淺析聚羧酸減水劑在混凝土中的應(yīng)用

朱 鼎 張玉生

（1.上海華登建材有限公司南京辦事處，江蘇 南京 210000；2.南京同升新材料科技有限公司，江蘇 南京 210000）

關(guān)鍵字：聚羧酸；減水劑；混凝土；應(yīng)用

混凝土外加劑的運(yùn)用是混凝土技術(shù)的一次重大進(jìn)步，可以提升混凝土的質(zhì)量和性能，提高工程的施工速度和質(zhì)量，節(jié)約水泥和能源，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。而聚羧酸減水劑的應(yīng)用使混凝土技術(shù)得到了突破式的發(fā)展。

聚羧酸減水劑的堿含量、硫酸鈉及氯離子含量均非常低，而且在生產(chǎn)過程中不會(huì)污染自然環(huán)境。高流動(dòng)度、低坍落度損失混凝土的制備因?yàn)榫埕人釡p水劑的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。可以通過對(duì)聚羧酸分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)其性能實(shí)行優(yōu)化，使其具備了“智能型”的特點(diǎn)。由于分子結(jié)構(gòu)特性使其具備很多優(yōu)點(diǎn)：水泥適應(yīng)性廣、減水率高、保坍性能好、塑化效果優(yōu)異、分子結(jié)構(gòu)可塑性強(qiáng)、合成技術(shù)多、高性能化潛力大，所以又被稱為超塑化劑。

1 減水劑的發(fā)展

第一代減水劑木質(zhì)素磺酸鹽是造紙業(yè)的主要副產(chǎn)物之一，是一種表面活性劑，具有一定的水泥顆粒分散能力。

第二代萘系減水劑也是一種陰離子型表面活性劑，能在水泥顆粒間能起到靜電斥力和空間位阻斥力作用，阻止相互間直接接觸，起著潤(rùn)滑的作用，增強(qiáng)了水泥漿體的流動(dòng)性。

第三代聚羧酸減水劑的分子呈梳狀結(jié)構(gòu)，主鏈和側(cè)鏈上均帶有較多的活性基團(tuán)，磺酸基團(tuán)、羧酸基團(tuán)和羥基基團(tuán)附著在主鏈，而側(cè)鏈上是較長(zhǎng)的聚烷氧基基團(tuán)等。各種基團(tuán)對(duì)水泥顆粒的分散性有著各自作用不同。

2 聚羧酸減水劑的應(yīng)用使混凝土高性能化

2.1 超高強(qiáng)混凝土

超高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)一定會(huì)采用高水泥用量和低水灰比，這樣必然導(dǎo)致混凝土黏性大、流變性差，但可以通過摻入活性微粉摻合料和聚羧酸減水劑來解決。由于聚羧酸減水劑可以對(duì)水泥顆粒起到強(qiáng)烈的分散作用，大幅度降低混凝土用水量，使水灰比得到最大程度的降低，因此也自然成為超高強(qiáng)混凝土的必要組分之一。目前在實(shí)際工程中C60 以上標(biāo)號(hào)的混凝土基本上都是使用的聚羧酸減水劑，現(xiàn)在配制的混凝土標(biāo)號(hào)已經(jīng)可以達(dá)到C200。

2.2 高耐久性混凝土

當(dāng)在混凝土中摻入聚羧酸減水劑時(shí)，混凝土的水灰比會(huì)因?yàn)榫埕人岬母邷p水率得到最大程度降低，混凝土內(nèi)部可凍結(jié)的游離水大幅減少，混凝土的抗?jié)B性能得以提高，抗凍融性能得到加強(qiáng)。聚羧酸減水劑較其他類型減水劑擁有更強(qiáng)的水泥顆粒分散性，能夠優(yōu)化混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)與孔徑，使得混凝土密實(shí)度增加、泌水通道減少，使混凝土的抗?jié)B性能進(jìn)一步提升。

聚羧酸減水劑還自帶一定的引氣能力，會(huì)將一些穩(wěn)定的氣泡引入到混凝土中，這樣由于凍結(jié)和過冷水遷移所產(chǎn)生的膨脹壓力集中可以得到有效緩解，混凝土的抗凍融性能能夠得以顯著增強(qiáng)。

聚羧酸減水劑本身的氯離子含量、硫酸鈉含量、堿含量比其他類型減水劑要低，更加有利于鋼筋混凝土的耐久性。有資料顯示，在普通鋼筋混凝土中摻用聚羧酸減水劑還可以增加鋼筋-混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。

2.3 自密實(shí)混凝土

密實(shí)混凝土是指僅在重力作用下，不采取其他任何密實(shí)成型輔助措施就能夠充滿整個(gè)模腔而不留下任何空隙的均質(zhì)的混凝土。自密實(shí)混凝土的幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)缺一不可：包裹性、流動(dòng)性、和易性以及保塑性能等。摻入聚羧酸減水劑在混凝土中表現(xiàn)出的包裹性、流動(dòng)性和粘聚性等比其他系列減水劑有著明顯的優(yōu)勢(shì)，更符合自密實(shí)混凝土的技術(shù)要求。

2.4 清水混凝土

清水混凝土是指結(jié)構(gòu)混凝土硬化后不再對(duì)其表面進(jìn)行任何裝飾，以混凝土本色直接作為建筑物的外飾面的一種混凝土。清水混凝土特有的裝飾效果使建筑物擁有自然、古樸穩(wěn)重的質(zhì)感，目前已在建筑、交通、航空、水利等工程項(xiàng)目上得以應(yīng)用。清水混凝土作為裝飾面，意味著對(duì)混凝土外觀有很高要求。摻用聚羧酸減水劑的混凝土外觀感光度高、色澤均一，這一點(diǎn)是免裝飾工程追求的目標(biāo)，也是其他系外加劑不可比擬的。

3 聚羧酸減水劑在實(shí)際應(yīng)用中的問題及解決方法

目前，聚羧酸減水劑的應(yīng)用已經(jīng)比較普遍，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在著不少問題。由于考慮到經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)在減水劑的選擇只能一味追求高減水率和低價(jià)格。所以聚羧酸減水劑應(yīng)用最多的是直接用常規(guī)常溫合成的高減水型母液復(fù)配一些輔料，或者常溫合成的高減水型母液加一定量保坍型母液再?gòu)?fù)配一些輔料。而使用高品質(zhì)原料、通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)用先進(jìn)工藝生產(chǎn)的性能較好的功能性母液由于價(jià)格較貴或減水率不高，得不到規(guī)模性應(yīng)用。再加之近兩年，由于國(guó)家環(huán)保政策調(diào)控，砂石料供應(yīng)緊張、價(jià)格上漲且質(zhì)量不能達(dá)到保證，連水泥品質(zhì)都時(shí)有波動(dòng)，這也就導(dǎo)致了在實(shí)際工程應(yīng)用中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)一些問題，甚至出現(xiàn)聚羧酸減水劑不如萘系、脂肪族減水劑好用的聲音。

3.1 對(duì)用水量敏感

摻用高減水型聚羧酸減水劑生產(chǎn)大流動(dòng)性混凝土?xí)r，有時(shí)混凝土雖然不泌水，但也容易出現(xiàn)離析、泌漿現(xiàn)象，粗集料下沉，而砂漿或凈漿浮于拌合物表面。如果使用這種拌合物進(jìn)行澆筑，無(wú)需振搗，分層、離析也明顯存在，混凝土的均勻性得不到保證，成型后的混凝土結(jié)構(gòu)表面會(huì)出現(xiàn)孔洞、麻面等明顯缺陷，混凝土的力學(xué)性能及耐久性能也會(huì)嚴(yán)重下降。這主要因?yàn)闇p水劑的減水率偏大，所以混凝土的狀態(tài)對(duì)用水量的敏感性就比較高，所以使用時(shí)必須嚴(yán)格控制減水劑摻量和用水量。還可以通過復(fù)配手段將聚羧酸減水劑的固含降低，提高單方混凝土的減水劑摻量，以降低減水劑的敏感性，更便于找到減水劑的最佳摻量。

3.2 有緩釋現(xiàn)象

聚羧酸減水劑在應(yīng)用過程中，有時(shí)剛出機(jī)混凝土包裹性、和易性良好，經(jīng)過一段時(shí)間到了工地現(xiàn)場(chǎng)，混凝土出現(xiàn)泌漿、離析甚至泌水現(xiàn)象。聚羧酸減水劑發(fā)生了緩慢釋放作用的情況，這主要是由聚羧酸減水劑保坍組分造成的。這時(shí)可以通過適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間、將混凝土出機(jī)坍落度降低、降低減水劑摻量等措施及時(shí)調(diào)整。盡快調(diào)整聚羧酸減水劑配方，將保坍組分適當(dāng)減少。另外要注意保證混凝土原材料的穩(wěn)定性，避免大幅波動(dòng)。

3.3 對(duì)氣溫較敏感

當(dāng)氣溫較低時(shí)，減水劑微小的摻量波動(dòng)都會(huì)使混凝土狀態(tài)變化很大，特別是使用常規(guī)高減水型聚羧酸減水劑時(shí)，混凝土容易產(chǎn)生泌漿、離析現(xiàn)象。在西部早晚溫差比較大的地區(qū)，晚上的聚羧酸減水劑摻量甚至只有白天的60%。這主要和氣溫低時(shí)聚羧酸減水劑與水泥的活性降低有關(guān)。出現(xiàn)這種情況時(shí)，應(yīng)該及時(shí)調(diào)整減水劑摻量，并且延長(zhǎng)混凝土攪拌時(shí)間。

3.4 外觀氣泡問題

使用聚羧酸減水劑澆筑混凝土，有時(shí)拆完模后發(fā)現(xiàn)混凝土表面有不少氣泡，影響外觀質(zhì)量。通過調(diào)整減水劑解決氣泡問題的話，可以從兩方面入手：1） 復(fù)配適量的消泡劑。因?yàn)榫埕人釡p水劑本身自帶一點(diǎn)引氣效果，加入消泡劑可以消除掉混凝土表面的一些小氣泡；2） 適當(dāng)減少減水劑中的保坍組分。這樣可以消除掉混凝土表面的一些中等氣泡，因?yàn)楸Ｌ阅芴脮r(shí)，當(dāng)混凝土已經(jīng)入模澆筑完成后，減水劑還在與水泥發(fā)生反應(yīng)，由此還會(huì)產(chǎn)生一定的氣泡。

當(dāng)然混凝土表面產(chǎn)生氣泡的原因有很多，還可以通過調(diào)整混凝土的配合比、調(diào)整坍落度大小、變換施工工藝和振搗方式、使用水性脫模劑等技術(shù)手段來解決氣泡問題。

3.5 對(duì)含泥量較敏感

聚羧酸減水劑對(duì)混凝土原材料中的含泥量較其他類型的減水劑更加敏感，砂石料中的含泥量對(duì)聚羧酸減水劑的保坍性能和減水性能會(huì)造成巨大的負(fù)面影響，直接影響到混凝土的各項(xiàng)性能，給實(shí)際生產(chǎn)帶來不便。這主要是因?yàn)榫埕人釡p水劑分子會(huì)被黏土層間結(jié)構(gòu)大量吸附，而其他類型減水劑分子的被吸附量則相對(duì)較少。但這種情況可以通過提高減水劑的摻量以及增加聚羧酸減水劑中的保坍組分來解決。

4 結(jié)語(yǔ)

聚羧酸減水劑具備著諸多優(yōu)良的性能，這是其他系列減水劑無(wú)法比擬的。由于聚羧酸減水劑的廣泛應(yīng)用，使得混凝土技術(shù)得到了飛躍式的發(fā)展。雖然在實(shí)際應(yīng)用中還存在著一些問題，但都有一系列相對(duì)應(yīng)的成熟的方法可以解決。