王險(xiǎn)峰,李天勝,趙年全,裴繼凱,張寶川,黃直久,王自為,任建國(guó)*

(1.山西大學(xué) 混凝土外加劑技術(shù)研究中心，山西 太原 030006；2.山西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山西 太原 030006；3.山西山大合盛新材料股份有限公司，山西 太原 030006；4.中鐵十二局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

1 聚羧酸減水劑的發(fā)展及工程應(yīng)用

混凝土減水劑已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土中必不可少的重要組分,減水劑的質(zhì)量也成為影響混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一,而減水率是混凝土減水劑最關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù),也是評(píng)價(jià)減水劑產(chǎn)品性能和質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。

混凝土技術(shù)的發(fā)展催生了混凝土外加劑技術(shù),外加劑技術(shù)的發(fā)展又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了混凝土技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)效率的提高。2005年以后我國(guó)高鐵建設(shè)逐漸進(jìn)入高潮,高鐵建設(shè)對(duì)高性能減水劑——聚羧酸減水劑的推廣應(yīng)用起了至關(guān)重要的作用。由于鐵路項(xiàng)目大部分為野外暴露工程,對(duì)混凝土耐久性要求很高,而使用聚羧酸減水劑是保障混凝土耐久性的有效技術(shù)手段。在這種情況下,鐵路建設(shè)率先推廣使用了聚羧酸減水劑,催生了我國(guó)聚羧酸減水劑整個(gè)行業(yè)[1]。

我國(guó)的聚羧酸減水劑產(chǎn)品技術(shù)在2002年以前均停留在實(shí)驗(yàn)室小試階段,重大工程主要依靠進(jìn)口產(chǎn)品。之后由于中國(guó)高鐵建設(shè)的推進(jìn)發(fā)展,先后出現(xiàn)了MPEG(甲氧基聚乙二醇)酯類聚羧酸減水劑(減水率為25%～35%),APEG(烯丙基聚乙二醇)醚類聚羧酸減水劑(減水率為20%～30%),IPEG(異戊二烯基聚乙二醇)和HPEG(異丁烯基聚乙二醇)聚醚類聚羧酸減水劑(減水率高達(dá)35%～45%),聚羧酸減水劑的減水率大幅提高,其性能也十分優(yōu)異[2]。雖然國(guó)內(nèi)聚羧酸減水劑技術(shù)得到了很大的發(fā)展與提高,但是在這些年聚羧酸減水劑使用過(guò)程中也暴露出許多問(wèn)題,如何全面反映減水劑在當(dāng)今混凝土中的性能,準(zhǔn)確反映減水劑在混凝土中的表現(xiàn),為混凝土減水劑技術(shù)發(fā)展指出正確的方向,是檢測(cè)工作亟待解決的重大問(wèn)題。2000年王宇等做了萘系減水劑與聚羧酸減水劑減水率測(cè)試的對(duì)比,強(qiáng)調(diào)減水率測(cè)定時(shí)混凝土必須要具備好的和易性,在(80±10) mm坍落度下通過(guò)外摻粉煤灰改善混凝土和易性，得出了比較合適的聚羧酸減水劑減水率[3]。2006年芮君渭做了萘系減水劑在不同水泥用量下的減水率測(cè)定,發(fā)現(xiàn)不同水泥用量對(duì)萘系減水劑的減水率影響很大[4]。目前用量最大的商品混凝土均為大流動(dòng)性(坍落度(210±10) mm)、高性能混凝土(大量使用礦物摻合料),膠凝材料使用量一般都大于400 kg/m3,而現(xiàn)行的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際應(yīng)用情況存在明顯差距,無(wú)法準(zhǔn)確反映聚羧酸減水劑的減水率真實(shí)情況,因此,制定合適的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)就變得十分迫切。

2 國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于減水率檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的討論及試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中減水率的檢測(cè)方法

我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 8076—2008《混凝土外加劑》的6.2配合比一節(jié)中,規(guī)定了減水率的檢測(cè)方法為:基準(zhǔn)混凝土配合比按JGJ 55進(jìn)行設(shè)計(jì);摻非引氣型外加劑的受檢混凝土和其對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)混凝土的水泥、砂、石的比例相同;配合比設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下規(guī)定[5-6]:

(1)水泥用量:摻高性能減水劑或泵送劑的基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的單位水泥用量為360 kg/m3;摻其他外加劑的基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土單位水泥用量為330 kg/m3。

(2)砂率:摻高性能減水劑或泵送劑的基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的砂率均為43%～47%;摻其他外加劑的基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的砂率為36%～40%;但摻引氣減水劑或引氣劑的受檢混凝土的砂率應(yīng)比基準(zhǔn)混凝土的砂率低1%～3%。

(3)外加劑摻量:按生產(chǎn)廠家指定摻量。

(4)用水量:摻高性能減水劑或泵送劑的基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在(210±10) mm,用水量為坍落度在(210±10) mm時(shí)的最小用水量;摻其他外加劑的基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在(80±10) mm。

在國(guó)標(biāo)中還是考慮到了使用大流動(dòng)性混凝土來(lái)檢測(cè)聚羧酸高性能減水劑的減水率的,在2012年實(shí)施的JG/T 377—2012《混凝土防凍泵送劑》中,減水率檢測(cè)也采用了GB 8076—2008《混凝土外加劑》中的試驗(yàn)方法[7]。但行業(yè)中對(duì)這種測(cè)試減水率的方法是有不同觀點(diǎn)的,比如:這種試驗(yàn)方法使用水泥用量為360 kg/m3,而現(xiàn)在混凝土發(fā)展方向是高性能混凝土,一般情況下其膠凝材料用量超過(guò)400 kg/m3，甚至超過(guò)500 kg/m3。在這種情況下,應(yīng)該采用膠凝材料用量大的混凝土配合比來(lái)檢測(cè)減水劑的性能,而采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的膠凝材料用量無(wú)法體現(xiàn)減水劑在膠凝材料用量大的混凝土配合比中的性能優(yōu)劣?？紤]到全國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的不平衡問(wèn)題,以后修訂標(biāo)準(zhǔn)再做考慮也不失為一種辦法。

2.2 鐵路標(biāo)準(zhǔn)中聚羧酸減水劑減水率的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

聚羧酸減水劑最早是在高鐵建設(shè)中大量使用的,所以非常有必要詳細(xì)說(shuō)明鐵路標(biāo)準(zhǔn)中的減水率測(cè)定要求[8],在TB 10424—2010《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中,聚羧酸系高性能減水劑的性能要求如表1所示。

從表1中可以看出,鐵路混凝土中對(duì)高性能減水劑——聚羧酸減水劑的減水率檢測(cè)規(guī)定了最好使用(80±10) mm的坍落度,這顯然是與GB8076-2008 《混凝土外加劑》中不一致的地方。以下我們進(jìn)行試驗(yàn)，探討哪種指標(biāo)更適于聚羧酸系高性能減水劑的檢測(cè)與應(yīng)用。

表1 聚羧酸系高性能減水劑的性能

3 試驗(yàn)與討論

針對(duì)以上標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)了幾組試驗(yàn),結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出以下幾點(diǎn)討論及建議。

(1)在TB 10424中“抽檢試驗(yàn)用水泥宜為工程用水泥”這個(gè)提法非常合理,因?yàn)樗嗪突炷镣饧觿┐嬖谶m應(yīng)性問(wèn)題,而且這個(gè)問(wèn)題越來(lái)越突出,所以使用工程水泥既可以對(duì)實(shí)際應(yīng)用有指導(dǎo)意義,又可以同時(shí)考察外加劑和水泥適應(yīng)性問(wèn)題。

(2)在TB 10424中的表6.2.5-2中規(guī)定,減水率的檢測(cè)方法是按GB 8076規(guī)定來(lái)檢驗(yàn),那么按GB 8076中規(guī)定:“摻高性能減水劑或泵送劑的基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在(210±10) mm,用水量為坍落度在(210±10) mm時(shí)的最小用水量”,而這時(shí)就不應(yīng)該是“混凝土坍落度宜為(80±10) mm”了。

受人口持續(xù)增加、經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的影響，流域排污量大，水體污染嚴(yán)重。全流域開(kāi)展監(jiān)測(cè)的48條河道（段）824km河長(zhǎng)中，165km水質(zhì)基本好于V類，其余河道（段）基本為劣V類，流域水質(zhì)狀況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足水體功能要求。

(3)關(guān)于減水劑減水率的檢測(cè)方法,基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的坍落度選擇越大越有利于高性能減水劑發(fā)揮其減水效果,其試驗(yàn)結(jié)果如表2和圖1所示。

表2 不同稠度的混凝土的減水效果

Fig.1 Change of water consumption圖1 用水量變化比較

由表2和圖1可以看出,高性能減水劑的作用在大流動(dòng)性混凝土中表現(xiàn)尤為明顯,在塑性混凝土中較差,在干硬性混凝土中減水效果最差;摻外加劑的混凝土中即使增加少量的用水量就可以大幅提高混凝土坍落度,而不摻外加劑的混凝土沒(méi)有這種現(xiàn)象。

(4)現(xiàn)在在全國(guó)范圍內(nèi)泵送混凝土也是普遍使用的,目前泵送混凝土已經(jīng)普遍使用坍落度為(180±30) mm(混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況一般比較偏向大坍落度,基本都在200 mm以上)[10]?；炷辽a(chǎn)主要是大流動(dòng)性混凝土,因此選擇“基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在(210±10) mm”這一標(biāo)準(zhǔn)明顯更為貼近工程實(shí)際?？疾鞙p水劑的減水效果,應(yīng)該更重視減水劑在大流動(dòng)性混凝土中的表現(xiàn)。

(5)按“基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在(80±10) mm”來(lái)試驗(yàn),得出的減水率較低,而這樣的減水劑使用在大流動(dòng)性混凝土中通常表現(xiàn)出極高的減水率,會(huì)造成混凝土離析、泌水,對(duì)用水量十分敏感,不易控制(用水量稍有波動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)度過(guò)小或者離析)等問(wèn)題。這種情況下即使通過(guò)減少混凝土用水量也難以調(diào)整,用水量減少到一定程度會(huì)出現(xiàn)坍落度很大但混凝土流動(dòng)速率很慢,混凝土發(fā)黏、“抓底”的現(xiàn)象,造成泵送和澆筑困難,并且混凝土成型后出現(xiàn)“蜂窩、麻面”等質(zhì)量問(wèn)題。

(6)在鐵路混凝土中由于這樣的減水劑不適合工地現(xiàn)場(chǎng)使用,就出現(xiàn)了送檢樣和實(shí)際使用產(chǎn)品不符的情況,這樣反而是實(shí)際使用的外加劑處在不受控狀態(tài)。

(7)在試驗(yàn)操作中摻有高性能減水劑的混凝土在小坍落度范圍不易控制,坍落度控制在(80±10) mm是非常困難的,一般需要多次的試驗(yàn)嘗試,給試驗(yàn)的可操作性帶來(lái)困難,也使試驗(yàn)數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性降低。

(8)鐵路混凝土用聚羧酸減水劑要通過(guò)TB 10424的檢驗(yàn),就要使用高濃度的聚羧酸減水劑,由于減水劑為高分子表面活性劑,引氣一般較多,這時(shí)含氣量就很容易超標(biāo)(含氣量>3%),需要使用大劑量的消泡劑進(jìn)行消泡處理。符合鐵路混凝土標(biāo)準(zhǔn)的減水劑在實(shí)際工程中應(yīng)用效果較差,與工程中使用的大流動(dòng)性泵送混凝土的適應(yīng)性問(wèn)題突出。

表3 聚羧酸減水劑在不同水泥用量下的減水率

由表3可以看出,聚羧酸減水劑在不同水泥用量下測(cè)定的減水率是有很大區(qū)別的,同一聚羧酸減水劑在不同水泥用量的配合比下測(cè)試其減水率,其減水效果差異很大,減水率最大差值為12%。

4 結(jié)論

減水率的檢測(cè)方法應(yīng)該準(zhǔn)確反映減水劑的使用性能和效果,應(yīng)該針對(duì)目前使用廣泛的混凝土進(jìn)行,應(yīng)科學(xué)的將檢測(cè)工作與工程實(shí)踐相結(jié)合,以有效的指導(dǎo)工程實(shí)踐。聚羧酸高性能減水劑是隨著高性能混凝土發(fā)展起來(lái)的,高性能混凝土其中最基本的一項(xiàng)性能就是高流動(dòng)性,應(yīng)該使高性能減水劑的檢測(cè)工作也統(tǒng)一到高流動(dòng)性上面來(lái)。

(1)對(duì)高性能減水劑檢測(cè)來(lái)說(shuō),摻高性能減水劑或泵送劑的基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在(210±10) mm,用水量為坍落度在(210±10) mm時(shí)的最小用水量,才能最大限度發(fā)揮高性能減水劑的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn);

(2)減水率的大小與減水劑種類、水泥用量和混凝土坍落度有密切關(guān)系;

(3)聚羧酸減水劑減水率檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定,應(yīng)該結(jié)合實(shí)際使用情況,采用更加規(guī)范、合理的檢測(cè)方法,為聚羧酸減水劑的推廣應(yīng)用提供支持。

[1] 中國(guó)鐵道部科學(xué)技術(shù)司.客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件(科技基[2005] 101號(hào))[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[2] Plank J,Sakai E,Miao C W,etal.Chemical Admixtures—Chemistry,Applications and Their Impact on Concrete Microstructure and Durability[J].Cement&ConcreteResearch,2015,78:81-99.

[3] 王宇,伏文勇.丙烯酸基高效減水劑減水率的檢驗(yàn)[J].混凝土與水泥制品,2000(3):19-20.

[4] 芮君渭.不同水泥用量對(duì)減水劑在混凝土中減水率的影響[J].江蘇建材,2006(3):17-19.

[5] GB 8076—2008《混凝土外加劑》[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[6] JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.

[7] JG/T 377—2012《混凝土防凍泵送劑》[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

[8] TB 10424—2010 《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2011.

[9] TB/T 3275—2011 《鐵路混凝土》[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2012.

[10] JGJ/T 10—2011 《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.