孫振平，吳小琴，羅瓊，姜愛峰，劉樸，劉海峰

(1.同濟(jì)大學(xué)先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092； 2.上海市浦東新區(qū)建交委，上海 200135；3.上海浦東工程建設(shè)管理有限公司，上海 201203)

2009年12月，國務(wù)院總理溫家寶在哥本哈根氣候變化大會(huì)上鄭重承諾：中國決定到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40%～45%。要實(shí)現(xiàn)這一承諾，必須加快推進(jìn)我國水泥混凝土工業(yè)節(jié)能減排的步伐，提高混凝土應(yīng)用外加劑的比例。而聚羧酸系減水劑作為繼萘系、密胺系、脂肪族系和氨基磺酸鹽系減水劑之后一種新型高性能減水劑，以其在摻量較低(固體摻量0.15%～0.25%)時(shí)就能產(chǎn)生理想的減水和增強(qiáng)效果、大幅度降低混凝土中的水泥用量、提高混凝土對固體廢棄物的利用率，加之生產(chǎn)過程中又不使用甲醛和不排放出廢液等突出特點(diǎn)，在我國混凝土行業(yè)中必將得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。

然而，聚羧酸系減水劑作為一種特殊的外加劑品種，要想規(guī)范、安全、高效地為混凝土實(shí)際工程和混凝土行業(yè)的節(jié)能減排服務(wù)，必須編制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，指導(dǎo)其正常的生產(chǎn)和規(guī)范使用。鑒于混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范編制工作正在展開，本文結(jié)合目前國內(nèi)聚羧酸系減水劑的應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)，就聚羧酸系減水劑的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的編制提出作者的觀點(diǎn)，供有關(guān)部門參考。

1 聚羧酸系減水劑的產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)國家和鐵道部有關(guān)規(guī)定，鐵路工程混凝土必須具備高耐久性、高穩(wěn)定性、高保塑性、高強(qiáng)度和高環(huán)保等特性，所以，鐵道部科技司于2006年發(fā)布了《客運(yùn)專線高性能混凝土用外加劑產(chǎn)品檢驗(yàn)細(xì)則》，規(guī)定只有經(jīng)各項(xiàng)考核達(dá)標(biāo)的企業(yè)，其產(chǎn)品也經(jīng)檢驗(yàn)符合該檢驗(yàn)細(xì)則規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)時(shí)，該產(chǎn)品才可用于客運(yùn)專線工程。盡管鐵道部的細(xì)則包括13條之多，但并沒有考慮產(chǎn)品的應(yīng)用特性、技術(shù)難題和工程事故時(shí)有發(fā)生。2007年，由中國建筑科學(xué)研究院組織編制并頒布了建工部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JGC/T223-2007 聚羧酸系高性能減水劑》[1]，這是國內(nèi)外第一部專門針對聚羧酸系減水劑的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)將聚羧酸系高性能減水劑分為緩凝型(HN)和非緩凝型(FHN)兩類。2008年發(fā)布并于2009年12月開始實(shí)施的《GB8076-2008 混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)中也增加了“高性能減水劑”的產(chǎn)品，將其分為標(biāo)準(zhǔn)型(HPWR-S)、早強(qiáng)型(HPWR-A)和緩凝型(HPWR-R)三類[2]。

目前我國聚羧酸系減水劑的產(chǎn)量占減水劑總產(chǎn)量的比例已開始大幅上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年我國聚羧酸系減水劑使用量約5萬噸，2006年上升為15萬噸，2007年這一紀(jì)錄被41.3萬噸刷新。這兩年高鐵和城市地鐵的大規(guī)模建設(shè)投資更大，2008年和2009年聚羧酸系減水劑的用量已分別超過80萬噸和120萬噸，增幅十分顯著。

盡管聚羧酸系減水劑用量很大，但其在工程應(yīng)用中的具體表現(xiàn)卻并不盡如人意。究其原因，是缺少對其應(yīng)用特性歸納分析基礎(chǔ)上制定的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。

2 聚羧酸系高性能減水劑在工程應(yīng)用中的技術(shù)特點(diǎn)

筆者根據(jù)這些年聚羧酸系減水劑的實(shí)際應(yīng)用情況，將其技術(shù)特點(diǎn)歸納為以下幾點(diǎn)：

（1）混凝土減水率與凈漿流動(dòng)度、砂漿減水率關(guān)系不密切

聚羧酸系減水劑在混凝土中的減水率測試結(jié)果與其凈漿流動(dòng)度、砂漿減水率之間的關(guān)系不密切，這一點(diǎn)對工程中常用凈漿流動(dòng)度或/和砂漿減水率評價(jià)減水劑的減水率的做法提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

（2）混凝土坍落度保持性與凈漿流動(dòng)度保持性關(guān)系不密切

坍落度保持性是聚羧酸系減水劑的一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。為簡便起見，許多混凝土攪拌站通過測定摻聚羧酸系減水劑的凈漿流動(dòng)度的保持性，來間接考查混凝土的坍落度保持性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們之間不存在對應(yīng)性。

（3）混凝土抗壓強(qiáng)度比與減水率之間的關(guān)系不甚密切

所有減水劑的抗壓強(qiáng)度比測試結(jié)果與減水率并不呈正比關(guān)系，其原因在于減水劑通常有一定的引氣性，不同減水劑的引氣量不同，而即使引氣量相同，氣泡結(jié)構(gòu)也有很大差異。此外，減水劑中活性基團(tuán)、游離的離子不同，這些因素對水泥水化進(jìn)程均有不同程度的影響，因而會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。

（4）減水增強(qiáng)效果對混凝土原材料和配合比的依賴性大

聚羧酸系減水劑在較低摻量情況下就具有較好的減水效果，其減水率比其它品種減水劑大得多。但必須注意的是，與其它減水劑相比，聚羧酸系減水劑的減水效果與試驗(yàn)條件的關(guān)系更大?；炷林屑系念w粒級(jí)配以及砂率，對聚羧酸系減水劑的塑化效果影響也非常大。另外，聚羧酸系減水劑和其它減水劑一樣，“減水率”還取決于攪拌工藝，如果采用手工拌合，測得的“減水率”往往比機(jī)械攪拌低2～4個(gè)百分點(diǎn)。

（5）減水效果對減水劑摻量的依賴性很大

聚羧酸系減水劑的作用效果對其摻量十分敏感，使用時(shí)只有達(dá)到它的飽和摻量，才能起到良好的減水效果，摻量過大則會(huì)引起離析、泌水而使減水、增強(qiáng)效果下降。

（6）所配制的混凝土拌合物的性能對用水量十分敏感

當(dāng)使用萘系減水劑、木質(zhì)素磺酸鹽減水劑配制混凝土?xí)r，一般用水量增加10～15 kg/m3，混凝土拌合物不會(huì)出現(xiàn)泌水、離析現(xiàn)象。而采用聚羧酸系減水劑制備的混凝土拌合物，其性狀對用水量十分敏感。有時(shí)用水量即使增加1～3kg/m3，混凝土拌合物便立刻嚴(yán)重泌水，采用這種拌合物絕對無法保證澆注體的均勻性，而易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物表面出現(xiàn)麻面、起砂、孔洞等難以接受的缺陷，且結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度和耐久性嚴(yán)重下降。

（7）所配制混凝土的和易性同時(shí)依賴于減水劑摻量和用水量

現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用聚羧酸系減水劑配制的混凝土，其和易性同時(shí)依賴于減水劑摻量和用水量，若減水劑摻量稍高，可能用水量減少了一些，但卻容易出現(xiàn)扒底、露石，且坍落度損失迅速，此時(shí)只要稍微減少減水劑用量而增加部分水就可以解決問題。

（8）所配制的大流動(dòng)性混凝土容易分層離析

大部分情況下，采用聚羧酸系減水劑配制的大流動(dòng)性混凝土，即使減水劑摻量、用水量控制都是最佳的，混凝土拌合物也不泌水，但卻非常容易出現(xiàn)分層、離析現(xiàn)象，具體的表現(xiàn)是粗集料全部下沉，而砂漿或凈漿位于集料的上部。采用這種混凝土拌合物進(jìn)行澆注，即使不振動(dòng)，分層、離析也明顯存在。所以，采用聚羧酸系減水劑配制清水混凝土、自密實(shí)混凝土絕非易事。

（9）與其它品種減水劑的相溶性很差，甚至無疊加的作用效果

傳統(tǒng)的減水劑，如木質(zhì)素磺酸鹽減水劑、萘系高效減水劑、密胺系高效減水劑、脂肪族系高效減水劑以及氨基磺酸鹽高效減水劑，完全可以任何比例復(fù)合摻加，以滿足不同工程的特殊配制要求，或獲得更好的經(jīng)濟(jì)性。這些減水劑復(fù)配使用都能得到疊加的(大多數(shù)情況下優(yōu)于單摻)使用效果，且這些減水劑的溶液都可以互溶(除了木質(zhì)素磺酸鹽減水劑與萘系減水劑互溶產(chǎn)生部分沉淀但并不影響使用效果外)。但聚羧酸系減水劑與其它品種減水劑復(fù)合使用，卻不易得到疊加的效果，且聚羧酸系減水劑溶液與其它品種減水劑溶液的互溶性本身就很差。筆者對這一問題的研究結(jié)果表明[3]：

1）從溶液的互溶性來看，聚羧酸系減水劑與密胺系減水劑或脂肪族系減水劑溶液不能復(fù)配在一起摻加，而不考慮復(fù)合使用效果的情況下，聚羧酸系減水劑存在與木質(zhì)素磺酸鹽、萘系、氨基磺酸鹽系減水劑復(fù)配使用的可能性。

2)從復(fù)合摻加后的疊加效果來看，聚羧酸系減水劑與木質(zhì)素磺酸鹽減水劑和脂肪族系減水劑存在復(fù)合摻加使用的可能性，但由于聚羧酸系減水劑與脂肪族系減水劑不互溶，實(shí)際上聚羧酸系減水劑只能與木質(zhì)素磺酸鹽減水劑進(jìn)行復(fù)配。

（10）與常用改性組分的相容性較差

目前關(guān)于對減水劑的復(fù)配改性技術(shù)措施，基本上都是建立在對木質(zhì)素磺酸鹽系、萘系高效減水劑等傳統(tǒng)減水劑改性措施的基礎(chǔ)上的。試驗(yàn)證明，過去的改性技術(shù)措施并不一定適合于聚羧酸系減水劑，如對萘系減水劑進(jìn)行改性的緩凝成分中，檸檬酸鈉就不適合聚羧酸系減水劑，它不僅起不到緩凝作用，反而有可能促凝，且檸檬酸鈉溶液和聚羧酸系減水劑的互溶性也很差。再者，許多品種的消泡劑、引氣劑和增稠劑也不適合于聚羧酸系減水劑。

3 關(guān)于聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的討論

由于聚羧酸系減水劑存在以上技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用難題，工程中不能簡單地參照《GB50119-2003 混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[4]中的高效減水劑條目指導(dǎo)應(yīng)用，必須盡快編制專門的聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。下面是作者對該規(guī)范編制的一些初步看法：

（1）根據(jù)工程實(shí)際的需求，聚羧酸系減水劑可分為標(biāo)準(zhǔn)型、緩凝型、超緩凝型、引氣型和早強(qiáng)型五類。

目前，早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑已開始有較成熟的產(chǎn)品，為推進(jìn)其在預(yù)制混凝土中的應(yīng)用，增加這一產(chǎn)品類別是比較有利的。而引氣型產(chǎn)品則適合于對抗凍融循環(huán)性要求高的混凝土工程。因?yàn)榫埕人嵯禍p水劑產(chǎn)品的引氣量測試值從1%到10%甚至10%以上，變化范圍很大，所以建議這項(xiàng)規(guī)定，以便將它們區(qū)分開來。

根據(jù)形態(tài)，聚羧酸系減水劑有水溶液和粉劑兩類。

（2）關(guān)于產(chǎn)品類別的選擇，應(yīng)作如下規(guī)定：

1) 聚羧酸系減水劑產(chǎn)品類別的選擇應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)和施工要求選擇，通過試驗(yàn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的比較確定。

2) 嚴(yán)禁使用對人體產(chǎn)生危害、對環(huán)境產(chǎn)生污染的聚羧酸系減水劑。

3) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土所用水泥，宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥，并應(yīng)采用合適的摻量檢驗(yàn)外加劑與水泥的適應(yīng)性，符合要求方可使用。

4) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土所用摻合料，宜采用礦渣粉、粉煤灰、硅灰、石灰石粉以及它們的復(fù)合產(chǎn)品等，并應(yīng)檢驗(yàn)外加劑與摻合料的適應(yīng)性，符合要求方可使用。

5) 摻外加劑混凝土所用材料如水泥、砂、石、摻合料、外加劑均應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。試配摻聚羧酸系減水劑的混凝土?xí)r，應(yīng)采用工程使用的原材料，檢測項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)及施工要求確定，檢測條件應(yīng)與施工條件相同，當(dāng)工程所用原材料或混凝土性能要求發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)再進(jìn)行試配試驗(yàn)。

6) 嚴(yán)禁在工地現(xiàn)場不經(jīng)檢驗(yàn)，將聚羧酸系減水劑與其它品種外加劑復(fù)配在一起使用。

（3）關(guān)于產(chǎn)品的檢驗(yàn)，應(yīng)作如下規(guī)定：

1) 聚羧酸系減水劑進(jìn)場時(shí)，必須提供以下技術(shù)文件：產(chǎn)品說明書，并應(yīng)標(biāo)明產(chǎn)品類別及其主要成分；出廠檢驗(yàn)報(bào)告及合格證；摻外加劑混凝土性能檢驗(yàn)報(bào)告；產(chǎn)品應(yīng)用范圍及特性等。

2) 聚羧酸系減水劑運(yùn)到工地（或混凝土攪拌站）應(yīng)立即取代表性樣品進(jìn)行檢驗(yàn)。

3) 檢驗(yàn)所用材料如水泥、砂、石、摻合料均應(yīng)為工程取樣材料，且應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。檢驗(yàn)采用的混凝土配合比、檢測條件應(yīng)與施工條件相同，當(dāng)工程所用原材料或混凝土性能要求發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)再進(jìn)行檢驗(yàn)。

（4）生產(chǎn)混凝土?xí)r，聚羧酸系減水劑的計(jì)量要求如下：

聚羧酸系減水劑應(yīng)用時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格計(jì)量，配料控制系統(tǒng)標(biāo)識(shí)應(yīng)清楚、計(jì)量應(yīng)準(zhǔn)確，計(jì)量誤差不應(yīng)大于外加劑用量的1%。

（5）關(guān)于產(chǎn)品的復(fù)配使用，應(yīng)該作強(qiáng)制性的規(guī)定：

1) 除木質(zhì)素系減水劑和膨脹劑外，不應(yīng)將聚羧酸系減水劑與其它品種外加劑復(fù)配使用。

2) 當(dāng)與其它品種外加劑復(fù)合使用時(shí)，必須密切注意它們的相容性及對混凝土性能的影響，并進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)配效果的評價(jià)，滿足要求方可使用。

（6）聚羧酸系減水劑的運(yùn)輸與貯存應(yīng)滿足如下要求：

1) 聚羧酸系減水劑的輸送、運(yùn)輸和貯存不得采用鐵制材料(不銹鋼除外)，而應(yīng)采用塑料、玻璃等材質(zhì)。

2) 產(chǎn)品運(yùn)輸、貯存過程中防止水分蒸發(fā)和遭受污染。

（7）聚羧酸系減水劑可以采用后摻法或二次添加法，但應(yīng)作如下規(guī)定：

《GB50119-2003 混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)摻加泵送劑的混凝土從預(yù)拌混凝土廠運(yùn)送至澆注現(xiàn)場，可能由于路途遙遠(yuǎn)、堵車或等待澆注的時(shí)間過長，混凝土坍落度損失過大，以致于不適于泵送或澆注施工時(shí)，可以采用二次添加泵送劑的方法，將一定量泵送劑摻入混凝土運(yùn)輸攪拌車中快速運(yùn)轉(zhuǎn)，至攪拌均勻，測定坍落度符合要求后進(jìn)行泵送和澆注。

摻加聚羧酸系減水劑的混凝土，因不可預(yù)測的原因造成其坍落度損失過大時(shí)，也可以采用二次添加減水劑的方法，恢復(fù)混凝土的流動(dòng)性，以免造成混凝土拌合物的浪費(fèi)。但是由于混凝土拌合物性能對聚羧酸系減水劑的摻量相當(dāng)敏感，一旦過量很易造成離析、泌水，甚至分層。實(shí)際施工時(shí)，關(guān)于聚羧酸系減水劑二次添加與否、二次添加的數(shù)量等，應(yīng)遵照專家意見，并進(jìn)行嚴(yán)格試驗(yàn)，充分驗(yàn)證其可行性后方可進(jìn)行。

（8）關(guān)于混凝土的振搗，也應(yīng)作嚴(yán)格規(guī)定。

由于摻加聚羧酸系減水劑制備的混凝土坍落度一般較大，再加上拌合物粘度較低，所以混凝土拌合物澆注后的振搗半徑和振搗時(shí)間應(yīng)通過試驗(yàn)確定，或應(yīng)聽從專家指導(dǎo)。振搗半徑過小，或振搗時(shí)間過長，都很易造成混凝土含氣量嚴(yán)重下降、集料相與漿體相嚴(yán)重分層等結(jié)構(gòu)缺陷。

（9）關(guān)于混凝土的初期養(yǎng)護(hù)，更應(yīng)引起注意。

從本文所參考的標(biāo)準(zhǔn)都可看出，聚羧酸系減水劑對混凝土干縮性能影響較小，或者說摻加聚羧酸系減水劑不過分增加混凝土的干縮。但這決不代表摻加聚羧酸系減水劑的混凝土可以放松甚至取消養(yǎng)護(hù)。

與摻加其它外加劑的混凝土一樣，摻加聚羧酸系減水劑的混凝土澆注振搗密實(shí)后的表面二次抹壓、薄膜覆蓋或噴霧等，對防止其塑性收縮裂縫非常有效。而連續(xù)的7d或14d的保濕養(yǎng)護(hù)則不僅是混凝土強(qiáng)度正常增長的需要，也是防止其干燥收縮裂縫的保障。

（10）其它方面。

關(guān)于產(chǎn)品的檢驗(yàn)，應(yīng)堅(jiān)決取消凈漿流動(dòng)度和砂漿減水率，避免這些試驗(yàn)結(jié)果的誤導(dǎo)作用，并應(yīng)增加混凝土減水率與抗壓強(qiáng)度比的結(jié)合。

另外，是否對摻聚羧酸系減水劑混凝土原材料中砂、石的含泥量作進(jìn)一步限制，是否對粉煤灰的燒失量作進(jìn)一步限制，尚需大量的驗(yàn)證試驗(yàn)。

4 結(jié)語

對任何一項(xiàng)新產(chǎn)品，其應(yīng)用技術(shù)規(guī)程都是十分重要的。即使當(dāng)前有不成熟的地方，今后還會(huì)很快被修訂。廣大工程應(yīng)用單位希望聚羧酸系減水劑的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范能盡快編制發(fā)行。

[1]JG/T223-2007.聚羧酸系高性能減水劑[S].中華人民共和國建設(shè)部發(fā)布，2007.8.

[2]GB8076-2008.混凝土外加劑[S].中國人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布，2008.

[3]孫振平，蔣正武，王建東.聚羧酸系減水劑與其他減水劑復(fù)配性能的研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2008，11(5)，585-590[4]GB50119-2003.混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].中華人民共和國建設(shè)部發(fā)布，2003.9.1