浅析聚羧酸减水剂在混凝土中的应用

时间：2024-04-24

朱鼎张玉生

（1.上海华登建材有限公司南京办事处，江苏南京 210000；2.南京同升新材料科技有限公司，江苏南京 210000）

关键字：聚羧酸；减水剂；混凝土；应用

混凝土外加剂的运用是混凝土技术的一次重大进步，可以提升混凝土的质量和性能，提高工程的施工速度和质量，节约水泥和能源，具有显著的经济效益和社会效益。而聚羧酸减水剂的应用使混凝土技术得到了突破式的发展。

聚羧酸减水剂的碱含量、硫酸钠及氯离子含量均非常低，而且在生产过程中不会污染自然环境。高流动度、低坍落度损失混凝土的制备因为聚羧酸减水剂的应用得以实现。可以通过对聚羧酸分子结构进行设计对其性能实行优化，使其具备了“智能型”的特点。由于分子结构特性使其具备很多优点：水泥适应性广、减水率高、保坍性能好、塑化效果优异、分子结构可塑性强、合成技术多、高性能化潜力大，所以又被称为超塑化剂。

1 减水剂的发展

第一代减水剂木质素磺酸盐是造纸业的主要副产物之一，是一种表面活性剂，具有一定的水泥颗粒分散能力。

第二代萘系减水剂也是一种阴离子型表面活性剂，能在水泥颗粒间能起到静电斥力和空间位阻斥力作用，阻止相互间直接接触，起着润滑的作用，增强了水泥浆体的流动性。

第三代聚羧酸减水剂的分子呈梳状结构，主链和侧链上均带有较多的活性基团，磺酸基团、羧酸基团和羟基基团附着在主链，而侧链上是较长的聚烷氧基基团等。各种基团对水泥颗粒的分散性有着各自作用不同。

2 聚羧酸减水剂的应用使混凝土高性能化

2.1 超高强混凝土

超高强混凝土配合比设计时一定会采用高水泥用量和低水灰比，这样必然导致混凝土黏性大、流变性差，但可以通过掺入活性微粉掺合料和聚羧酸减水剂来解决。由于聚羧酸减水剂可以对水泥颗粒起到强烈的分散作用，大幅度降低混凝土用水量，使水灰比得到最大程度的降低，因此也自然成为超高强混凝土的必要组分之一。目前在实际工程中C60 以上标号的混凝土基本上都是使用的聚羧酸减水剂，现在配制的混凝土标号已经可以达到C200。

2.2 高耐久性混凝土

当在混凝土中掺入聚羧酸减水剂时，混凝土的水灰比会因为聚羧酸的高减水率得到最大程度降低，混凝土内部可冻结的游离水大幅减少，混凝土的抗渗性能得以提高，抗冻融性能得到加强。聚羧酸减水剂较其他类型减水剂拥有更强的水泥颗粒分散性，能够优化混凝土内部孔结构与孔径，使得混凝土密实度增加、泌水通道减少，使混凝土的抗渗性能进一步提升。

聚羧酸减水剂还自带一定的引气能力，会将一些稳定的气泡引入到混凝土中，这样由于冻结和过冷水迁移所产生的膨胀压力集中可以得到有效缓解，混凝土的抗冻融性能能够得以显著增强。

聚羧酸减水剂本身的氯离子含量、硫酸钠含量、碱含量比其他类型减水剂要低，更加有利于钢筋混凝土的耐久性。有资料显示，在普通钢筋混凝土中掺用聚羧酸减水剂还可以增加钢筋-混凝土的粘结强度。

2.3 自密实混凝土

密实混凝土是指仅在重力作用下，不采取其他任何密实成型辅助措施就能够充满整个模腔而不留下任何空隙的均质的混凝土。自密实混凝土的几个技术要点缺一不可：包裹性、流动性、和易性以及保塑性能等。掺入聚羧酸减水剂在混凝土中表现出的包裹性、流动性和粘聚性等比其他系列减水剂有着明显的优势，更符合自密实混凝土的技术要求。

2.4 清水混凝土

清水混凝土是指结构混凝土硬化后不再对其表面进行任何装饰，以混凝土本色直接作为建筑物的外饰面的一种混凝土。清水混凝土特有的装饰效果使建筑物拥有自然、古朴稳重的质感，目前已在建筑、交通、航空、水利等工程项目上得以应用。清水混凝土作为装饰面，意味着对混凝土外观有很高要求。掺用聚羧酸减水剂的混凝土外观感光度高、色泽均一，这一点是免装饰工程追求的目标，也是其他系外加剂不可比拟的。

3 聚羧酸减水剂在实际应用中的问题及解决方法

目前，聚羧酸减水剂的应用已经比较普遍，但在实际应用中仍然存在着不少问题。由于考虑到经济效益，现在减水剂的选择只能一味追求高减水率和低价格。所以聚羧酸减水剂应用最多的是直接用常规常温合成的高减水型母液复配一些辅料，或者常温合成的高减水型母液加一定量保坍型母液再复配一些辅料。而使用高品质原料、通过分子结构设计、运用先进工艺生产的性能较好的功能性母液由于价格较贵或减水率不高，得不到规模性应用。再加之近两年，由于国家环保政策调控，砂石料供应紧张、价格上涨且质量不能达到保证，连水泥品质都时有波动，这也就导致了在实际工程应用中会经常出现一些问题，甚至出现聚羧酸减水剂不如萘系、脂肪族减水剂好用的声音。

3.1 对用水量敏感

掺用高减水型聚羧酸减水剂生产大流动性混凝土时，有时混凝土虽然不泌水，但也容易出现离析、泌浆现象，粗集料下沉，而砂浆或净浆浮于拌合物表面。如果使用这种拌合物进行浇筑，无需振捣，分层、离析也明显存在，混凝土的均匀性得不到保证，成型后的混凝土结构表面会出现孔洞、麻面等明显缺陷，混凝土的力学性能及耐久性能也会严重下降。这主要因为减水剂的减水率偏大，所以混凝土的状态对用水量的敏感性就比较高，所以使用时必须严格控制减水剂掺量和用水量。还可以通过复配手段将聚羧酸减水剂的固含降低，提高单方混凝土的减水剂掺量，以降低减水剂的敏感性，更便于找到减水剂的最佳掺量。

3.2 有缓释现象

聚羧酸减水剂在应用过程中，有时刚出机混凝土包裹性、和易性良好，经过一段时间到了工地现场，混凝土出现泌浆、离析甚至泌水现象。聚羧酸减水剂发生了缓慢释放作用的情况，这主要是由聚羧酸减水剂保坍组分造成的。这时可以通过适当延长搅拌时间、将混凝土出机坍落度降低、降低减水剂掺量等措施及时调整。尽快调整聚羧酸减水剂配方，将保坍组分适当减少。另外要注意保证混凝土原材料的稳定性，避免大幅波动。

3.3 对气温较敏感

当气温较低时，减水剂微小的掺量波动都会使混凝土状态变化很大，特别是使用常规高减水型聚羧酸减水剂时，混凝土容易产生泌浆、离析现象。在西部早晚温差比较大的地区，晚上的聚羧酸减水剂掺量甚至只有白天的60%。这主要和气温低时聚羧酸减水剂与水泥的活性降低有关。出现这种情况时，应该及时调整减水剂掺量，并且延长混凝土搅拌时间。

3.4 外观气泡问题

使用聚羧酸减水剂浇筑混凝土，有时拆完模后发现混凝土表面有不少气泡，影响外观质量。通过调整减水剂解决气泡问题的话，可以从两方面入手：1）复配适量的消泡剂。因为聚羧酸减水剂本身自带一点引气效果，加入消泡剂可以消除掉混凝土表面的一些小气泡；2）适当减少减水剂中的保坍组分。这样可以消除掉混凝土表面的一些中等气泡，因为保坍性能太好时，当混凝土已经入模浇筑完成后，减水剂还在与水泥发生反应，由此还会产生一定的气泡。

当然混凝土表面产生气泡的原因有很多，还可以通过调整混凝土的配合比、调整坍落度大小、变换施工工艺和振捣方式、使用水性脱模剂等技术手段来解决气泡问题。

3.5 对含泥量较敏感

聚羧酸减水剂对混凝土原材料中的含泥量较其他类型的减水剂更加敏感，砂石料中的含泥量对聚羧酸减水剂的保坍性能和减水性能会造成巨大的负面影响，直接影响到混凝土的各项性能，给实际生产带来不便。这主要是因为聚羧酸减水剂分子会被黏土层间结构大量吸附，而其他类型减水剂分子的被吸附量则相对较少。但这种情况可以通过提高减水剂的掺量以及增加聚羧酸减水剂中的保坍组分来解决。