聚羧酸外加剂在商品混凝中应用的注意事项

聚羧酸外加剂在商品混凝中应用的注意事项

0 引言

聚羧酸系减水剂被认为是最新一代的高性能减水剂，人们总是期望其在应用中体现比传统的萘系减水剂更安全、更高效、适应能力更强的优点。然而工程实践使用中总是更多地遇到各种各样的问题，而且有些还是使用其他品种减水剂所未遇到的，如混凝土拌合物异常干涩、无法卸料，更谈不上泵送浇筑了，或者混凝土拌合物分层严重等。现结合实际生产控制过程中的一些经验和心得进行分享，受限于技术水平和科研力量薄弱等因素，可能有些观点未必正确，还望各位砼仁批评指正。

1 聚羧酸的定义和优点

1.1 定义

聚羧酸系高性能减水剂是一系列具有特定分子结构和性能聚合物的总称，一般是将不同单体通过自由基反应聚合得到。聚羧酸减水剂的结构是线型主链连接多个支链的梳型共聚物，疏水性的分子主链段含有羧酸基、磺酸基、氨基等亲水基团，侧链是亲水性的不同聚合度聚氧乙烯链段。

1.2 优点

（1）掺量低：一般其折算固含量为萘系的1/4 左右。

（2）减水率高：混凝土减水率一般在25%～35%，极限值可高达40%～45%。

（3）保坍性好：坍落度损失可以控制在2～3h 内基本无损失。

（4）抗压强度比高：各龄期对比强度均有较大幅度的提高，早期抗压强度比有显著提高。

（5）绿色环保：在合成生产过程中不使用甲醛和其他有害原材料，对人体不会造成健康危害，对环境不会造成污染。

（6）高耐久性：因高减水带来的低水胶比，对混凝土的抗渗、抗腐蚀、抗氯离子扩散迁移系数性能都有极大提升。

（7）节约成本：因使用聚羧酸减水剂的混凝土有良好的工作性以及低水胶比，并且使用少量即有显著的效果，故能够降低成本。与现行萘脂系减水剂相比，单方混凝土综合成本可节约5～10 元。

（8）其他优点：工作性能优良，碳化相对较低，成型外观的光洁度较好等。

2 聚羧酸的应用

2.1 进场检验要求

聚羧酸系外加剂不同于萘系、脂肪族、氨基系列的外加剂，单纯的净浆检测已经不能合理反映其在混凝土中的工作性能，建议有条件的试验室可将净浆检测比对试验作为参考，最终以混凝土试拌作为检测依据。

大部分聚羧酸在复配过程中，均要求考虑混凝土的保坍性能，例如高保坍型聚羧酸，其母料中缓释型羧酸为后释放减水组分，初始净浆流动度可能较小，但是混凝土的保坍性能良好，若以净浆流动度来衡量聚羧酸和胶材的适应性，很可能误判；而冬季型的聚羧酸，为避免坍落度反增长或滞后泌水现象的发生，保坍和缓凝组分大幅下调，这时的初始净浆流动度可能较大，若以此试验结果去衡量混凝土坍落度经时损失也不准确。建议使用同一批次原材料与不同批次的外加剂进行净浆流动度比对试验，此方法积累的数据可以作为长期跟踪，能在一定程度上检验进厂外加剂的波动情况，其优点是快速、节约人力。当双方对检测结果有疑义时，可选用混凝土试拌的方法进行检测，此方法虽然较为精准，费时费力，各商混站可以结合自身情况选择进场检验的方式，检验所用的胶材存储时间建议不宜超过半个月。

2.2 对原材料的要求

市场目前使用的聚羧酸系外加剂对原材料质量及其稳定性要求较高，对水泥适应性、砂石含泥量、吸水率、石粉含量、砂石级配、砂率、煤灰烧失量和需水比较为敏感，故原材料进场把关尤其重要，良好的材料稳定性能促进生产控制的稳定性，极大地降低了质量事故发生的概率。

2.2.1 水泥

水泥与外加剂的适应性，仅根据净浆流动度测试的试验结果来评定水泥与外加剂的适应性有失偏颇，应该在结合混凝土试拌进行评定。水泥与外加剂适应性的影响因素较多，包括C3A 和C4AF 的含量高低、水泥混合材的品种、石膏的形态等等。C3A 和C4AF 吸附了较多的减水剂，导致硅酸盐相表面的减水剂偏少；混合材品种常用的包括石灰石粉、粉煤灰、矿粉，但实际生产过程中，水泥厂家为了追求低成本，往往掺入火山灰、煤矸石等对聚羧酸吸附量较大的掺合料，导致水泥与外加剂的适应性较差；半水石膏由于遇水生成二水石膏，消耗了部分游离水，导致混凝土损失加快[1]。针对以上问题，在选择聚羧酸品种时，应针对水泥的特性进行匹配性的试验。

2.2.2 骨料

2.2.2.1 级配及砂率

混凝土中骨料的颗粒级配以及砂率对聚羧酸系减水剂的减水效果影响也非常大。试验证明，其他条件都不变，仅砂率在40%～50% 之间变化时，同种聚羧酸系减水剂的减水率因砂率的改变最大可以相差4%。使用连续级配的骨料，可以降低砂率和单方用水量，增大混凝土流动效应，降低外加剂的减水率需求。

2.2.2.2 骨料的吸水率

骨料的吸水率对聚羧酸的影响也非常大，其在拌和过程中，游离水大量进入骨料孔隙，降低了混凝土的流动性和坍落度，聚羧酸的优势无法体现。

2.2.2.3 含泥量

骨料中的含泥量主要是各类型的粘土矿物，它们是以一些含铝、镁等为主的硅酸盐矿物。为层状结构，颗粒较细，有较强的吸附作用，其吸附作用主要为矿物表面吸附和插层吸附[2]。粘土的种类主要有伊利土、高岭土、蒙脱土等，它们对聚羧酸的吸附均要强于胶材，而这其中尤其以蒙脱土的吸附最为强烈，会让混凝土的工作性大幅下降，体现在坍落度、流动度的下降，粘性的加强，泵损的增大等。

聚羧酸减水剂与传统的萘系等高效减水剂相比，对砂石骨料中的粘土（尤其是蒙脱土）更敏感，因此极大地制约了其在混凝土中的推广和应用：一方面，粘土矿物对聚羧酸系高性能减水剂有强烈的吸附作用，减少了用于分散水泥的聚羧酸分子数量，降低了减水性能，增大了流动度损失；另一方面，由于粘土矿物较高的比表面积，能吸附较多的水分，减少了浆体中的自由水的量，这就导致混凝土流动性降低、黏度变大。

生产过程中，针对砂石含泥量的变化，往往是调整外加剂的掺量以确保工作性能，但是应该注意的是，当含泥量大幅降低时，应该及时降低外加剂掺量以降低混凝土离析的风险。

2.2.3 掺合料

在选用较为优质的Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰及矿粉，随着掺量的加大，聚羧酸的掺量会逐渐降低。以C35 为例，经比对试拌试验证明，掺合料总量从20% 提高到50% 时，外加剂掺量会降低0.4%～0.6%（基础掺量 1.8%，含固约11%）。有研究表明，水泥、矿粉、粉煤灰对外加剂吸附规律不同，吸附量的大小顺序为：水泥＞矿粉＞粉煤灰[3]。

2.2.

3.1 粉煤灰

粉煤灰的需水比和烧失量指标对聚羧酸性能的影响较为重要，粉煤灰的烧失量变大，粉煤灰中碳颗粒在吸收水分的同时，也吸进去一部分聚羧酸减水剂，造成混凝土浆体中的有效减水剂用量降低，造成聚羧酸减水剂效果变差。需水比主要是影响混凝土中的游离水的数量，当需水比降低时，配方用水不变的情况下，游离水量增加，需降低外加剂掺量，反之，则应增加外加剂掺量。一般，Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰对聚羧酸的影响不大，而Ⅲ级甚至以上的粉煤灰，会大幅提升外加剂掺量，造成混凝土的坍落度剧烈损失。

2.2.

3.2 矿粉

粒化高炉矿渣粉可以起到增大浆体初始流动性和减小流动性损失的良好效果。

矿粉的流动度比参数对聚羧酸的影响较大，与粉煤灰的需水量比类似。

3 使用注意事项