孙振平：聚羧酸高功用减水剂运用的若干问题讨论

  现在只需聚羧酸系减水剂能够完成这儿所说的“高功用”，所以高功用减水剂一般也便是聚羧酸系高功用减水剂。

  聚羧酸系减水剂作为继萘系、密胺系、脂肪族系和氨基磺酸盐系减水剂之后研发出产成功的新式高效减水剂，以其在掺量较低时（固体掺量0.15%～0.25%）就能发生抱负的减水和增强作用、对混凝土凝聚时刻影响较小、坍落度坚持性较好、与水泥和掺和料习惯性相对较好、对混凝土干缩性影响较小（指一般不过火添加干缩）、出产过程中不运用甲醛和不排放出废液、SO42-和Cl-含量低一级杰出特色，从一开端就遭到研讨者和部分运用者的推重。但另一方面，聚羧酸系减水剂在实践工程运用中却常常体现出某些不行思议的现象，这给聚羧酸系减水剂的运用带来很大难题。下面针对聚羧酸系减水剂的研发、出产和运用提出一些主张。

  在《混凝土外加剂》（GB8076）规范修订进行的实验中发现，聚羧酸系减水剂在混凝土中的减水率与净浆活动度、砂浆减水率之间的联系不亲近。这一点对工程中常用净浆活动度或/和砂浆减水率点评减水剂减水率的做法提出了应战。

  实验中常常发现，掺加某种聚羧酸系减水剂的净浆活动度在1h～2h内能够坚持得很好，而混凝土坍落度丢失却反常敏捷，而有些聚羧酸系减水剂虽然在净浆中体现不是很好，但在混凝土中却有上佳体现。

  实践上，其他减水剂也如此，抗压强度比与减水率之间的联系很杂乱，这一方面在于不同减水剂的引气性不同，另一方面或许是减水剂中活性基团、游离的离子不同，而这些对水泥水化进程均有不同程度的影响。

  聚羧酸系减水剂被证真实较低掺量情况下就具有较好的减水作用，其减水率比其他种类减水剂大得多。但有必要留意的是，与其他减水剂比较，聚羧酸系减水剂的减水作用与实验条件的联系更大。混凝土中集料的颗粒级配以及砂率，对聚羧酸系减水剂的塑化作用影响十分大。别的，聚羧酸系减水剂和其他减水剂相同，“减水率”还取决于搅拌工艺，假如选用手艺搅拌，测得的“减水率”往往比机械搅拌低2～4个百分点。

  聚羧酸系减水剂关于掺量十分灵敏，只需到达它的饱满掺量，才干起到杰出的减水作用；相反，掺量过大往往会引起离析、泌水而使减水、增强作用下降。

  反映混凝土搅拌物功用的方针一般有活动性、粘聚性和保水性。运用聚羧酸系减水剂制造的混凝土并不总是彻底满意运用要求，常常会呈现这样或那样的问题，所以现在在实践实验时咱们一般还用严峻露石起堆、严峻泌水和发散和起堆扒底等概念来更形象地描绘混凝土搅拌物功用。

  选用大多数聚羧酸系减水剂制备的混凝土搅拌物，其性状对用水量十分灵敏。有时用水量只添加1kg/m3～3kg/m3，混凝土搅拌物便马上严峻泌水，选用这种搅拌物肯定无法确保浇注体的均匀性，而易导致结构物外表呈现麻面、起砂、孔洞等难以承受的缺点，且结构体强度和耐久性严峻下降。

  现场实验发现，选用聚羧酸系减水剂制造的混凝土，其和易性一起依赖于减水剂掺量和用水量，若减水剂掺量稍高，或许用水量削减了一些，就简单呈现扒底、露石且坍落度丢失敏捷，此刻只需稍削减减水剂用量而添加部分水就能够处理问题。

  大部分情况下，选用聚羧酸系减水剂制造的大活动性混凝土，即便减水剂掺量、用水量操控都是最佳的，混凝土搅拌物也不泌水，但却十分简单呈现分层、离析现象，详细的体现是粗集料悉数下沉，而砂浆或净浆坐落集料的上部。选用这种混凝土搅拌物进行浇筑，即便不振荡，分层、离析也显着存在。

  究其原因，首要是因为掺加这种聚羧酸系减水剂的混凝土在活动性较大时，浆体的粘度急剧减小所形成的。恰当复配增稠组分只能在必定程度上处理此问题，并且复配增稠组分往往导致减水作用严峻下降。

  传统的减水剂，如木质素磺酸盐减水剂、萘系高效减水剂、密胺系高效减水剂、脂肪族系高效减水剂以及氨基磺酸盐高效减水剂，彻底能够任何份额复合掺加，以满意不同工程的特别制造要求，取得更好的经济性。这些减水剂复配运用都能得到叠加的（大多数情况下优于单掺）运用作用，且这些减水剂的溶液都能够互溶（除了木质素磺酸盐减水剂与萘系减水剂互溶发生部分沉积但并不影响运用作用外）。但聚羧酸系减水剂与其他种类减水剂复合运用，却不易得到叠加的作用，且聚羧酸系减水剂溶液与其他种类减水剂溶液的互溶性本身就很差。下面是笔者针对该问题进行实验的成果：

  （1）从溶液的互溶性来看，实践工程中聚羧酸系减水剂与密胺系减水剂或脂肪族系减水剂溶液不能复配在一起掺加，而不考虑复合运用作用的情况下，聚羧酸系减水剂存在与木质素磺酸盐、萘系、氨基磺酸盐系减水剂复配运用的或许。

  （2）从复合掺加后的叠加作用来看，聚羧酸系减水剂与木质素磺酸盐减水剂和脂肪族系减水剂存在复合掺加运用的或许性，但因为聚羧酸系减水剂与脂肪族系减水剂不互溶，实践上聚羧酸系减水剂只能与木质素磺酸盐减水剂进行复配。

  这两点告知咱们：首要，假如要复配在一起运用，聚羧酸系减水剂只能与木质素磺酸盐减水剂复配；此外，聚羧酸系减水剂对其他物质十分灵敏，假如掺加聚羧酸系减水剂的混凝土碰到哪怕一丁点萘系、密胺系或氨基磺酸盐减水剂或许是它们的复配产品，都或许呈现活动性变差、用水量急剧添加、活动性丢失严峻，混凝土搅拌物十分干涩乃至难以卸料等现象，其终究的强度、耐久性将遭到影响。

  因为现在对聚羧酸系减水剂科研方面的投入较少，大部分情况下，科研工作的方针只在于进一步进步其塑化减水作用方面，很难做到依照不同工程需求，经过火子结构规划组成出别离具有不同缓凝/促凝作用、不引气或不同引气性、不同粘度的聚羧酸系减水剂系列产品，再加上工程中水泥、掺和料、集料的多样性和不稳定性，外加剂出产供应者依据工程需求对本身聚羧酸系减水剂产品进行复配是在所难免的。现在关于对减水剂的复配改性技能办法，基本上都是树立在对木质素磺酸盐系、萘系高效减水剂等传统减水剂改性办法的根底上。实验证明，曩昔的改性技能办法并不必定合适于聚羧酸系减水剂，如对萘系减水剂进行改性的缓凝成分中，柠檬酸钠就不合适聚羧酸系减水剂，它不只起不到缓凝作用，反而有或许促凝，且柠檬酸钠溶液和聚羧酸系减水剂的互溶性也很差。再者，许多种类的消泡剂、引气剂和增稠剂也不合适于聚羧酸系减水剂。

  经过上面的实验及剖析，咱们不难看出，因为聚羧酸系减水剂分子结构的特别性，就现阶段的科研深度和工程运用经历的堆集来说，经过其他化学组分对聚羧酸系减水剂进行改性的手法并不多，并且因为曩昔针对其他种类减水剂改性所树立起的理论和规范规范，关于聚羧酸系减水剂来说，或许需求更深层次的探究研讨进行修正和弥补。

  跟着我国粉煤灰、水泥出产中烟气脱硫、脱氮工艺设备的选用，聚羧酸系减水剂运用中呈现了一些新问题，如混凝土凝聚时刻反常、混凝土搅拌物长时刻冒泡等。开端剖析以为，脱硫石膏硫化不彻底、水泥或粉煤灰中残留氮化合物等或许是首要原因，其机理需求求经过很多的查询、取样和实验剖析后才干进行精确解说。

  聚羧酸分子呈梳形结构，具有自由度大、分子结构可规划性强的长处。经过改动单体质料种类，可使聚羧酸分子中接入不同的基团。因为聚羧酸中各基团对水泥水化的影响有差异，然后可依据实践用处，制备具有特定功用的。即便运用相同的质料单体，亦可经过改动聚醚单体分子量，单体份额和组成温度等手法对聚合产品的分子结构进行恰当调整，使其习惯不同的运用环境或具有不同的功用。未来几年，将从普适型产品向功用型产品方向开展，这些功用型产品或许会具有保坍、早强、减缩、抗黏土吸附、引气和消泡等中的一种或一种以上特别功用。

  混凝土坍落度丢失过快，是预拌混凝土长期面对的严峻难题之一。现在，职业内首要经过聚羧酸后掺法、与缓凝组分复合运用等途径来处理混凝土的坍损问题，可是技能上和实践运用中均存在必定困难。而开发保坍型聚羧酸来处理预拌混凝土长距离运送和在较高气温下施工的难题具有重要的现实含义。

  常用的聚羧酸遍及有必定缓凝作用，导致混凝土前期强度开展缓慢，一般1d抗压强度仅能到达规划强度的15%～25%，在低温或掺加很多矿藏掺和料的情况下，前期强度更低，约束了聚羧酸的运用规模。因而，研讨适用于预制钢筋混凝土构件，能够显着进步混凝土前期强度，加速施工进度，将预制钢筋混凝土构件的出产期延伸至深秋乃至冬天的早强型聚羧酸具有严峻的经济价值和社会含义。

  混凝土因缩短而引起的开裂会导致混凝土的强度和耐久性大大下降，然后缩短混凝土的运用寿命。混凝土尤其是高功用混凝土的缩短开裂问题现已引起了工程界的高度重视，聚羧酸虽在必定程度上下降了混凝土的缩短，但仍不能满意工程的需求。减缩型聚羧酸是指既具有较高的减水率，一起又可削减硬化混凝土枯燥缩短的聚羧酸，这种功用型聚羧酸已成为外加剂研讨的热门之一。

  有些工程需求低引气和缓凝作用较好的聚羧酸，但常用的聚羧酸无法满意这一需求。因而需求开发低引气缓凝型聚羧酸。低引气缓凝型聚羧酸除了具有一般聚羧酸的功用外，还特别具有缓凝和低引气作用，因而可用于大体积混凝土、酷热气候条件施工的混凝土和长时刻停放或远距离运送的混凝土等许多混凝土工程中。前已述及，低引气缓凝型聚羧酸应该含有羟基、羧基、磺酸基、酰胺基和醚基等功用性官能团。

  集料含泥量大时聚羧酸系减水剂运用作用十分差，究其原因，首要在于集猜中的泥若以高岭土或膨润土为主，则对聚羧酸系减水剂吸附才能特别强，导致真实发挥涣散作用的减水剂分子量削减，因而混凝土坍落度小、坍落度丢失快。因而，研发抗黏土吸附聚羧酸，进步聚羧酸在含泥量较高的集料所制造混凝土中的运用效益，是十分必要的。

  在聚羧酸系减水剂的出产方面，怎么进一步经过原资料的选用和工艺改善，下降其出产能耗和三废物排放量，也是工业界所遍及重视的热门问题。差异于一般的加热组成工艺（组成温度在60℃～90℃之间）的常温组成工艺及因其组成的聚羧酸系减水剂本钱较低而开端遭到重视。常温组成工艺出产的建厂本钱比加热组成工艺出产的低，所得聚羧酸系减水剂产品却更能习惯减水剂商场需求的改变，更好地服务于偏远地区的混凝土工程。但应留意的是，加热组成工艺出产的优势在于产品组成的道路办法较多，经过对聚羧酸系减水剂母液官能团的精准规划能取得具有不同功用特色的产品。

  依据笔者的取样实验研讨发现：常温组成的聚羧酸系减水剂在初始涣散性方面，与加热组成产品处于同一技能水平；在保坍性方面，常温组成工艺出产的聚羧酸系减水剂与加热组成产品比较，仍有必定距离，这也约束了常温组成产品在某些特别场合下混凝土制造中的运用。因而需求进一步的研讨工作来处理该技能难题。

  现在关于聚羧酸系减水剂的研讨工作包含新产品开发、工艺改善和运用技能研讨三个方面。针对聚羧酸系减水剂组成工艺的立异研讨，经过组成工艺的变革，将现有的聚羧酸系减水剂进行功用优化或许到达某种特别的功用要求是聚羧酸系减水剂功用改善的另一个首要方向，也是现在聚羧酸系减水剂研讨的核心内容之一。现有的聚羧酸系减水剂组成工艺均为水溶液聚合，所得产品的含固量一般为20%～40%。在建筑资料商场范畴，聚羧酸系减水剂常常需求远距离运送，假如在组成时能进步产品含固量，或许直接组成粉体产品，则能大幅度下降产品的运送本钱，进步其商场竞争力。再者，干混砂浆、压浆料等砂浆产品中所运用的聚羧酸系减水剂产品有必要是干粉状的，国内外针对干混砂浆、压浆料等砂浆产品的运用，均是将液体聚羧酸系减水剂经过喷雾或离心雾化成粉体，这需耗费很多动力。因而，经过组成工艺的立异和改善，直接组成功用牢靠的粉体聚羧酸系减水剂，已成为国内外减水剂职业的一大研讨热门。

  依据本体聚合反应引发速度快、引发才能强的特色，将自阻聚作用较强的APEG单体在油溶性引发剂的作用下能够大幅进步单体的转化率，进步有用分子含量。一起本体聚合反应将聚合反应浓度提升到峰值，所得到的产品纯洁无水，为聚羧酸系减水剂经过切片粉体化打下根底。

  切片粉体化的安全性和所得产品功用优势远高于传统的喷雾或离心雾化成粉工艺。笔者选用APEG及克己具有减缩功用的单体二乙二醇单丁醚单马来酸酯为聚合反应单体，经过本体聚合反应制备聚羧酸系减水剂，研讨了单体摩尔比、聚合温度以及引发剂的投料办法对产品保塑功用的影响，最终经过混凝土缩短率实验查验了产品的减缩特性。

  因为聚羧酸系减水剂存在以上技能特色，工程中应严厉参照《混凝土外加剂运用技能规程》（GB50119-2013）来合理、安全地辅导产品运用和施工。本文就聚羧酸系高功用减水剂的运用技能，提出一些观点。

  现在，早强型聚羧酸系减水剂已开端有较老练的产品，为推动其在预制混凝土中的运用，添加这一产品类别是比较有利的。而引气型产品则合适于对立冻融循环性要求高的混凝土工程。因为聚羧酸系减水剂产品的含气量测验值从1%到10%乃至10%以上，改变规模很大，所以主张添加引气型聚羧酸系减水剂的规则，以便将引气型减水剂与规范型减水剂区别开来，便利运用者正确挑选。

  （1）聚羧酸系减水剂产品类别的挑选应依据工程规划和施工要求挑选，经过实验及技能经济性的比较确认。

  （3）掺聚羧酸系减水剂的混凝土所用水泥，宜选用硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥，并应查验外加剂与水泥的习惯性，契合要求方可运用。

  （4）掺聚羧酸系减水剂的混凝土所用掺和料，宜选用矿渣粉、粉煤灰、硅灰、石灰石粉以及它们的复合产品等，并应查验外加剂与掺和料的习惯性，契合要求方可运用。

  （5）掺外加剂混凝土所用资料如水泥、砂、石、掺和料、外加剂均应契合国家现行的有关规范的规则。试配掺聚羧酸系减水剂的混凝土时，应选用工程运用的原资料，检测项目应依据规划及施工要求确认，检测条件应与施工条件相同，当工程所用原资料或混凝土功用要求发生改变时，应再进行试配实验。

  （6）禁止在工地现场不经查验，将聚羧酸系减水剂与其他种类外加剂复配在一起运用。

  （1）聚羧酸系减水剂出场时，有必要供给以下技能文件：产品说明书，应标明产品类别及其首要成分；出厂查验陈述及合格证；掺外加剂混凝土功用查验陈述；产品运用规模及特性等。

  （2）聚羧酸系减水剂运到工地（或混凝土搅拌站）应立即取代表性样品进行查验。

  （3）查验所用资料如水泥、砂、石、掺和料均应为工程取样资料，且应契合国家现行有关规范的规则。查验选用的混凝土合作比、检测条件应与施工条件相同，当工程所用原资料或混凝土功用要求发生改变时，应再进行查验。

  聚羧酸系减水剂运用时，应严厉计量，配料操控系统标识应清楚、计量应精确，计量差错不该大于外加剂用量的1%。

  （1）除木质素系减水剂和膨胀剂外，不引荐将聚羧酸系减水剂与其他种类减水剂复配运用。

  （2）当与其他种类外加剂复合运用时，有必要亲近留意它们的相容性及对混凝土功用的影响，并进行严厉的实验进行复配作用的点评，满意要求方可运用。

  （1）聚羧酸系减水剂的运送、运送和储存不得选用铁制资料（不锈钢在外），而应选用塑料、玻璃等原料。

  当掺加泵送剂的混凝土从预拌混凝土厂运送至浇注现场，或许因为路途遥远、堵车或等候浇注的时刻过长，混凝土坍落度丢失过大，以致于不适于泵送或浇注施工时，能够选用二次添加泵送剂的办法，将必定量泵送剂掺入混凝土运送搅拌车中快速工作，至搅拌均匀，测定坍落度契合要求后进行泵送和浇注。

  原则上，掺加聚羧酸系减水剂的混凝土，因不行猜测的原因形成其坍落度丢失过大时，也能够选用二次添加减水剂的办法，康复混凝土的活动性，避免形成混凝土搅拌物的糟蹋。可是因为混凝土搅拌物功用对聚羧酸系减水剂的掺量适当灵敏，一旦过量很易形成离析、泌水，乃至分层。所以实践施工时，关于聚羧酸系减水剂二次添加与否、二次添加的种类和数量等，应事前进行严厉实验，充沛验证其可行性后方可进行。

  因为掺加聚羧酸系减水剂制备的混凝土坍落度一般较大，再加上搅拌物粘度较低，所以混凝土搅拌物浇注后的振捣半径和振捣时刻应经过实验确认，或应遵从专家辅导。振捣半径过小或振捣时刻过长，都很易形成混凝土含气量严峻下降、集料相与浆体相严峻分层等结构缺点。

  聚羧酸系减水剂对混凝土干缩功用影响较小，或许说掺加聚羧酸系减水剂不过火添加混凝土的干缩，绝不代表掺加聚羧酸系减水剂的混凝土能够放松乃至撤销维护。

  与掺加其他外加剂的混凝土相同，掺加聚羧酸系减水剂的混凝土浇注振捣密实后的外表二次抹压、薄膜掩盖或喷雾等，对避免其塑性缩短裂缝十分有用。而接连的7d或14d的保湿维护则不只是混凝土强度正常增加的需求，也是避免其枯燥缩短裂缝的保证。

  关于实践工程中聚羧酸系减水剂产品的查验和挑选，最好将减水率、坍落度坚持性与抗压强度比相结合。掺聚羧酸系减水剂混凝土所运用的水泥、粉煤灰和矿渣粉中是否能有脱硫石膏的存在，需求慎重实验和验证。掺聚羧酸系减水剂混凝土原材猜中砂、石含泥量的约束，也需求进一步与工程施工单位进行商讨。（节选《高功用混凝土与高功用减水剂若干问题的讨论》2015.10）