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1、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
2、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23h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
3、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510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
4、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
5、.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、
6、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
7、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
8、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、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
9、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，级和级粉煤灰对聚羧酸的影响不大，而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
10、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3.1减水率虽然高减水率对于单方外加剂成本的节约较为显著，但高含固高减水率的聚羧酸，其对砂石含水率和含泥量及胶材适应性等波动尤其敏感，在给生产控制带来极大挑战的同时，其离析风险也变得难以控制。目前，拥有生产线实时检测含水率及中央大屏幕视频控制各浇筑地点混凝土状况的企业毕竟不多，能够做到在高含固高减水率状态下良好控制混凝土生产的企业也不是很多，建议结合公司的实际情况选择合适于本公司生产的减水率范围。3.2饱和掺量聚羧酸外加剂
11、由于其高减水，在获得良好的流动性、粘聚性、和易性的状态时，若再掺入外加剂即会产生泌水、泌浆、抓底、离析等现象，此时的外加剂掺量即为饱和掺量，在饱和状态下，虽然能够获得优良的工作性能，但是也会增大混凝土离析的风险。在没有大幅度影响混凝土工作性的前提下，一般可人为扣除少许掺量以增加抵御混凝土离析的能力。大量实验表明，聚羧酸系高性能减水剂的减水效果对其掺量的依赖性很大，且随着胶凝材料用量的增加，这种依赖性更大。在胶凝材料用量相同的情况下，聚羧酸系高性能减水剂的减水效果与掺量的关系总体来说是随着减水剂掺量的增加而增大，但胶凝材料用量低的情况下，到了一定的掺量后甚至出现随掺量的增加，减水效果反而“降低”
12、的现象。这并不是说掺量增加其减水作用下降了，而是因为此时的混凝土出现严重的离析、泌水现象，混凝土拌合物板结，流动性难以用坍落度反映。3.3掺量宽幅性由于采用聚羧酸系高性能减水剂后混凝土的用水量大幅度降低，单方混凝土的用水量大多在140175kg/m3，常用水胶比范围在0.260.45，甚至可以降到0.2。在低用水量的情况下，少许用水量波动可能导致坍落度变化很大，然而对强度的影响较小。正是因为用水量对坍落度作用敏感，在测试掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土的坍落度损失时，由于钢板、工具、蒸发等引起失水以及砂子含水率的波动更容易造成误差，尤其是在低坍落度或低水胶比的情况下更为明显。在使用过程中为了克服聚
13、羧酸减水剂对低强度等级混凝土用水量过于敏感的缺点，可将聚羧酸减水剂的浓度降低到固含量10%左右。由于聚羧酸外加剂敏感性较强，如何获得良好的混凝土状态，如加强聚羧酸外加剂对混凝土原材料敏感程度、降低生产控制难度、增加保水性和保塑性及保坍性就成为一道难题，所以增加聚羧酸外加剂掺量宽幅性和提高混凝土稳健性的理念已经被越来越多的人提上工作日程。只有在良好的管理及控制水平下，结合对原材料特性的深入了解，同时选用较为合适的聚羧酸母料及小料才能配出宽幅性较高的外加剂。3.4对生产控制要求需要有良好的生产控制水平，包括操作员的尽职尽责，试验员与操作员的紧密配合，浇筑现场的实地跟踪。开盘鉴定是必须的，因为原材料
14、的正常波动是随时存在的，而以一个掺量在较长时间内控制混凝土的状态及生产，是难以满足生产需求的。用开盘鉴定结合现场跟踪措施能够最大化的满足生产需求，确保混凝土的强度和工作性能，这是一个动态调整的过程。聚羧酸对水较为敏感，其敏感程度要高于萘脂外加剂，这就需要铲车上砂尽量上含水较为稳定的砂子，同时驾驶员因卫生考核要求，不宜冲洗罐车料斗或减少冲洗时间。计量系统必须准确，建议加大对计量系统的校准频率，以确保计量系统的准确性。3.5储存问题聚羧酸系高性能减水剂生产储存时，应避免与铁质材料长期接触。由于聚羧酸系高性能减水剂产品呈弱酸性，而且聚合过程中加入了引发剂，与铁质材料长期接触会发生缓慢反应，造成聚羧酸
15、的分子量发生变化，因此聚羧酸系高性能减水剂在运输、储存时应采用洁净的塑料、玻璃或不锈钢容器，而不宜采用铁质容器。高温季节，聚羧酸系高性能减水剂应置于阴凉处，防止暴晒；低温季节，应对聚羧酸系高性能减水剂采用防冻措施。3.6与其他外加剂相容性问题目前部分商混公司采用脂肪族或萘脂系与聚羧酸交错使用的方式，这时需要密切注意在换用外加剂时，前一车混凝土中外加剂对后一车混凝土的影响，主要有对计量秤、生产主机和罐车中的残余混凝土，泵车及浇筑接触面混凝土的影响，包括凝结时间差带来的裂缝问题，混凝土的坍落度及流动性的损失，以及生产用水量异常增加等问题。有研究表明，聚羧酸和脂肪族复配后，混凝土强度无明显降低，同时
16、可以改善脂肪族外加剂的抗裂性能4。另有研究表明，同水灰比条件下，掺入聚羧酸与脂肪族的复合减水剂比掺入聚羧酸与其他两种高效减水剂的复合减水剂的混凝土拌合物的坍落度大并且经时损失小，并且随着聚羧酸掺量的增大，坍落度也大。聚羧酸和氨基复合，聚羧酸掺量越大，坍落度损失越小，而聚羧酸和萘系复合，聚羧酸掺量增大坍落度损失反而增大5。孙振平的研究表明，从溶液的互溶性来看，实际工程中聚羧酸系减水剂与密胺系高效减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂溶液不能复配在一起掺加，而在不考虑复合使用效果的情况下，聚羧酸系减水剂存在与木质素磺酸盐减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂复配使用的可能；综合净浆和混凝土的试验结
17、果，聚羧酸系减水剂与木质素磺酸盐减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂复合掺加，在塑化和增强效果方面具有叠加效应，且在0.1%聚羧酸系减水剂的基础上复合掺加木质素磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂，还有助于改善混凝土的坍落度保持性；聚羧酸系减水剂与萘系高效减水剂、密胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂复合掺加，都会削弱其塑化效果，且聚羧酸系减水剂与萘系高效减水剂复合掺加时对塑化效果和坍落度保持性的负面作用最大6。3.7混凝土异常状况分析使用聚羧酸的混凝土，要综合分析混凝土发生异常状态的原因，一般采用排除法，即生产线取出现用胶材，做净浆流动度比对分析试验，以排除不同批次胶材和不同批次外加剂的原因；然
18、后做外加剂相容性试验，以排除砂的原因；再次，结合开盘状态确定外加剂是否欠掺，是否有计量因素、温度因素等，只有结合试验查找原因才能做出针对性的调整。对于预防类似现象的发生也起到决定性作用。4结语以上为个人在应用聚羧酸外加剂过程中的一些使用经验，虽然较大篇幅阐述的是注意事项，并不代表聚羧酸的缺点大于优点。聚羧酸系减水剂具有优良的分散性和大流态等特点，同时具有低碱、低氯离子、低收缩、无污染、低环境负荷和明显经济效益等优良性能，并且越来越多的工程例如高铁、地铁、高架、机场、核电等工程在招标文件中明确使用的外加剂必须为聚羧酸系外加剂，这些都必将促使聚羧酸成为混凝土高效减水剂未来发展的必然趋势。如何针对原材料挑选匹配的并使用好聚羧酸外加剂就成为控制混凝土的质量、性能、成本的重中之重。参考文献（略）来源：商品混凝土2016.12