而解決這一問題不能局限在試驗各組分之間的搭配和頻率的更換材料方面，必須突破舊的思維方式，從發展的、整體的、宏觀的角度做深入的探索和研究，才能促進聚羧酸混凝土技術協調發展。

2 影響適應性的主要因素及改進措施

2.1外加劑自身因素

2.1.1質量有待提高 從聚羧酸外加劑在我國的發展現狀看，生產聚羧酸所用的聚乙二醇(統一簡稱為聚醚)等主要從德國、日本、韓國等國進口；另一主要原材料甲基丙烯酸正處在引進和消化、擴大規模的過程中；其他單體與輔助原材料如進口則材料成本高，而國內生產則產品質量得不到保證；原材料的不確定性使聚羧酸外加劑的質量良莠不齊。再者從生產過程一直是控制聚羧酸生產的難點與重點，酯化產物的質量及其穩定性對于最終減水劑產品的質量及其穩定性的影響很大。“大單體酯化＋混合單體聚合”的方法是目前較多的外加劑廠商采用的主要合成方式。許多廠商忽視產品科學合理的“分子結構設計”及外加劑與混凝土的適應性研究。

2.1.2改進的措施①選擇先進設備特別是要采用完好無損、質量過關的搪瓷反應釜。②選擇質量穩定合格的單體進行合成。③加強合成技術與工藝的研究，設計科學合理的“分子結構”和簡便實用的合成技術工藝。④加強反應過程溫度等條件的控制，嚴格控制用水質量。⑤加強生產過程質量控制和出廠質量檢驗。⑥提高供應商的現場技術服務質量，加強適應性的研究和改進。

2.2水泥與聚羧酸外加劑的適應性

2.2.1造成適應性差的原因①社會原因。目前對外加劑與水泥之間的適應性問題缺乏系統的研究，本來應進行水泥一外加劑一混凝土一高耐久性工程結構的整體性研究，但由于分屬不同領域，造成工程技術人員“隔行”。例如，隨著高速鐵路建設的發展，工程結構設計人員要求設計使用100年以上的混凝土工程結構，提高混凝土的耐久性必須從原材料的質量、混凝土致密性、嚴格的生產的工藝等方面下工夫，而絕大多數的結構設計人員并不太了解目前聚羧酸外加劑在我國的發展狀況和適應性、敏感性問題對混凝土結構造成的危害程度：施工一線的試驗檢測人員不了解水泥的生產過程和化學組分對外加劑的適應性有哪些方面的影響，無法要求水泥的生產者采取措施生產高性能混凝土技術要求的低堿、低熱水泥：水泥的生產者不了解混凝土技術的進展情況，更不了解迅速發展的聚羧酸外加劑技術和高性能混凝土，只是在利益的驅動下片面追求水泥的早強、超細化。再加之應用我國試驗檢測外加劑是否合格時，采用基準水泥和工程水泥可能得到不同的結果，因工程水泥與基準水泥在化學成分、摻合料、生產工藝方面都存在較大的差異，即出廠前用基準水泥檢測合格的外加劑在現場有可能不滿足現場水泥配制的混凝土的技術要求；用基準水泥檢測不合格的產品而現場使用時卻又可能合格。結果就發生本來具有杰出減水性能的聚羧酸外加劑適應性差、敏感性強、漿體性能損失快等許多難以控制的問題。②技術原因：水泥影響聚羧酸外加劑適應性的因素主要有：a水泥的化學組分；b調凝劑的類型及分子結構形式；c助磨劑、活性混合材料、非活性混合材料和熟料的摻量及類型；d水泥的堿含量；e細度；f使用時的溫度等。水泥是一個地域性很強的產品，由于不同地域生產水泥熟料的原材料礦物質組分存在不同程度的差異，而這些礦物質組分中某些組分(c3A、C4F、C3S、C2S等)微小的變化都可能引起混凝土性能的巨大變化，同時調凝劑石膏結晶形態的不同(吸附能力CaS04)CaS04·1，2H20)caS04·2H20)、水泥中堿含量(Na20+0.658K20)的超標、助磨劑的摻入、細度不斷升級、使用前水泥余熱較高等都可能影響到外加劑的適應性，都可能引起混凝土坍落度的保留值、流動度、擴散度和粘聚性等發生巨大變化，顯然要求聚羧酸外加劑需克服不僅由水泥所造成的如此多的不利因素是不現實的，要確立“外加劑的適應性是一個相互適應過程”的觀念，大力開展水泥與聚羧酸外加劑的適應性研究。

2.2.2措施：①改進水泥生產技術，生產低熱水泥、低堿水泥、細度級配化水泥、與聚羧酸相適應的高耐久性混凝土水泥。②在實踐中加強水泥研究人員化驗人員、外加劑供應商技術服務人員和現場試驗人員之間的合作與交流，逐步探索聚羧酸與水泥相互適應性的內在因素，不斷發展水泥生產技術和改進外加劑合成技術。盡量避免由于水泥組分的不斷調整引起外加劑的極不適應，在08年初施工中，前期水泥的早期強度高后期強度富余量小，為改變這種現狀，水泥廠用兩個月的時間逐步調整水泥組分比例，嚴重影響了混凝土拌合物性能，保坍性差，后來在水泥出廠合格證上發現了水泥組分的持續調整，現場試驗人員、外加劑供應商技術服務人員和水泥廠的研究人員及時進行了溝通，固定了水泥組分比例和生產水泥用的各種原材料產地，迅速改善了混凝土的拌合物性能。

2.3其它材料組分對外加劑適應性的影響

2.3.1原因分析：①經現場試驗，骨料中影響聚羧酸外加劑混凝土性能的主要因素為骨料的含泥量，隨著含泥量的增加，混凝土的流變性能會成倍的降低，同時骨料中的泥質種類、粉砂粒、石粉對聚羧酸外加劑適應性的影響也很大。②外摻料中影響適應性的主要是外摻料的燒失量和細度，燒失量越大，混凝土的流變性損失越快。⑨粉煤灰是電廠的副產品，不同的煤質對混凝土的拌合物性能影響也很大。

2.3.2措施：①選用合格的骨料或對骨料進行清洗。②在一定范圍內可通過降低砂率的辦法盡量減小含混量的影響。⑨在滿足技術規范的同時盡可能的選擇燒失量小的摻合料。④在選用兩種以上的摻合料時，盡量減少造成外加劑適應性差的外摻料地摻量。⑤保持煤源產地的相對穩定也是提高其適應性的一項重要措施。

2.4工藝性因素對適應性的影響高性能混凝土初期性能直接影響到硬化后的混凝土的性能及耐久性，特別是含氣量；當混凝土經過一段距離的運輸和高溫環境時，其初期和易性和流變特性發生很大變化，含氣量的大量損失，造成混凝土流動性、可泵性的降低和耐久性的急劇下降。合理的投料順序和適宜的拌合時間也是影響混凝土拌合物性能的重要因素，尤其是冬施期間，應根據相關規定及時調整投料順序增加拌合時間也是非常必要的。在采用混凝土罐車運輸時可在混凝土澆注前10分鐘使用二次摻入法，這樣不降低混凝土耐久性能并改善流變特性，經濟性也是很可取的。

3 結束語

總之，聚羧酸外加劑的適應問題遠比萘系減水劑復雜，要解決其適應問題必須在深入研究的同時，運用系統的、發展的眼光看待它的適應性問題，確立外加劑與混凝土各組分之間相互適應的觀點和理念，強調水泥技術、外加劑技術與混凝土技術的協調發展，這樣才能真正促進高性能混凝土耐久性的提高。

參考文獻：

[1]吳仲偉.廉慧珍高性能混凝土[M].北京.中國鐵道出版社.1999