聚羧酸高性能減水劑的性能及工程應用

王 斌 ， 黎思幸

（1.新疆銀通建設工程監理有限公司，新疆 奎屯833200；2.北京東方新綠科技發展有限公司，北京102209 ）

聚羧酸高性能減水劑的性能及工程應用

王 斌1， 黎思幸2

（1.新疆銀通建設工程監理有限公司，新疆 奎屯833200；2.北京東方新綠科技發展有限公司，北京102209 ）

聚羧酸高性能減水劑是由聚乙二醇長鏈接枝及共聚而成，具有摻量小、高效分散減水、低堿等特點，能夠顯著改善混凝土的和易性能、混凝土流動性及混凝土的強度等。經過與傳統的萘系減水劑的對比，使用國產的PC-100聚羧酸減水劑不僅體現了明顯的技術優勢，混凝土施工性能優良，且成本也低于萘系減水劑，值得推廣應用，但需要注意外加劑的高引氣性以及骨料的含泥量等適應性問題。

聚羧酸減水劑；混凝土性能；工程應用；成本

0 前言

混凝土減水劑的發展已經歷了漫長的過程，20世紀大量使用的有木質素磺酸鹽類、萘磺酸鹽系高效減水劑及磺化三聚氰胺系高效減水劑。隨著21世紀的到來，一種新型的羧酸類減水劑以其優越的性能和無污染的生產得到很快發展，成為當之無愧的第三代減水劑產品。近年來，為滿足高性能混凝土及混凝土施工技術的發展要求，需要具有減水率大、保塑功能強、膠凝材料適應性好的高性能減水劑，而聚羧酸正好迎合了這一需求，因此得到了迅速的推廣應用。作者針對聚羧酸減水劑的性質及混凝土性能開展了混凝土配合比試驗，并通過施工實踐積累了一些應用技術方面的經驗。

1 聚羧酸高性能減水劑的主要性質

聚羧酸高性能減水劑是以多種高分子化合物為主要原料，通過接枝聚合反應和共聚反應在分子主鏈或側鏈上引入羧基、聚氧乙烯基等，它屬于一類梳形共聚物，主鏈上具有羧酸基陰離子基團，側鏈具有非離子型聚醚 （酯）組成，由于主側鏈中長度、陰離子基團的數量、密度的不同，所產生的靜電斥力和空間位阻效應也發生變化，可以通過對分子結構和分子量的控制賦予減水劑優異的性能。聚羧酸減水劑因工藝各異和選擇的不同，原材料種類很多。根據報道，該類減水劑在0.15%～0.3%（固形物占膠凝材料比例）的摻量條件下，可獲得20%～40%的減水率，混凝土的坍落度在60～120min時間內基本不損失，混凝土無泌水離析現象，產品堿含量極低，并顯著低于常用的萘系減水劑，有利于抑制水泥混凝土有害的堿骨料反應。

2 混凝土性能試驗

為了比較產品的性能，將聚羧酸高性能減水劑（國產）與萘系減水劑進行了混凝土性能試驗。

2.1 試驗原材料

水泥：屯河P ·O42.5水泥，各項指標符合國家標準要求。

粉煤灰：獨山子熱電廠生產的Ⅰ級粉煤灰，各項指標符合規范要求。

骨料：河砂，細度模數3.0（含泥量2%），石子為最大粒徑為20mm連續級配小石。

外加劑：選用國內北京東方新綠科技發展有限公司生產的PC100聚羧酸系減水劑（含固量 30%）以及粉狀萘系減水劑。外加劑產品均有國內省級權威部門的檢測報告，性能滿足相關規范要求。外加劑的物理性質見表1。

表1 外加劑的物理性質

水：自來水。

2.2 混凝土性能試驗結果

摻用聚羧酸及萘系減水劑的混凝土配合比見表2。

（1）混凝土拌和機口和易性能

摻用聚羧酸和萘系兩類減水劑的混凝土拌和機口和易性能有明顯的區別。通過對和易性及外觀的觀察，摻有聚羧酸類外加劑的混凝土無泌水現象，混凝土測試含氣量4.0%，表觀有微小氣泡，混凝土具有良好的粘聚性，澆筑性好；而摻萘系減水劑的混凝土在稍停鏟動后有泌水現象，測試含氣量為2.9%，有較多大氣泡。從混凝土外觀質量看聚羧酸類外加劑優于萘系減水劑。

表2 對比試驗混凝土配合比參數

（2）外加劑的摻量及減水率

聚羧酸系高效減水劑摻量占膠凝材料的0.15%～0.3%（含固量），在達到0.25%時已經表現出很好的減水效果，對水泥及摻合料細微粒子具有超分散性能，減水率明顯超過萘系減水劑，經摻量檢測，減水率可達20%～35%，適應配制中、高強度的高性能混凝土。

（3）混凝土流動性及坍落度損失

聚羧酸系高效減水劑配制的混凝土流動性比萘系混凝土好，減水劑的小摻量即可獲得優異的流動性，特別是混凝土經時損失方面，聚羧酸減水劑混凝土的1h坍落度損失小于10%，而萘系高效減水劑配制的混凝土坍落度損失大、易泌水。因此聚羧酸減水劑更能適應長距離運輸的泵送混凝土。在施工方面，聚羧酸減水劑的流動性好，容易振搗密實，萘系高效減水劑混凝土流動性較差，坍落度損失較快，振動時氣泡也不易溢出，強振時大氣泡多，混凝土有抓底現象。

（4）混凝土試件及強度

在給定的混凝土原材料條件下，PC100聚羧酸減水劑在低摻量的情況下就能實現高減水及很好的流動保持能力，混凝土硬化后試件外觀非常密實光滑，大氣孔較少，小氣泡分布均勻，有利于混凝土的抗凍融和抗滲耐久性，混凝土性能檢驗表明，摻聚羧酸外加劑的混凝土具有相當高的早期強度，且后期強度比萘系減水劑強度發展好，具有早強和高強特征。與粉煤灰和礦物粉體配合使用，聚羧酸減水劑更有利于降低水泥用量以及提高摻合料的用量，可用于高強高性能混凝土的配置。表3是混凝土抗壓強度試驗成果。

表3 混凝土抗壓強度試驗結果 MPa

3 工程應用情況

通過混凝土拌合物性能檢驗和混凝土施工性能判斷，PC100聚羧酸減水劑比萘系減水劑具有更好的分散性、施工易振搗性及保塑性，從技術上解決了傳統萘系等外加劑難以解決的混凝土流動性差及保坍性差的老大難問題。施工現場對混凝土進行取樣性能試驗論證與室內試驗基本一致，滿足工程的施工及設計要求，實現了采用聚羧酸減水劑的良好預期效果。

4 經濟性分析

經過對PC100聚羧酸減水劑與傳統的萘系減水劑進行系列強度等級混凝土的配合比對比試驗復核，PC100的應用成本總體上已優于萘系減水劑，特別是對于高強度等級混凝土，聚羧酸的用量少，在體現高性能的條件下其成本卻大大低于萘系減水劑。如果全面使用聚羧酸減水劑可以在保證混凝土良好性能的前提下使總成本有所降低。表4是不同強度等級混凝土使用外加劑帶來的混凝土成本變化情況。

5 聚羧酸減水劑的適應性問題

外加劑在混凝土中的作用非常重要，但有時也具有適應性問題，在應用中需要加強適應性試驗，防止因坍落度異常以及泌水、離析、抓底、粘稠等影響工程質量。需要注意的是聚羧酸減水劑受砂含泥量影響非常敏感，并存在含氣量較大的問題，應根據混凝土情況給以重視。

5.1 砂子的含泥量問題

當砂子的含泥量較高時，聚羧酸系減水劑的減水率會明顯降低。使用萘系減水劑往往用增加一些摻量來解決。聚羧酸系減水劑在增加摻量時效果不好，特別是含泥量大于5%時，混凝土質量變劣明顯，混凝土成本明顯增加，對此尚沒有較好的解決辦法，需采取措施降低含泥量。建議選擇含泥量低于4%的砂（最好低于砂石規范規定的3%）。

5.2 引氣性問題

聚羧酸系減水劑因原料及生產工藝而普遍存在含氣量較大的問題。據報道，聚羧酸系減水劑在生產過程中，含氣量一般在3%以上，有時可高達8%，應通過消泡劑和引氣劑進行重新調整，即是行內經常所說的“先引后消”，通過必要的措施把含氣量控制在合適范圍，以消除混凝土結構表面氣泡過多的問題。施工中在含氣量測試條件不具備時，也可根據經驗直觀的判斷混凝土的氣泡程度通知相關人員進行調節。

表4 不同強度等級混凝土使用外加劑帶來的混凝土成本變化

6 結語

聚羧酸減水劑在低摻量的情況下可實現高減水及很好的流動保持能力，并具有早強和高強特征，滿足水泥混凝土各季節條件的施工，產品堿含量低，有利于抑制水泥混凝土有害的堿骨料反應，通過混凝土實驗和工程應用證明國產PC100聚羧酸高效減水劑性能綜合優異，產品具有的優勢是傳統萘系減水劑不能達到的。聚羧酸系高效減水劑不僅性能優良，并且與膠凝材料相容性好，生產無毒、無污染。通過實驗和計算，在合理的價格條件下，使用聚羧酸減水劑的混凝土成本也低于萘系品種。因此聚羧酸減水劑從技術和經濟兩方面分析均優于萘系產品，應用在現代混凝土中的應用前景看好。

[1]游長江，丁超，胡國棟等.聚羧酸類高效減水劑的研究進展[J].高分子材料科學與工程2003（3）:34-38

[2]S.Chandra,J.Bjornstrom.Influnence of cement and superplasticzers tape and dosage on the fluidity of cement mortars-Part I,Cement and Concrete Resesrch 32(2002):1605-1611

[單位地址]新疆奎屯市銀通建設監理有限公司民建分公司（833200）

王斌，新疆銀通建設工程監理有限公司。