李琴

（甘肅省第八建設(shè)集團(tuán)有限公司 甘肅省天水市 741020）

聚羧酸外加劑在混凝土工程應(yīng)用中應(yīng)注意問題

李琴

（甘肅省第八建設(shè)集團(tuán)有限公司 甘肅省天水市 741020）

最近幾年來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)得到了很大的發(fā)展，一大批高層或者超高層以及大跨度的建筑大量涌現(xiàn)?；炷潦墙ㄖㄔO(shè)過(guò)程中的關(guān)鍵材料，為了提升其各方面的性能，一般都會(huì)添加各種外加劑，聚羧酸減水劑就是其中的一種，該種添加劑具備很多的優(yōu)點(diǎn)，比如摻量低、高減水率、分散性較好、保坍性好以及低沁水率等，其在建筑工程中的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。但是在具體的操作過(guò)程中，聚羧酸減水劑非常容易受到混凝土原材料的影響。本文主要針對(duì)該問題進(jìn)行了研究，闡述了混凝土原材料對(duì)于聚羧酸減水劑在應(yīng)用時(shí)的性能注意事項(xiàng)，以期能夠提升聚羧酸減水劑在混凝土中的應(yīng)用效果。

聚羧酸減水劑；應(yīng)用；混凝土；原材料；性能影響

引言

在制備混凝土的時(shí)候外加劑一般都發(fā)揮著重要的作用，已經(jīng)成為混凝土中除砂、水泥、水、石之外的又一不可缺少的重要組成部分[1]。聚羧酸減水劑減水效果非常明顯，在制備高性能混凝土的時(shí)候發(fā)揮著重要作用[2]。為了進(jìn)一步促進(jìn)該產(chǎn)品在混凝土中的應(yīng)用，有必要綜合全面系統(tǒng)地研究混凝土中各種原材料對(duì)于聚羧酸減水劑使用性能的影響規(guī)律，并了解和掌握具體的作用機(jī)理，只有這樣才能充分發(fā)揮聚羧酸減水劑的作用從而制備出性能更好的混凝土。

1 聚羧酸減水劑作用原理

聚羧酸減水劑通常為淺褐色的透明液體，主要由羧酸類接枝聚合物組成，擁有梳形分子結(jié)構(gòu)，該物質(zhì)之所以會(huì)在混凝土中發(fā)揮作用主要是因?yàn)樗辛蛩峄⒘u基、海油羧基以及烯基鏈節(jié)等，上述這些物質(zhì)都是活性基團(tuán)，作用效果明顯?？傮w而言，聚羧酸減水劑其作用原理可以分為兩類，分別為分散機(jī)理以及保持分散的機(jī)理。具體而言，所謂分散機(jī)理指的是減水劑吸附在水泥顆粒上面，然后在空間位阻效應(yīng)以及靜電斥力效應(yīng)的綜合作用下聚羧酸減水劑的分子結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成比一般減水劑效果更好的分散體系，所形成的體系表現(xiàn)為立體結(jié)構(gòu)。梳形聚合物在水泥顆粒表面吸附的時(shí)候它的狀態(tài)為齒形，分子間的靜電斥力由主鏈上的羥基、羧基、磺酸基、硫酸基等活性官能團(tuán)提供，此外，梳形聚合物其側(cè)鏈會(huì)向外延伸確保觸向水泥粒子全部部位，這樣可以確保聚羧酸減水劑靜電斥力效應(yīng)得到充分發(fā)揮[3]。同時(shí)還可以對(duì)水泥砂漿的流速進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分散體系的流動(dòng)性以及穩(wěn)定性的控制，最終確保立體空間位阻效應(yīng)得到最大程度的發(fā)揮。聚羧酸系減水劑具有非常大的空間結(jié)構(gòu)，主鏈和側(cè)鏈都很長(zhǎng)，且側(cè)鏈很多，所以具有非常多的極性基團(tuán)，以此確保較強(qiáng)的空間位阻以及靜電斥力[4]。在聚羧酸減水劑的保持分散作用以及分散作用的綜合作用下，在混凝土中加入這種減水劑之后使得混凝土流動(dòng)性很高同時(shí)坍落度保持性也較好，從而可以滿足混凝土較遠(yuǎn)的運(yùn)輸距離以及各方面的施工要求。

2 聚羧酸減水劑摻量對(duì)減水率的影響

本文選取了十種減水劑進(jìn)行對(duì)比研究，其中1～4號(hào)聚羧酸減水劑由西卡公司生產(chǎn)，5號(hào)聚羧酸減水劑為聚丙烯酸系緩釋型減水劑，6號(hào)聚羧酸減水劑為日本某公司生產(chǎn)，7～10號(hào)為國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)，7號(hào)屬于聚丙烯酸系改性減水劑，8號(hào)屬于預(yù)制構(gòu)件用減水劑，9號(hào)屬于聚醚系減水劑，10號(hào)屬于第一類聚酯系減水劑。各種減水劑其物理性能如表1所示。如圖1所示為不同摻量聚羧酸減水劑的減水率。

表1 十種減水劑物理性能

按照相關(guān)的數(shù)據(jù)以及試驗(yàn)要求，在低摻量的時(shí)候，即摻量低于或等于0.15%時(shí)，編號(hào)為1、2、4、6、7的減水劑的減水率較高，全部都大于20%，甚至部分大于25%；在一般摻量的時(shí)候，即摻量低于或等于0.2%時(shí)，上述的四種減水劑表現(xiàn)出來(lái)的減水率更高，全部都超過(guò)了25%，部分基本接近30%；而當(dāng)摻量較高的時(shí)候，即摻量在0.25～0.30范圍內(nèi)的時(shí)候，編號(hào)為2、4、6、7、8的減水劑表現(xiàn)出來(lái)的減水率是最理想的，減水率全部都大于30%，部分甚至大于35%。對(duì)圖1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在摻量較高的時(shí)候，編號(hào)為8的減水劑其減水率較高；而不管摻量為多少的時(shí)候，編號(hào)為2、4、6、7減水劑的減水率和其它減水劑相比較而言都較高，效果相對(duì)來(lái)說(shuō)更加明顯；對(duì)于1號(hào)減水劑而言，摻量在低水平的時(shí)候效果是最明顯的，其減水率反而隨著摻量的增加而降低，而當(dāng)摻量為0.25～0.30的時(shí)候其減水率達(dá)到了飽和。

圖1 不同摻量聚羧酸減水劑的減水率

3 混凝土原材料對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用性能注意事項(xiàng)

3.1 水泥

和一般的木質(zhì)素磺酸鹽系以及奈系相比較而言，聚羧酸系減水劑具有明顯的差異，表現(xiàn)為在低摻量的情況下具有較高的減水效果，并且擁有較強(qiáng)的保持坍塌能力，此外還對(duì)環(huán)境比較友好。但是還是存在一些缺點(diǎn)，即聚羧酸系減水劑具有較弱的適應(yīng)性，即容易受到混凝土原材料對(duì)其造成的影響。比如：容易和部分水泥發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致水泥砂漿其流動(dòng)性比較差，甚至影響其減水效果，變得不那么明顯，從而影響混凝土的工作性能，無(wú)法保證坍落度，強(qiáng)度發(fā)展提升緩慢等。之所以會(huì)出現(xiàn)上述的幾個(gè)問題，原因除了和聚羧酸減水劑其本身的分子結(jié)構(gòu)性質(zhì)存在關(guān)系之外，還和水泥的成分及其特性存在著緊密聯(lián)系。

水泥中還有大量的C3A和C4AF物質(zhì)，和硅酸鈣相相比較而言，這些物質(zhì)對(duì)于聚羧酸減水劑的吸附作用更大，因此，在水化反應(yīng)剛開始的時(shí)候，水泥中的C3A和C4AF會(huì)吸附非常多的減水劑，直接導(dǎo)致硅酸鹽相其表面所吸附的減水劑含量降低，且分散效果不是非常好，導(dǎo)致混凝土的初始的流動(dòng)度降低。當(dāng)水化反應(yīng)進(jìn)行到一定程度之后，C3A水化變得更快，但是水化反應(yīng)所引起的產(chǎn)物對(duì)于聚羧酸減水劑的吸附作用顯著降低，這時(shí)候就會(huì)釋放出之前吸附的減水劑，所釋放的減水劑重新回到硅酸鹽相表面，使其含量升高，這時(shí)候的流動(dòng)度就開始慢慢增大，但是如果C3A和C4AF物質(zhì)含量較高的時(shí)候，其還是會(huì)吸附非常多的減水劑，同時(shí)C3A和C4AF等在發(fā)生水化反應(yīng)的時(shí)候還消耗掉非常多的水，這種情況下對(duì)于流動(dòng)度也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。另外，聚羧酸減水劑的保留流動(dòng)度還受到水泥中石膏形態(tài)的影響，半水石膏在和水接觸的時(shí)候會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二水石膏，同時(shí)耗費(fèi)比較多的水，導(dǎo)致凈漿流動(dòng)度顯著降低。

3.2 細(xì)集料

機(jī)制砂或者天然砂是混凝土中通常使用的細(xì)集料。其中天然砂又可以細(xì)分為河砂、土砂還有經(jīng)過(guò)淡化處理后的海砂。就目前的情況來(lái)看，在制備混凝土的時(shí)候細(xì)集料是必不可少的重要原材料之一，如果在制備混凝土的時(shí)候使用了大量的聚羧酸系減水劑，聚羧酸系減水劑和細(xì)集料之間的適應(yīng)性會(huì)對(duì)混凝土的性能以及質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。根據(jù)已有的研究表明：混凝土原材料中的細(xì)集料會(huì)對(duì)聚羧酸減水劑產(chǎn)生一定的影響，顯著降低其減水作用，這種情況下不但會(huì)對(duì)混凝土的塌落度產(chǎn)生影響，甚至有可能影響到混凝土的機(jī)械性能。此外，石粉同樣會(huì)對(duì)聚羧酸系減水劑的減水效果產(chǎn)生一定的影響，在制備混凝土的時(shí)候如果使用大量石粉，這對(duì)于混凝土的流動(dòng)性來(lái)說(shuō)是非常不利的，嚴(yán)重的時(shí)候有可能使得混凝土基本無(wú)法流動(dòng)。對(duì)聚羧酸系減水劑減水效果有影響的除了細(xì)集料的含量之外，其它的一些特性同樣會(huì)在不同程度上影響聚羧酸系減水劑的減水效果，比如說(shuō)砂的細(xì)度模數(shù)，砂率以及淡化處理之后的海砂中硫酸鹽、氯離子等化學(xué)物質(zhì)的殘留量等。當(dāng)砂的細(xì)度模數(shù)非常小的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致混凝土非常干，嚴(yán)重影響混凝土的流動(dòng)性，最終影響混凝土的機(jī)械性能。當(dāng)海砂中硫酸鹽、氯離子等化學(xué)物質(zhì)的殘留量較高的時(shí)候，這些化學(xué)物質(zhì)就有可能跟聚羧酸系減水劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同樣會(huì)影響聚羧酸系減水劑的減水效果以及混凝土的質(zhì)量。

3.3 粗骨料

石、砂中的含泥量會(huì)顯著影響聚羧酸系減水劑的實(shí)用性以及適應(yīng)性，經(jīng)過(guò)研究之后發(fā)現(xiàn)，主要原因在于泥土和石、砂相比較而言對(duì)于聚羧酸減水劑的吸附力更加強(qiáng)大，這種強(qiáng)大的吸附力會(huì)在很大程度上影響聚羧酸減水劑的減水效果。石、砂中的含泥量不同，那么其對(duì)聚羧酸減水劑的減水效果的影響程度也就不一樣，如果泥的含量超過(guò)3%的時(shí)候，會(huì)使得減水劑性能出現(xiàn)顯著的降低，即便是提升摻量還是于事無(wú)補(bǔ)，流動(dòng)度始終無(wú)法滿足相關(guān)要求。除此之外，對(duì)聚羧酸減水劑存在影響的還有石子的針、片狀含量以及級(jí)配等，比如說(shuō)在石子具有相同級(jí)配等級(jí)的時(shí)候，隨著石子的片狀或者針狀含量的增加，混凝土的流動(dòng)性會(huì)變得越來(lái)越差，擴(kuò)展度變得越來(lái)越小，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)沁水、離析等問題。在具體操作過(guò)程中，不同的骨料有著不同的吸水率，比如說(shuō)有的細(xì)骨料具有較高的吸水率，但是粗骨料具有較低的吸水率，這個(gè)時(shí)候如果只是簡(jiǎn)單的變化減水劑的含氣量或者摻量，那么起到的作用就很小，為了改善這個(gè)問題，就必須要對(duì)混凝土的配合比實(shí)施一個(gè)比較大的調(diào)整才行。因此在具體的工程實(shí)踐過(guò)程中，必須要充分結(jié)合實(shí)際具體情況，比如說(shuō)泥的含量，石、砂的級(jí)配經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)，找到最優(yōu)的問題解決方案。

3.4 其它物質(zhì)

現(xiàn)代混凝土中除了那些必須的物質(zhì)之外，通常還會(huì)添加很多其他的摻合物，比如說(shuō)高爐礦渣以及粉煤灰等，同樣地，對(duì)于聚羧酸系減水劑而言，這些物質(zhì)都會(huì)在不同程度上對(duì)其減水效果產(chǎn)生影響。根據(jù)相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)控制高爐礦渣以及粉煤灰的添加量在20%和30%范圍內(nèi)的時(shí)候，可以確保聚羧酸系減水劑的減水效果最佳，并且還有助于改善混凝土的流動(dòng)性以及機(jī)械性能。

石、砂原材料中膨潤(rùn)土含量會(huì)顯著影響混凝土中聚羧酸系減水劑的使用效果，在膨潤(rùn)土的含量大于1%的時(shí)候，如果在制備混凝土的時(shí)候添加了聚羧酸系減水劑，那么就會(huì)使得整個(gè)混凝土基本上尚失流動(dòng)性。另外還有伊利土和高嶺土，雖然這兩者的影響效果不比膨潤(rùn)土，但是當(dāng)這兩種土的含量分別大于7%和5%的時(shí)候，同樣會(huì)對(duì)聚羧酸減水劑的減水效果產(chǎn)生巨大影響。膨脹土對(duì)于聚羧酸系減水劑的吸附量和普通水泥相比是其50倍，伊利土和高嶺土是5～10倍，雖然不及膨潤(rùn)土，但是造成的影響還是非常顯著的。

4 結(jié)束語(yǔ)

在建筑工程中使用聚羧酸系減水劑可以追溯到上世紀(jì)末，那時(shí)候高性能混凝土應(yīng)用正變得越來(lái)越廣泛，不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都有大量的學(xué)者對(duì)聚羧酸減水劑在混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。本文主要講述了混凝土中的各種原材料，包括水泥、細(xì)集料、粗骨料以及泥土含量等對(duì)于聚羧酸減水劑的減水效果的影響。指出在混凝土中添加聚羧酸減水劑的時(shí)候，必須要對(duì)其他原材料進(jìn)行嚴(yán)格選擇，找到最優(yōu)的混凝土配合比，只有這樣才可以確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量。

[1]程勛.混凝土原材料對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用性能的影響[D].北京工業(yè)大學(xué)，2010.

[2]黃建.混凝土原材料對(duì)聚羧酸系減水劑應(yīng)用性能的影響[D].重慶大學(xué)，2013.

[3]劉麗霞.聚羧酸減水劑對(duì)混凝土收縮性能的影響[D].重慶大學(xué)，2009.

[4]王應(yīng)，劉川，賈興文，等.泥對(duì)摻聚羧酸減水劑混凝土性能的影響及機(jī)理[C].特種混凝土與瀝青混凝土新技術(shù)及工程應(yīng)用，2012.

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1004-7344（2016）12-0285-02

2016-4-10