聚羧酸高性能减水剂的性能及工程应用

王 斌 ， 黎思幸

（1.新疆银通建设工程监理有限公司，新疆 奎屯833200；2.北京东方新绿科技发展有限公司，北京102209 ）

聚羧酸高性能减水剂的性能及工程应用

王 斌1， 黎思幸2

（1.新疆银通建设工程监理有限公司，新疆 奎屯833200；2.北京东方新绿科技发展有限公司，北京102209 ）

聚羧酸高性能减水剂是由聚乙二醇长链接枝及共聚而成，具有掺量小、高效分散减水、低碱等特点，能够显著改善混凝土的和易性能、混凝土流动性及混凝土的强度等。经过与传统的萘系减水剂的对比，使用国产的PC-100聚羧酸减水剂不仅体现了明显的技术优势，混凝土施工性能优良，且成本也低于萘系减水剂，值得推广应用，但需要注意外加剂的高引气性以及骨料的含泥量等适应性问题。

聚羧酸减水剂；混凝土性能；工程应用；成本

0 前言

混凝土减水剂的发展已经历了漫长的过程，20世纪大量使用的有木质素磺酸盐类、萘磺酸盐系高效减水剂及磺化三聚氰胺系高效减水剂。随着21世纪的到来，一种新型的羧酸类减水剂以其优越的性能和无污染的生产得到很快发展，成为当之无愧的第三代减水剂产品。近年来，为满足高性能混凝土及混凝土施工技术的发展要求，需要具有减水率大、保塑功能强、胶凝材料适应性好的高性能减水剂，而聚羧酸正好迎合了这一需求，因此得到了迅速的推广应用。作者针对聚羧酸减水剂的性质及混凝土性能开展了混凝土配合比试验，并通过施工实践积累了一些应用技术方面的经验。

1 聚羧酸高性能减水剂的主要性质

聚羧酸高性能减水剂是以多种高分子化合物为主要原料，通过接枝聚合反应和共聚反应在分子主链或侧链上引入羧基、聚氧乙烯基等，它属于一类梳形共聚物，主链上具有羧酸基阴离子基团，侧链具有非离子型聚醚 （酯）组成，由于主侧链中长度、阴离子基团的数量、密度的不同，所产生的静电斥力和空间位阻效应也发生变化，可以通过对分子结构和分子量的控制赋予减水剂优异的性能。聚羧酸减水剂因工艺各异和选择的不同，原材料种类很多。根据报道，该类减水剂在0.15%～0.3%（固形物占胶凝材料比例）的掺量条件下，可获得20%～40%的减水率，混凝土的坍落度在60～120min时间内基本不损失，混凝土无泌水离析现象，产品碱含量极低，并显著低于常用的萘系减水剂，有利于抑制水泥混凝土有害的碱骨料反应。

2 混凝土性能试验

为了比较产品的性能，将聚羧酸高性能减水剂（国产）与萘系减水剂进行了混凝土性能试验。

2.1 试验原材料

水泥：屯河P ·O42.5水泥，各项指标符合国家标准要求。

粉煤灰：独山子热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰，各项指标符合规范要求。

骨料：河砂，细度模数3.0（含泥量2%），石子为最大粒径为20mm连续级配小石。

外加剂：选用国内北京东方新绿科技发展有限公司生产的PC100聚羧酸系减水剂（含固量 30%）以及粉状萘系减水剂。外加剂产品均有国内省级权威部门的检测报告，性能满足相关规范要求。外加剂的物理性质见表1。

表1 外加剂的物理性质

水：自来水。

2.2 混凝土性能试验结果

掺用聚羧酸及萘系减水剂的混凝土配合比见表2。

（1）混凝土拌和机口和易性能

掺用聚羧酸和萘系两类减水剂的混凝土拌和机口和易性能有明显的区别。通过对和易性及外观的观察，掺有聚羧酸类外加剂的混凝土无泌水现象，混凝土测试含气量4.0%，表观有微小气泡，混凝土具有良好的粘聚性，浇筑性好；而掺萘系减水剂的混凝土在稍停铲动后有泌水现象，测试含气量为2.9%，有较多大气泡。从混凝土外观质量看聚羧酸类外加剂优于萘系减水剂。

表2 对比试验混凝土配合比参数

（2）外加剂的掺量及减水率

聚羧酸系高效减水剂掺量占胶凝材料的0.15%～0.3%（含固量），在达到0.25%时已经表现出很好的减水效果，对水泥及掺合料细微粒子具有超分散性能，减水率明显超过萘系减水剂，经掺量检测，减水率可达20%～35%，适应配制中、高强度的高性能混凝土。

（3）混凝土流动性及坍落度损失

聚羧酸系高效减水剂配制的混凝土流动性比萘系混凝土好，减水剂的小掺量即可获得优异的流动性，特别是混凝土经时损失方面，聚羧酸减水剂混凝土的1h坍落度损失小于10%，而萘系高效减水剂配制的混凝土坍落度损失大、易泌水。因此聚羧酸减水剂更能适应长距离运输的泵送混凝土。在施工方面，聚羧酸减水剂的流动性好，容易振捣密实，萘系高效减水剂混凝土流动性较差，坍落度损失较快，振动时气泡也不易溢出，强振时大气泡多，混凝土有抓底现象。

（4）混凝土试件及强度

在给定的混凝土原材料条件下，PC100聚羧酸减水剂在低掺量的情况下就能实现高减水及很好的流动保持能力，混凝土硬化后试件外观非常密实光滑，大气孔较少，小气泡分布均匀，有利于混凝土的抗冻融和抗渗耐久性，混凝土性能检验表明，掺聚羧酸外加剂的混凝土具有相当高的早期强度，且后期强度比萘系减水剂强度发展好，具有早强和高强特征。与粉煤灰和矿物粉体配合使用，聚羧酸减水剂更有利于降低水泥用量以及提高掺合料的用量，可用于高强高性能混凝土的配置。表3是混凝土抗压强度试验成果。

表3 混凝土抗压强度试验结果 MPa

3 工程应用情况

通过混凝土拌合物性能检验和混凝土施工性能判断，PC100聚羧酸减水剂比萘系减水剂具有更好的分散性、施工易振捣性及保塑性，从技术上解决了传统萘系等外加剂难以解决的混凝土流动性差及保坍性差的老大难问题。施工现场对混凝土进行取样性能试验论证与室内试验基本一致，满足工程的施工及设计要求，实现了采用聚羧酸减水剂的良好预期效果。

4 经济性分析

经过对PC100聚羧酸减水剂与传统的萘系减水剂进行系列强度等级混凝土的配合比对比试验复核，PC100的应用成本总体上已优于萘系减水剂，特别是对于高强度等级混凝土，聚羧酸的用量少，在体现高性能的条件下其成本却大大低于萘系减水剂。如果全面使用聚羧酸减水剂可以在保证混凝土良好性能的前提下使总成本有所降低。表4是不同强度等级混凝土使用外加剂带来的混凝土成本变化情况。

5 聚羧酸减水剂的适应性问题

外加剂在混凝土中的作用非常重要，但有时也具有适应性问题，在应用中需要加强适应性试验，防止因坍落度异常以及泌水、离析、抓底、粘稠等影响工程质量。需要注意的是聚羧酸减水剂受砂含泥量影响非常敏感，并存在含气量较大的问题，应根据混凝土情况给以重视。

5.1 砂子的含泥量问题

当砂子的含泥量较高时，聚羧酸系减水剂的减水率会明显降低。使用萘系减水剂往往用增加一些掺量来解决。聚羧酸系减水剂在增加掺量时效果不好，特别是含泥量大于5%时，混凝土质量变劣明显，混凝土成本明显增加，对此尚没有较好的解决办法，需采取措施降低含泥量。建议选择含泥量低于4%的砂（最好低于砂石规范规定的3%）。

5.2 引气性问题

聚羧酸系减水剂因原料及生产工艺而普遍存在含气量较大的问题。据报道，聚羧酸系减水剂在生产过程中，含气量一般在3%以上，有时可高达8%，应通过消泡剂和引气剂进行重新调整，即是行内经常所说的“先引后消”，通过必要的措施把含气量控制在合适范围，以消除混凝土结构表面气泡过多的问题。施工中在含气量测试条件不具备时，也可根据经验直观的判断混凝土的气泡程度通知相关人员进行调节。

表4 不同强度等级混凝土使用外加剂带来的混凝土成本变化

6 结语

聚羧酸减水剂在低掺量的情况下可实现高减水及很好的流动保持能力，并具有早强和高强特征，满足水泥混凝土各季节条件的施工，产品碱含量低，有利于抑制水泥混凝土有害的碱骨料反应，通过混凝土实验和工程应用证明国产PC100聚羧酸高效减水剂性能综合优异，产品具有的优势是传统萘系减水剂不能达到的。聚羧酸系高效减水剂不仅性能优良，并且与胶凝材料相容性好，生产无毒、无污染。通过实验和计算，在合理的价格条件下，使用聚羧酸减水剂的混凝土成本也低于萘系品种。因此聚羧酸减水剂从技术和经济两方面分析均优于萘系产品，应用在现代混凝土中的应用前景看好。

[1]游长江，丁超，胡国栋等.聚羧酸类高效减水剂的研究进展[J].高分子材料科学与工程2003（3）:34-38

[2]S.Chandra,J.Bjornstrom.Influnence of cement and superplasticzers tape and dosage on the fluidity of cement mortars-Part I,Cement and Concrete Resesrch 32(2002):1605-1611

[单位地址]新疆奎屯市银通建设监理有限公司民建分公司（833200）

王斌，新疆银通建设工程监理有限公司。