聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)探討

王洪剛，劉國(guó)平，王建國(guó)

（1.勝利油田營(yíng)海實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng) 257087；2.大連西卡建筑材料有限公司，遼寧 大連 116022）

聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)探討

王洪剛1，劉國(guó)平2，王建國(guó)2

（1.勝利油田營(yíng)海實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng) 257087；2.大連西卡建筑材料有限公司，遼寧 大連 116022）

本文首先闡述了目前我國(guó)商品混凝土行業(yè)發(fā)展的幾個(gè)趨勢(shì)，然后分別介紹聚羧酸減水劑的特性和 “機(jī)制砂和聚羧酸系減水劑配合使用”的模式。然后結(jié)合山東東營(yíng)營(yíng)海集團(tuán)的工程實(shí)例，介紹了聚羧酸減水劑在配制高強(qiáng)混凝土和自密實(shí)混凝土方面的應(yīng)用。最后結(jié)合營(yíng)海集團(tuán)在使用西卡聚羧酸產(chǎn)品過(guò)程中遇到的問(wèn)題，重點(diǎn)闡述了幾個(gè)常見問(wèn)題并給出了合理的解釋和解決思路。

商品混凝土；發(fā)展趨勢(shì)；聚羧酸；機(jī)制砂

1 商品混凝土行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)商品混凝土行業(yè)呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢(shì)。

（1）大集團(tuán)化趨勢(shì)發(fā)展。隨著一些大型集團(tuán)的快速發(fā)展，它們?cè)谏唐坊炷列袠I(yè)里面占的市場(chǎng)份額越來(lái)越大，例如中聯(lián)、金隅、山水、冀東以及中建等幾大集團(tuán)公司。

（2）隨著河砂資源的限制開采和日趨緊缺，機(jī)制砂混凝土技術(shù)的推廣和應(yīng)用成為必然趨勢(shì)。

（3）隨著市場(chǎng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈和混凝土外加劑復(fù)配技術(shù)的推廣，商品混凝土公司自己復(fù)配外加劑使用成為趨勢(shì)。而聚羧酸減水劑以其簡(jiǎn)單的復(fù)配工藝得到商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)的青睞。

2 聚羧酸系減水劑特性

聚羧酸減水劑以其優(yōu)異性能得到混凝土工作者的青睞，近幾年在中國(guó)市場(chǎng)得到很好的推廣應(yīng)用，尤其是在鐵路、高速路、橋梁以及一些形象工程中。聚羧酸系高性能減水劑通過(guò)表面的吸附，具有對(duì)水泥顆粒電荷排斥和空間阻隔效應(yīng)，使得其具有以下幾方面的特點(diǎn)：

（1）高減水率。減水率可以高達(dá) 40% 以上，例如西卡ViscoCrete 3000 系列。

（2）顯著降低混凝土收縮，大幅減少開裂，提高混凝土的抗?jié)B性。有試驗(yàn)表明使用西卡聚羧酸鹽外加劑生產(chǎn)的 C60混凝土 28d 的收縮比使用普通萘系外加劑生產(chǎn)的混凝土收縮小 20% 左右。

（3）優(yōu)良保坍，混凝土拌合物坍落度保持時(shí)間長(zhǎng)，普通混凝土可以做到 2h 混凝土坍落度和流動(dòng)性完全沒(méi)有損失。

（4）混凝土粘聚性、勻質(zhì)性、泵送性好，易于施工。

（5）凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度發(fā)展易于控制。

（6）有害離子含量低，能提高混凝土耐久性。

（7）與膠凝材料兼容性好，有利于聚羧酸減水劑大面積推廣應(yīng)用。

（8）分子可調(diào)，通過(guò)調(diào)整聚羧酸分子結(jié)構(gòu)使羧酸系減水劑具有不同的性能，可滿足不同的客戶需求。

（9）與其他外加劑的不相容性。幾乎大多數(shù)的聚羧酸鹽減水劑由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，都難與其他減水劑相容，尤其是與萘系減水劑。應(yīng)用聚羧酸鹽減水劑配制混凝土?xí)r，混入萘系將降低混凝土初始坍落度或者迅速降低混凝土坍落度，因此在使用時(shí)嚴(yán)禁混入萘系減水劑。這也是聚羧酸鹽減水劑沒(méi)有普及之前限制推廣的一個(gè)重要因素。

（10）易于儲(chǔ)存。長(zhǎng)期儲(chǔ)存聚羧酸鹽外加劑，建議采用玻璃鋼、PE 或者不銹鋼罐，不宜采用鐵罐。

3 “機(jī)制砂—聚羧酸系減水劑”搭配使用優(yōu)勢(shì)明顯

如前所述，目前我國(guó)河砂資源越來(lái)越緊缺，機(jī)制砂應(yīng)用技術(shù)被逐漸推廣。隨著機(jī)制砂的大面積應(yīng)用，聚羧酸系減水劑的優(yōu)勢(shì)陸續(xù)體現(xiàn)出來(lái)。這種“機(jī)制砂—聚羧酸系減水劑”搭配使用的模式優(yōu)勢(shì)明顯，在山東東營(yíng)的勝利油田營(yíng)海實(shí)業(yè)集團(tuán)得到了很好的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)分析山東市場(chǎng)我們可以發(fā)現(xiàn)，在機(jī)制砂使用較多的城市，往往就是聚羧酸系減水劑應(yīng)用較多的地方，例如東營(yíng)、淄博和濱州等。這直接說(shuō)明了這種“機(jī)制砂—聚羧酸系減水劑”搭配使用具有明顯優(yōu)勢(shì)。

4 聚羧酸系減水劑在特殊混凝土中的應(yīng)用

4.1 高強(qiáng)混凝土

聚羧酸系減水劑高減水和良好的混凝土坍落度保持，使其成為配制高強(qiáng)（≥C60）混凝土不可或缺的優(yōu)質(zhì)減水劑。正是由于對(duì)混凝土強(qiáng)度與和易性要求的不斷提高，使得一些商品混凝土公司較高強(qiáng)度等級(jí)混凝土（≥C40）采用聚羧酸系外加劑，而其他強(qiáng)度等級(jí)采用普通的脂肪族外加劑。

4.2 自密實(shí)混凝土

自密實(shí)混凝土應(yīng)該具有如下的特性：（1）新拌合混凝土必須具有較高的流動(dòng)度，良好的粘聚性、穩(wěn)定性和勻質(zhì)性，不分層、不離析泌水、具有良好的鋼筋空隙穿過(guò)性能。必須具有極佳的免振搗自密實(shí)性能，混凝土應(yīng)該具有較高的“柔軟”度。（2）混凝土硬化后必須具有較高的強(qiáng)度，表里均一，良好的尺寸穩(wěn)定性、耐凍融性能、抗碳化和耐腐蝕性能以及極高的耐久性。

本文下面結(jié)合營(yíng)海集團(tuán)一個(gè)具體的工程案例來(lái)介紹采用機(jī)制砂和聚羧酸減水劑配制 C30 自密實(shí)混凝土以及調(diào)整過(guò)程。按照甲方要求，達(dá)到 JGJ/T283—2012 《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的 SF3 級(jí)自密實(shí)混凝土要求，要求初始和1h 以后擴(kuò)展度都達(dá)到 760mm 以上，且無(wú)泌水浮漿現(xiàn)象。

首先介紹原材料情況：

（1）水泥，勝利牌水泥 P·C42.5 。

（2）粉煤灰，勝利電廠 II 級(jí)。

（3）機(jī)制砂，水洗機(jī)制砂，偏粗（細(xì)度模數(shù) 3.8）石粉含量、細(xì)顆粒含量少。機(jī)制砂如圖 1 所示。

（4）碎石：0～5mm 碎石。

（5）外加劑：Sika 外加劑。

圖 1 試驗(yàn)采用的機(jī)制砂

表 1 C30SF3 級(jí)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

采用上述原材料和如表 1 配合比，生產(chǎn)出的混凝土完全滿足 JGJ/T283—2012 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 SF3 級(jí)自密實(shí)混凝土要求和客戶要求，而且施工過(guò)程順利，拆模后混凝土構(gòu)件密實(shí)度好、外觀好，得到客戶的肯定和好評(píng)。

混凝土到達(dá)工地現(xiàn)場(chǎng)后檢測(cè)照片和混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工照片如圖 2、3 所示。

圖 2 混凝土到達(dá)工地現(xiàn)場(chǎng)后檢測(cè)照片

圖 3 混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工照片

5 西卡聚羧酸系減水劑使用過(guò)程中的常見問(wèn)題以及解決思路

混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工過(guò)程都會(huì)遇到適應(yīng)性問(wèn)題。適應(yīng)性的問(wèn)題成為困擾混凝土工作者的一個(gè)難題，影響聚羧酸減水劑的應(yīng)用效果和推廣應(yīng)用。適應(yīng)性的問(wèn)題是一個(gè)極其錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題：它與當(dāng)?shù)氐脑牧嫌嘘P(guān)，與各地的氣候條件有關(guān)，還涉及到水泥化學(xué)、高分子材料學(xué)、表面物理化學(xué)和電化學(xué)等多方面的知識(shí)。下面介紹近兩年?duì)I海集團(tuán)在使用西卡聚羧酸系減水劑過(guò)程中遇到的幾個(gè)小問(wèn)題以及解決思路。

5.1 問(wèn)題 1 摻量與各種材料的適應(yīng)性敏感，最佳摻量不易把握

外加劑摻量會(huì)隨砂石、水泥以及各種混凝土摻合料的波動(dòng)而產(chǎn)生波動(dòng)，外加劑摻量在混凝土實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不是一成不變的。其中比較常見的影響外加劑摻量的因素有下面幾點(diǎn)：（1）機(jī)制砂的顆粒級(jí)配、石粉含量、含泥量等因素影響外加劑摻量；（2）水泥方面的因素：礦物成分、堿含量、摻合料、細(xì)度、助磨劑等均對(duì)水泥與聚羧酸外加劑的相容性產(chǎn)生影響；（3）粉煤灰：粉煤灰的燒失量、細(xì)度、需水量等也嚴(yán)重影響外加劑摻量。

通過(guò)下面幾組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出機(jī)制砂質(zhì)量對(duì)外加劑摻量的影響，供讀者參考。詳見表 2、表 3。

表 2 各種機(jī)制砂技術(shù)指標(biāo)

表 3 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂含泥量和亞甲藍(lán)值對(duì)外加劑摻量影響明顯。

5.2 問(wèn)題 2 外加劑摻量隨溫度變化敏感

外界溫度的高低直接影響水泥水化速度，從而決定了混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失受溫度影響。氣溫偏高會(huì)造成坍落度損失過(guò)快；而溫度過(guò)低又會(huì)造成凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)影響施工進(jìn)度。同一季節(jié)白天、晚上外加劑摻量變化不會(huì)超過(guò) 0.1% 的摻量，如果白天與晚上摻量變化太大，主要考慮因素還是原材料變化導(dǎo)致。

5.3 問(wèn)題 3 機(jī)制砂細(xì)度、含泥量對(duì)外加劑的影響

（1）含泥量嚴(yán)重影響外加劑的摻量，具體影響結(jié)果參考問(wèn)題 1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)。（2）水洗機(jī)制砂普遍偏粗顆粒級(jí)配不好，造成和易性差，調(diào)整過(guò)程應(yīng)為適當(dāng)提高膠凝材料的情況下降低石子總用量和大石子所占的比例。外加劑調(diào)整前采用 Sika外加劑，調(diào)整后采用西卡聚羧酸減水劑 ViscoCrete1210。具體參數(shù)調(diào)整實(shí)例如表 4 所示。

表 4 混凝土配合比調(diào)整表 kg/m3

5.4 問(wèn)題 4 機(jī)制砂含氣量不容易引入，造成混凝土含氣量偏低

機(jī)制砂不容易引入穩(wěn)定的氣泡，這是由于機(jī)制砂為多為棱角、片狀顆粒造成的。在強(qiáng)制性機(jī)械攪拌過(guò)程中不容易形成穩(wěn)定的微小氣泡。西卡聚羧酸系減水劑本身具有一定的引氣效果，另外西卡引氣劑 Sika AER50-C 具有較好的引氣效果，通過(guò)引入分布均勻，穩(wěn)定而且封閉的微小氣泡，極大的改善了混凝土的和易性，顯著提高混凝土流動(dòng)性能，減少混凝土離析泌水現(xiàn)象的發(fā)生。客戶可以通過(guò)具體試驗(yàn)確定西卡引氣劑 AER50-C 的摻量，推薦摻量 0.1%～0.3%。

5.5 問(wèn)題5 干、濕機(jī)制砂的搭配比例對(duì)外加劑的影響

水洗的濕機(jī)制砂比較干凈但普遍偏粗、細(xì)顆粒缺失、顆粒級(jí)配不好，而干機(jī)制砂未經(jīng)過(guò)水洗，石粉含量高，對(duì)聚羧酸外加劑產(chǎn)生一定吸附，影響外加劑減水效果的發(fā)揮，外加劑摻量會(huì)提高，而且當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)較低、膠凝材料不足時(shí)，過(guò)多的摻加石粉含量高的干石粉砂還容易發(fā)生混凝土脫模后出現(xiàn)“浮灰”現(xiàn)象。而采用兩種砂搭配使用可以在一定程度上取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互補(bǔ)充，但是至于什么樣的搭配比例最合適，需要根據(jù)生產(chǎn)和試驗(yàn)的實(shí)際情況來(lái)調(diào)整。

下面給出一組營(yíng)海集團(tuán)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表 5），供讀者參考。此試驗(yàn)干石粉砂石粉含量較高（11.2%），但亞甲藍(lán)值不高（1.25）。石粉含量的增加降低了砂總體細(xì)度模數(shù)，提高混凝土和易性，但影響混凝土的經(jīng)時(shí)損失。

表 5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5.6 問(wèn)題 6 混凝土粘度大，不容易泵送施工，不好收面

外加劑摻量偏高，用水量偏低，混凝土粘度會(huì)增加，并易產(chǎn)生后期坍落度“返大”的現(xiàn)象，不易泵送。所以在保證混凝土合理用水量和外加劑摻量，不要刻意降低用水量或外加劑摻量。

另外應(yīng)該注意的是膠凝材料或者石粉等其他的細(xì)粉顆粒多，也會(huì)造成混凝土粘度偏大，影響施工。

5.7 問(wèn)題 7 混凝土出機(jī)狀態(tài)良好，經(jīng)時(shí)后坍落度反而變大

混凝土坍落度經(jīng)時(shí)反而變大，這種現(xiàn)象的發(fā)生主要應(yīng)該考慮一下幾個(gè)方面的原因：

（1）外加劑影響

混凝土外加劑中緩凝成份過(guò)多，或其中一種聚羧酸緩釋作用過(guò)于強(qiáng)烈，混凝土易于在一段時(shí)間后產(chǎn)生泌水，直接導(dǎo)致混凝土后期坍落度增長(zhǎng)或更嚴(yán)重至其離析，產(chǎn)生明顯的滯后返大現(xiàn)象（此現(xiàn)象易于在氣候變化或膠凝材料需水量減小的情況下出現(xiàn)）。

解決方法：調(diào)整外加劑組份，減少緩釋組份用量。

（2）混凝土強(qiáng)度等級(jí)的影響

在混凝土中，高強(qiáng)度等級(jí)易于發(fā)生滯后現(xiàn)象，主要原因是高強(qiáng)度等級(jí)中膠凝材料比例較大，混凝土外加劑在摻加比例高的情況下分散較慢，在沒(méi)有充分?jǐn)嚢璧那闆r下，一般生產(chǎn)中容易判斷為外加劑摻量不夠，這樣容易超量加入外加劑，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。

解決辦法：保證水灰比，生產(chǎn)時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間。

（3）砂的影響

在生產(chǎn)中，砂偏粗容易產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。此現(xiàn)象主要是混凝中由于砂偏粗，導(dǎo)致混凝土中漿體包裹不住石子。混凝土在生產(chǎn)及運(yùn)輸中處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，表面上看效果不錯(cuò)，可經(jīng)過(guò)壓力泵送或澆筑完成后，會(huì)有明顯的石子沉降、跑漿的現(xiàn)象，我們可以歸為滯后現(xiàn)象。

解決辦法：適量加入較小細(xì)度模數(shù)的砂，調(diào)整配合比或適量提高混凝土含氣量，改變混凝土和易性。另外，混凝土狀態(tài)不能只看動(dòng)態(tài)，也要注意靜態(tài)。應(yīng)取適量混凝土靜置一段時(shí)間后再觀察，如有泌水、跑漿等問(wèn)題應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

總之，要解決好聚羧酸系高性能減水劑使用過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題需要原材料供應(yīng)商、外加劑廠和商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)共同解決。首先我們必須認(rèn)識(shí)到無(wú)論何種外加劑都存在適應(yīng)性的問(wèn)題；其次要在多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的原材料來(lái)復(fù)配調(diào)整外加劑配方和確定外加劑的摻量，最后還必須在混凝土生產(chǎn)施工過(guò)程中進(jìn)一步跟進(jìn)優(yōu)化和調(diào)整。總之加強(qiáng)各種原材料進(jìn)廠控制，是控制好混凝土質(zhì)量的頭等大事！

[1]吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社，1999．

[2]劉國(guó)棟，關(guān)志梅，魏春濤，等．砂子含泥量對(duì)摻用聚羧酸高效減水劑混凝土性能的影響及有效對(duì)策[J].商品混凝土，2008(3)：15-18.

[通訊地址]東營(yíng)市東營(yíng)區(qū)西四路 958 號(hào)（257087）

王洪剛（1967—），男，質(zhì)量工程師，長(zhǎng)期從事水泥及預(yù)拌混凝土工作。