聚羧酸外加劑在混凝土工程應用中應注意問題

李琴

（甘肅省第八建設集團有限公司 甘肅省天水市 741020）

聚羧酸外加劑在混凝土工程應用中應注意問題

李琴

（甘肅省第八建設集團有限公司 甘肅省天水市 741020）

最近幾年來，我國國民經濟以及科學技術得到了很大的發展，一大批高層或者超高層以及大跨度的建筑大量涌現。混凝土是建筑建設過程中的關鍵材料，為了提升其各方面的性能，一般都會添加各種外加劑，聚羧酸減水劑就是其中的一種，該種添加劑具備很多的優點，比如摻量低、高減水率、分散性較好、保坍性好以及低沁水率等，其在建筑工程中的應用變得越來越廣泛。但是在具體的操作過程中，聚羧酸減水劑非常容易受到混凝土原材料的影響。本文主要針對該問題進行了研究，闡述了混凝土原材料對于聚羧酸減水劑在應用時的性能注意事項，以期能夠提升聚羧酸減水劑在混凝土中的應用效果。

聚羧酸減水劑；應用；混凝土；原材料；性能影響

引言

在制備混凝土的時候外加劑一般都發揮著重要的作用，已經成為混凝土中除砂、水泥、水、石之外的又一不可缺少的重要組成部分[1]。聚羧酸減水劑減水效果非常明顯，在制備高性能混凝土的時候發揮著重要作用[2]。為了進一步促進該產品在混凝土中的應用，有必要綜合全面系統地研究混凝土中各種原材料對于聚羧酸減水劑使用性能的影響規律，并了解和掌握具體的作用機理，只有這樣才能充分發揮聚羧酸減水劑的作用從而制備出性能更好的混凝土。

1 聚羧酸減水劑作用原理

聚羧酸減水劑通常為淺褐色的透明液體，主要由羧酸類接枝聚合物組成，擁有梳形分子結構，該物質之所以會在混凝土中發揮作用主要是因為它含有硫酸基、羥基、海油羧基以及烯基鏈節等，上述這些物質都是活性基團，作用效果明顯。總體而言，聚羧酸減水劑其作用原理可以分為兩類，分別為分散機理以及保持分散的機理。具體而言，所謂分散機理指的是減水劑吸附在水泥顆粒上面，然后在空間位阻效應以及靜電斥力效應的綜合作用下聚羧酸減水劑的分子結構可以構成比一般減水劑效果更好的分散體系，所形成的體系表現為立體結構。梳形聚合物在水泥顆粒表面吸附的時候它的狀態為齒形，分子間的靜電斥力由主鏈上的羥基、羧基、磺酸基、硫酸基等活性官能團提供，此外，梳形聚合物其側鏈會向外延伸確保觸向水泥粒子全部部位，這樣可以確保聚羧酸減水劑靜電斥力效應得到充分發揮[3]。同時還可以對水泥砂漿的流速進行控制，從而實現對分散體系的流動性以及穩定性的控制，最終確保立體空間位阻效應得到最大程度的發揮。聚羧酸系減水劑具有非常大的空間結構，主鏈和側鏈都很長，且側鏈很多，所以具有非常多的極性基團，以此確保較強的空間位阻以及靜電斥力[4]。在聚羧酸減水劑的保持分散作用以及分散作用的綜合作用下，在混凝土中加入這種減水劑之后使得混凝土流動性很高同時坍落度保持性也較好，從而可以滿足混凝土較遠的運輸距離以及各方面的施工要求。

2 聚羧酸減水劑摻量對減水率的影響

本文選取了十種減水劑進行對比研究，其中1～4號聚羧酸減水劑由西卡公司生產，5號聚羧酸減水劑為聚丙烯酸系緩釋型減水劑，6號聚羧酸減水劑為日本某公司生產，7～10號為國內某公司生產，7號屬于聚丙烯酸系改性減水劑，8號屬于預制構件用減水劑，9號屬于聚醚系減水劑，10號屬于第一類聚酯系減水劑。各種減水劑其物理性能如表1所示。如圖1所示為不同摻量聚羧酸減水劑的減水率。

表1 十種減水劑物理性能

按照相關的數據以及試驗要求，在低摻量的時候，即摻量低于或等于0.15%時，編號為1、2、4、6、7的減水劑的減水率較高，全部都大于20%，甚至部分大于25%；在一般摻量的時候，即摻量低于或等于0.2%時，上述的四種減水劑表現出來的減水率更高，全部都超過了25%，部分基本接近30%；而當摻量較高的時候，即摻量在0.25～0.30范圍內的時候，編號為2、4、6、7、8的減水劑表現出來的減水率是最理想的，減水率全部都大于30%，部分甚至大于35%。對圖1中的數據進行對比可以發現，在摻量較高的時候，編號為8的減水劑其減水率較高；而不管摻量為多少的時候，編號為2、4、6、7減水劑的減水率和其它減水劑相比較而言都較高，效果相對來說更加明顯；對于1號減水劑而言，摻量在低水平的時候效果是最明顯的，其減水率反而隨著摻量的增加而降低，而當摻量為0.25～0.30的時候其減水率達到了飽和。

圖1 不同摻量聚羧酸減水劑的減水率

3 混凝土原材料對聚羧酸減水劑應用性能注意事項

3.1 水泥

和一般的木質素磺酸鹽系以及奈系相比較而言，聚羧酸系減水劑具有明顯的差異，表現為在低摻量的情況下具有較高的減水效果，并且擁有較強的保持坍塌能力，此外還對環境比較友好。但是還是存在一些缺點，即聚羧酸系減水劑具有較弱的適應性，即容易受到混凝土原材料對其造成的影響。比如：容易和部分水泥發生反應，導致水泥砂漿其流動性比較差，甚至影響其減水效果，變得不那么明顯，從而影響混凝土的工作性能，無法保證坍落度，強度發展提升緩慢等。之所以會出現上述的幾個問題，原因除了和聚羧酸減水劑其本身的分子結構性質存在關系之外，還和水泥的成分及其特性存在著緊密聯系。

水泥中還有大量的C3A和C4AF物質，和硅酸鈣相相比較而言，這些物質對于聚羧酸減水劑的吸附作用更大，因此，在水化反應剛開始的時候，水泥中的C3A和C4AF會吸附非常多的減水劑，直接導致硅酸鹽相其表面所吸附的減水劑含量降低，且分散效果不是非常好，導致混凝土的初始的流動度降低。當水化反應進行到一定程度之后，C3A水化變得更快，但是水化反應所引起的產物對于聚羧酸減水劑的吸附作用顯著降低，這時候就會釋放出之前吸附的減水劑，所釋放的減水劑重新回到硅酸鹽相表面，使其含量升高，這時候的流動度就開始慢慢增大，但是如果C3A和C4AF物質含量較高的時候，其還是會吸附非常多的減水劑，同時C3A和C4AF等在發生水化反應的時候還消耗掉非常多的水，這種情況下對于流動度也會產生一定程度的影響。另外，聚羧酸減水劑的保留流動度還受到水泥中石膏形態的影響，半水石膏在和水接觸的時候會發生化學反應生成二水石膏，同時耗費比較多的水，導致凈漿流動度顯著降低。

3.2 細集料

機制砂或者天然砂是混凝土中通常使用的細集料。其中天然砂又可以細分為河砂、土砂還有經過淡化處理后的海砂。就目前的情況來看，在制備混凝土的時候細集料是必不可少的重要原材料之一，如果在制備混凝土的時候使用了大量的聚羧酸系減水劑，聚羧酸系減水劑和細集料之間的適應性會對混凝土的性能以及質量產生直接的影響。根據已有的研究表明：混凝土原材料中的細集料會對聚羧酸減水劑產生一定的影響，顯著降低其減水作用，這種情況下不但會對混凝土的塌落度產生影響，甚至有可能影響到混凝土的機械性能。此外，石粉同樣會對聚羧酸系減水劑的減水效果產生一定的影響，在制備混凝土的時候如果使用大量石粉，這對于混凝土的流動性來說是非常不利的，嚴重的時候有可能使得混凝土基本無法流動。對聚羧酸系減水劑減水效果有影響的除了細集料的含量之外，其它的一些特性同樣會在不同程度上影響聚羧酸系減水劑的減水效果，比如說砂的細度模數，砂率以及淡化處理之后的海砂中硫酸鹽、氯離子等化學物質的殘留量等。當砂的細度模數非常小的時候，會導致混凝土非常干，嚴重影響混凝土的流動性，最終影響混凝土的機械性能。當海砂中硫酸鹽、氯離子等化學物質的殘留量較高的時候，這些化學物質就有可能跟聚羧酸系減水劑發生化學反應，同樣會影響聚羧酸系減水劑的減水效果以及混凝土的質量。

3.3 粗骨料

石、砂中的含泥量會顯著影響聚羧酸系減水劑的實用性以及適應性，經過研究之后發現，主要原因在于泥土和石、砂相比較而言對于聚羧酸減水劑的吸附力更加強大，這種強大的吸附力會在很大程度上影響聚羧酸減水劑的減水效果。石、砂中的含泥量不同，那么其對聚羧酸減水劑的減水效果的影響程度也就不一樣，如果泥的含量超過3%的時候，會使得減水劑性能出現顯著的降低，即便是提升摻量還是于事無補，流動度始終無法滿足相關要求。除此之外，對聚羧酸減水劑存在影響的還有石子的針、片狀含量以及級配等，比如說在石子具有相同級配等級的時候，隨著石子的片狀或者針狀含量的增加，混凝土的流動性會變得越來越差，擴展度變得越來越小，嚴重的時候會出現沁水、離析等問題。在具體操作過程中，不同的骨料有著不同的吸水率，比如說有的細骨料具有較高的吸水率，但是粗骨料具有較低的吸水率，這個時候如果只是簡單的變化減水劑的含氣量或者摻量，那么起到的作用就很小，為了改善這個問題，就必須要對混凝土的配合比實施一個比較大的調整才行。因此在具體的工程實踐過程中，必須要充分結合實際具體情況，比如說泥的含量，石、砂的級配經過反復的試驗，找到最優的問題解決方案。

3.4 其它物質

現代混凝土中除了那些必須的物質之外，通常還會添加很多其他的摻合物，比如說高爐礦渣以及粉煤灰等，同樣地，對于聚羧酸系減水劑而言，這些物質都會在不同程度上對其減水效果產生影響。根據相關的實踐經驗表明，當控制高爐礦渣以及粉煤灰的添加量在20%和30%范圍內的時候，可以確保聚羧酸系減水劑的減水效果最佳，并且還有助于改善混凝土的流動性以及機械性能。

石、砂原材料中膨潤土含量會顯著影響混凝土中聚羧酸系減水劑的使用效果，在膨潤土的含量大于1%的時候，如果在制備混凝土的時候添加了聚羧酸系減水劑，那么就會使得整個混凝土基本上尚失流動性。另外還有伊利土和高嶺土，雖然這兩者的影響效果不比膨潤土，但是當這兩種土的含量分別大于7%和5%的時候，同樣會對聚羧酸減水劑的減水效果產生巨大影響。膨脹土對于聚羧酸系減水劑的吸附量和普通水泥相比是其50倍，伊利土和高嶺土是5～10倍，雖然不及膨潤土，但是造成的影響還是非常顯著的。

4 結束語

在建筑工程中使用聚羧酸系減水劑可以追溯到上世紀末，那時候高性能混凝土應用正變得越來越廣泛，不管是國內還是國外，都有大量的學者對聚羧酸減水劑在混凝土中的應用進行了深入的研究。本文主要講述了混凝土中的各種原材料，包括水泥、細集料、粗骨料以及泥土含量等對于聚羧酸減水劑的減水效果的影響。指出在混凝土中添加聚羧酸減水劑的時候，必須要對其他原材料進行嚴格選擇，找到最優的混凝土配合比，只有這樣才可以確保混凝土的施工質量。

[1]程勛.混凝土原材料對聚羧酸減水劑應用性能的影響[D].北京工業大學，2010.

[2]黃建.混凝土原材料對聚羧酸系減水劑應用性能的影響[D].重慶大學，2013.

[3]劉麗霞.聚羧酸減水劑對混凝土收縮性能的影響[D].重慶大學，2009.

[4]王應，劉川，賈興文，等.泥對摻聚羧酸減水劑混凝土性能的影響及機理[C].特種混凝土與瀝青混凝土新技術及工程應用，2012.

TU528

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1004-7344（2016）12-0285-02

2016-4-10