李琴

（甘肃省第八建设集团有限公司 甘肃省天水市 741020）

聚羧酸外加剂在混凝土工程应用中应注意问题

李琴

（甘肃省第八建设集团有限公司 甘肃省天水市 741020）

最近几年来，我国国民经济以及科学技术得到了很大的发展，一大批高层或者超高层以及大跨度的建筑大量涌现。混凝土是建筑建设过程中的关键材料，为了提升其各方面的性能，一般都会添加各种外加剂，聚羧酸减水剂就是其中的一种，该种添加剂具备很多的优点，比如掺量低、高减水率、分散性较好、保坍性好以及低沁水率等，其在建筑工程中的应用变得越来越广泛。但是在具体的操作过程中，聚羧酸减水剂非常容易受到混凝土原材料的影响。本文主要针对该问题进行了研究，阐述了混凝土原材料对于聚羧酸减水剂在应用时的性能注意事项，以期能够提升聚羧酸减水剂在混凝土中的应用效果。

聚羧酸减水剂；应用；混凝土；原材料；性能影响

引言

在制备混凝土的时候外加剂一般都发挥着重要的作用，已经成为混凝土中除砂、水泥、水、石之外的又一不可缺少的重要组成部分[1]。聚羧酸减水剂减水效果非常明显，在制备高性能混凝土的时候发挥着重要作用[2]。为了进一步促进该产品在混凝土中的应用，有必要综合全面系统地研究混凝土中各种原材料对于聚羧酸减水剂使用性能的影响规律，并了解和掌握具体的作用机理，只有这样才能充分发挥聚羧酸减水剂的作用从而制备出性能更好的混凝土。

1 聚羧酸减水剂作用原理

聚羧酸减水剂通常为浅褐色的透明液体，主要由羧酸类接枝聚合物组成，拥有梳形分子结构，该物质之所以会在混凝土中发挥作用主要是因为它含有硫酸基、羟基、海油羧基以及烯基链节等，上述这些物质都是活性基团，作用效果明显。总体而言，聚羧酸减水剂其作用原理可以分为两类，分别为分散机理以及保持分散的机理。具体而言，所谓分散机理指的是减水剂吸附在水泥颗粒上面，然后在空间位阻效应以及静电斥力效应的综合作用下聚羧酸减水剂的分子结构可以构成比一般减水剂效果更好的分散体系，所形成的体系表现为立体结构。梳形聚合物在水泥颗粒表面吸附的时候它的状态为齿形，分子间的静电斥力由主链上的羟基、羧基、磺酸基、硫酸基等活性官能团提供，此外，梳形聚合物其侧链会向外延伸确保触向水泥粒子全部部位，这样可以确保聚羧酸减水剂静电斥力效应得到充分发挥[3]。同时还可以对水泥砂浆的流速进行控制，从而实现对分散体系的流动性以及稳定性的控制，最终确保立体空间位阻效应得到最大程度的发挥。聚羧酸系减水剂具有非常大的空间结构，主链和侧链都很长，且侧链很多，所以具有非常多的极性基团，以此确保较强的空间位阻以及静电斥力[4]。在聚羧酸减水剂的保持分散作用以及分散作用的综合作用下，在混凝土中加入这种减水剂之后使得混凝土流动性很高同时坍落度保持性也较好，从而可以满足混凝土较远的运输距离以及各方面的施工要求。

2 聚羧酸减水剂掺量对减水率的影响

本文选取了十种减水剂进行对比研究，其中1～4号聚羧酸减水剂由西卡公司生产，5号聚羧酸减水剂为聚丙烯酸系缓释型减水剂，6号聚羧酸减水剂为日本某公司生产，7～10号为国内某公司生产，7号属于聚丙烯酸系改性减水剂，8号属于预制构件用减水剂，9号属于聚醚系减水剂，10号属于第一类聚酯系减水剂。各种减水剂其物理性能如表1所示。如图1所示为不同掺量聚羧酸减水剂的减水率。

表1 十种减水剂物理性能

按照相关的数据以及试验要求，在低掺量的时候，即掺量低于或等于0.15%时，编号为1、2、4、6、7的减水剂的减水率较高，全部都大于20%，甚至部分大于25%；在一般掺量的时候，即掺量低于或等于0.2%时，上述的四种减水剂表现出来的减水率更高，全部都超过了25%，部分基本接近30%；而当掺量较高的时候，即掺量在0.25～0.30范围内的时候，编号为2、4、6、7、8的减水剂表现出来的减水率是最理想的，减水率全部都大于30%，部分甚至大于35%。对图1中的数据进行对比可以发现，在掺量较高的时候，编号为8的减水剂其减水率较高；而不管掺量为多少的时候，编号为2、4、6、7减水剂的减水率和其它减水剂相比较而言都较高，效果相对来说更加明显；对于1号减水剂而言，掺量在低水平的时候效果是最明显的，其减水率反而随着掺量的增加而降低，而当掺量为0.25～0.30的时候其减水率达到了饱和。

图1 不同掺量聚羧酸减水剂的减水率

3 混凝土原材料对聚羧酸减水剂应用性能注意事项

3.1 水泥

和一般的木质素磺酸盐系以及奈系相比较而言，聚羧酸系减水剂具有明显的差异，表现为在低掺量的情况下具有较高的减水效果，并且拥有较强的保持坍塌能力，此外还对环境比较友好。但是还是存在一些缺点，即聚羧酸系减水剂具有较弱的适应性，即容易受到混凝土原材料对其造成的影响。比如：容易和部分水泥发生反应，导致水泥砂浆其流动性比较差，甚至影响其减水效果，变得不那么明显，从而影响混凝土的工作性能，无法保证坍落度，强度发展提升缓慢等。之所以会出现上述的几个问题，原因除了和聚羧酸减水剂其本身的分子结构性质存在关系之外，还和水泥的成分及其特性存在着紧密联系。

水泥中还有大量的C3A和C4AF物质，和硅酸钙相相比较而言，这些物质对于聚羧酸减水剂的吸附作用更大，因此，在水化反应刚开始的时候，水泥中的C3A和C4AF会吸附非常多的减水剂，直接导致硅酸盐相其表面所吸附的减水剂含量降低，且分散效果不是非常好，导致混凝土的初始的流动度降低。当水化反应进行到一定程度之后，C3A水化变得更快，但是水化反应所引起的产物对于聚羧酸减水剂的吸附作用显著降低，这时候就会释放出之前吸附的减水剂，所释放的减水剂重新回到硅酸盐相表面，使其含量升高，这时候的流动度就开始慢慢增大，但是如果C3A和C4AF物质含量较高的时候，其还是会吸附非常多的减水剂，同时C3A和C4AF等在发生水化反应的时候还消耗掉非常多的水，这种情况下对于流动度也会产生一定程度的影响。另外，聚羧酸减水剂的保留流动度还受到水泥中石膏形态的影响，半水石膏在和水接触的时候会发生化学反应生成二水石膏，同时耗费比较多的水，导致净浆流动度显著降低。

3.2 细集料

机制砂或者天然砂是混凝土中通常使用的细集料。其中天然砂又可以细分为河砂、土砂还有经过淡化处理后的海砂。就目前的情况来看，在制备混凝土的时候细集料是必不可少的重要原材料之一，如果在制备混凝土的时候使用了大量的聚羧酸系减水剂，聚羧酸系减水剂和细集料之间的适应性会对混凝土的性能以及质量产生直接的影响。根据已有的研究表明：混凝土原材料中的细集料会对聚羧酸减水剂产生一定的影响，显著降低其减水作用，这种情况下不但会对混凝土的塌落度产生影响，甚至有可能影响到混凝土的机械性能。此外，石粉同样会对聚羧酸系减水剂的减水效果产生一定的影响，在制备混凝土的时候如果使用大量石粉，这对于混凝土的流动性来说是非常不利的，严重的时候有可能使得混凝土基本无法流动。对聚羧酸系减水剂减水效果有影响的除了细集料的含量之外，其它的一些特性同样会在不同程度上影响聚羧酸系减水剂的减水效果，比如说砂的细度模数，砂率以及淡化处理之后的海砂中硫酸盐、氯离子等化学物质的残留量等。当砂的细度模数非常小的时候，会导致混凝土非常干，严重影响混凝土的流动性，最终影响混凝土的机械性能。当海砂中硫酸盐、氯离子等化学物质的残留量较高的时候，这些化学物质就有可能跟聚羧酸系减水剂发生化学反应，同样会影响聚羧酸系减水剂的减水效果以及混凝土的质量。

3.3 粗骨料

石、砂中的含泥量会显著影响聚羧酸系减水剂的实用性以及适应性，经过研究之后发现，主要原因在于泥土和石、砂相比较而言对于聚羧酸减水剂的吸附力更加强大，这种强大的吸附力会在很大程度上影响聚羧酸减水剂的减水效果。石、砂中的含泥量不同，那么其对聚羧酸减水剂的减水效果的影响程度也就不一样，如果泥的含量超过3%的时候，会使得减水剂性能出现显著的降低，即便是提升掺量还是于事无补，流动度始终无法满足相关要求。除此之外，对聚羧酸减水剂存在影响的还有石子的针、片状含量以及级配等，比如说在石子具有相同级配等级的时候，随着石子的片状或者针状含量的增加，混凝土的流动性会变得越来越差，扩展度变得越来越小，严重的时候会出现沁水、离析等问题。在具体操作过程中，不同的骨料有着不同的吸水率，比如说有的细骨料具有较高的吸水率，但是粗骨料具有较低的吸水率，这个时候如果只是简单的变化减水剂的含气量或者掺量，那么起到的作用就很小，为了改善这个问题，就必须要对混凝土的配合比实施一个比较大的调整才行。因此在具体的工程实践过程中，必须要充分结合实际具体情况，比如说泥的含量，石、砂的级配经过反复的试验，找到最优的问题解决方案。

3.4 其它物质

现代混凝土中除了那些必须的物质之外，通常还会添加很多其他的掺合物，比如说高炉矿渣以及粉煤灰等，同样地，对于聚羧酸系减水剂而言，这些物质都会在不同程度上对其减水效果产生影响。根据相关的实践经验表明，当控制高炉矿渣以及粉煤灰的添加量在20%和30%范围内的时候，可以确保聚羧酸系减水剂的减水效果最佳，并且还有助于改善混凝土的流动性以及机械性能。

石、砂原材料中膨润土含量会显著影响混凝土中聚羧酸系减水剂的使用效果，在膨润土的含量大于1%的时候，如果在制备混凝土的时候添加了聚羧酸系减水剂，那么就会使得整个混凝土基本上尚失流动性。另外还有伊利土和高岭土，虽然这两者的影响效果不比膨润土，但是当这两种土的含量分别大于7%和5%的时候，同样会对聚羧酸减水剂的减水效果产生巨大影响。膨胀土对于聚羧酸系减水剂的吸附量和普通水泥相比是其50倍，伊利土和高岭土是5～10倍，虽然不及膨润土，但是造成的影响还是非常显著的。

4 结束语

在建筑工程中使用聚羧酸系减水剂可以追溯到上世纪末，那时候高性能混凝土应用正变得越来越广泛，不管是国内还是国外，都有大量的学者对聚羧酸减水剂在混凝土中的应用进行了深入的研究。本文主要讲述了混凝土中的各种原材料，包括水泥、细集料、粗骨料以及泥土含量等对于聚羧酸减水剂的减水效果的影响。指出在混凝土中添加聚羧酸减水剂的时候，必须要对其他原材料进行严格选择，找到最优的混凝土配合比，只有这样才可以确保混凝土的施工质量。

[1]程勋.混凝土原材料对聚羧酸减水剂应用性能的影响[D].北京工业大学，2010.

[2]黄建.混凝土原材料对聚羧酸系减水剂应用性能的影响[D].重庆大学，2013.

[3]刘丽霞.聚羧酸减水剂对混凝土收缩性能的影响[D].重庆大学，2009.

[4]王应，刘川，贾兴文，等.泥对掺聚羧酸减水剂混凝土性能的影响及机理[C].特种混凝土与沥青混凝土新技术及工程应用，2012.

TU528

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1004-7344（2016）12-0285-02

2016-4-10