编制聚羧酸系减水剂应用技术规范的重大意义及其内容*

2010-08-15孙振平吴小琴罗琼姜爱峰刘朴刘海峰

商品混凝土 2010年7期

孙振平，吴小琴，罗琼，姜爱峰，刘朴，刘海峰

(1.同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海 200092； 2.上海市浦东新区建交委，上海 200135；3.上海浦东工程建设管理有限公司，上海 201203)

2009年12月，国务院总理温家宝在哥本哈根气候变化大会上郑重承诺：中国决定到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%～45%。要实现这一承诺，必须加快推进我国水泥混凝土工业节能减排的步伐，提高混凝土应用外加剂的比例。而聚羧酸系减水剂作为继萘系、密胺系、脂肪族系和氨基磺酸盐系减水剂之后一种新型高性能减水剂，以其在掺量较低(固体掺量0.15%～0.25%)时就能产生理想的减水和增强效果、大幅度降低混凝土中的水泥用量、提高混凝土对固体废弃物的利用率，加之生产过程中又不使用甲醛和不排放出废液等突出特点，在我国混凝土行业中必将得到更广泛的推广和应用。

然而，聚羧酸系减水剂作为一种特殊的外加剂品种，要想规范、安全、高效地为混凝土实际工程和混凝土行业的节能减排服务，必须编制相应的标准和技术规范，指导其正常的生产和规范使用。鉴于混凝土外加剂应用技术规范编制工作正在展开，本文结合目前国内聚羧酸系减水剂的应用技术特点，就聚羧酸系减水剂的应用技术规范的编制提出作者的观点，供有关部门参考。

1 聚羧酸系减水剂的产品检验标准和应用现状

根据国家和铁道部有关规定，铁路工程混凝土必须具备高耐久性、高稳定性、高保塑性、高强度和高环保等特性，所以，铁道部科技司于2006年发布了《客运专线高性能混凝土用外加剂产品检验细则》，规定只有经各项考核达标的企业，其产品也经检验符合该检验细则规定的各项技术指标时，该产品才可用于客运专线工程。尽管铁道部的细则包括13条之多，但并没有考虑产品的应用特性、技术难题和工程事故时有发生。2007年，由中国建筑科学研究院组织编制并颁布了建工部行业标准《JGC/T223-2007 聚羧酸系高性能减水剂》[1]，这是国内外第一部专门针对聚羧酸系减水剂的产品标准。该标准将聚羧酸系高性能减水剂分为缓凝型(HN)和非缓凝型(FHN)两类。2008年发布并于2009年12月开始实施的《GB8076-2008 混凝土外加剂》标准中也增加了“高性能减水剂”的产品，将其分为标准型(HPWR-S)、早强型(HPWR-A)和缓凝型(HPWR-R)三类[2]。

目前我国聚羧酸系减水剂的产量占减水剂总产量的比例已开始大幅上升。据统计，2005年我国聚羧酸系减水剂使用量约5万吨，2006年上升为15万吨，2007年这一纪录被41.3万吨刷新。这两年高铁和城市地铁的大规模建设投资更大，2008年和2009年聚羧酸系减水剂的用量已分别超过80万吨和120万吨，增幅十分显著。

尽管聚羧酸系减水剂用量很大，但其在工程应用中的具体表现却并不尽如人意。究其原因，是缺少对其应用特性归纳分析基础上制定的应用技术规范。

2 聚羧酸系高性能减水剂在工程应用中的技术特点

笔者根据这些年聚羧酸系减水剂的实际应用情况，将其技术特点归纳为以下几点：

（1）混凝土减水率与净浆流动度、砂浆减水率关系不密切

聚羧酸系减水剂在混凝土中的减水率测试结果与其净浆流动度、砂浆减水率之间的关系不密切，这一点对工程中常用净浆流动度或/和砂浆减水率评价减水剂的减水率的做法提出了严峻的挑战。

（2）混凝土坍落度保持性与净浆流动度保持性关系不密切

坍落度保持性是聚羧酸系减水剂的一项重要的技术指标。为简便起见，许多混凝土搅拌站通过测定掺聚羧酸系减水剂的净浆流动度的保持性，来间接考查混凝土的坍落度保持性，结果发现它们之间不存在对应性。

（3）混凝土抗压强度比与减水率之间的关系不甚密切

所有减水剂的抗压强度比测试结果与减水率并不呈正比关系，其原因在于减水剂通常有一定的引气性，不同减水剂的引气量不同，而即使引气量相同，气泡结构也有很大差异。此外，减水剂中活性基团、游离的离子不同，这些因素对水泥水化进程均有不同程度的影响，因而会影响混凝土的强度发展规律。

（4）减水增强效果对混凝土原材料和配合比的依赖性大

聚羧酸系减水剂在较低掺量情况下就具有较好的减水效果，其减水率比其它品种减水剂大得多。但必须注意的是，与其它减水剂相比，聚羧酸系减水剂的减水效果与试验条件的关系更大。混凝土中集料的颗粒级配以及砂率，对聚羧酸系减水剂的塑化效果影响也非常大。另外，聚羧酸系减水剂和其它减水剂一样，“减水率”还取决于搅拌工艺，如果采用手工拌合，测得的“减水率”往往比机械搅拌低2～4个百分点。

（5）减水效果对减水剂掺量的依赖性很大

聚羧酸系减水剂的作用效果对其掺量十分敏感，使用时只有达到它的饱和掺量，才能起到良好的减水效果，掺量过大则会引起离析、泌水而使减水、增强效果下降。

（6）所配制的混凝土拌合物的性能对用水量十分敏感

当使用萘系减水剂、木质素磺酸盐减水剂配制混凝土时，一般用水量增加10～15 kg/m3，混凝土拌合物不会出现泌水、离析现象。而采用聚羧酸系减水剂制备的混凝土拌合物，其性状对用水量十分敏感。有时用水量即使增加1～3kg/m3，混凝土拌合物便立刻严重泌水，采用这种拌合物绝对无法保证浇注体的均匀性，而易导致结构物表面出现麻面、起砂、孔洞等难以接受的缺陷，且结构体强度和耐久性严重下降。

（7）所配制混凝土的和易性同时依赖于减水剂掺量和用水量

现场试验发现，采用聚羧酸系减水剂配制的混凝土，其和易性同时依赖于减水剂掺量和用水量，若减水剂掺量稍高，可能用水量减少了一些，但却容易出现扒底、露石，且坍落度损失迅速，此时只要稍微减少减水剂用量而增加部分水就可以解决问题。

（8）所配制的大流动性混凝土容易分层离析

大部分情况下，采用聚羧酸系减水剂配制的大流动性混凝土，即使减水剂掺量、用水量控制都是最佳的，混凝土拌合物也不泌水，但却非常容易出现分层、离析现象，具体的表现是粗集料全部下沉，而砂浆或净浆位于集料的上部。采用这种混凝土拌合物进行浇注，即使不振动，分层、离析也明显存在。所以，采用聚羧酸系减水剂配制清水混凝土、自密实混凝土绝非易事。

（9）与其它品种减水剂的相溶性很差，甚至无叠加的作用效果

传统的减水剂，如木质素磺酸盐减水剂、萘系高效减水剂、密胺系高效减水剂、脂肪族系高效减水剂以及氨基磺酸盐高效减水剂，完全可以任何比例复合掺加，以满足不同工程的特殊配制要求，或获得更好的经济性。这些减水剂复配使用都能得到叠加的(大多数情况下优于单掺)使用效果，且这些减水剂的溶液都可以互溶(除了木质素磺酸盐减水剂与萘系减水剂互溶产生部分沉淀但并不影响使用效果外)。但聚羧酸系减水剂与其它品种减水剂复合使用，却不易得到叠加的效果，且聚羧酸系减水剂溶液与其它品种减水剂溶液的互溶性本身就很差。笔者对这一问题的研究结果表明[3]：

1）从溶液的互溶性来看，聚羧酸系减水剂与密胺系减水剂或脂肪族系减水剂溶液不能复配在一起掺加，而不考虑复合使用效果的情况下，聚羧酸系减水剂存在与木质素磺酸盐、萘系、氨基磺酸盐系减水剂复配使用的可能性。

2)从复合掺加后的叠加效果来看，聚羧酸系减水剂与木质素磺酸盐减水剂和脂肪族系减水剂存在复合掺加使用的可能性，但由于聚羧酸系减水剂与脂肪族系减水剂不互溶，实际上聚羧酸系减水剂只能与木质素磺酸盐减水剂进行复配。

（10）与常用改性组分的相容性较差

目前关于对减水剂的复配改性技术措施，基本上都是建立在对木质素磺酸盐系、萘系高效减水剂等传统减水剂改性措施的基础上的。试验证明，过去的改性技术措施并不一定适合于聚羧酸系减水剂，如对萘系减水剂进行改性的缓凝成分中，柠檬酸钠就不适合聚羧酸系减水剂，它不仅起不到缓凝作用，反而有可能促凝，且柠檬酸钠溶液和聚羧酸系减水剂的互溶性也很差。再者，许多品种的消泡剂、引气剂和增稠剂也不适合于聚羧酸系减水剂。

3 关于聚羧酸系减水剂应用技术规范的讨论

由于聚羧酸系减水剂存在以上技术特点和应用难题，工程中不能简单地参照《GB50119-2003 混凝土外加剂应用技术规程》[4]中的高效减水剂条目指导应用，必须尽快编制专门的聚羧酸系减水剂应用技术规范。下面是作者对该规范编制的一些初步看法：

（1）根据工程实际的需求，聚羧酸系减水剂可分为标准型、缓凝型、超缓凝型、引气型和早强型五类。

目前，早强型聚羧酸系减水剂已开始有较成熟的产品，为推进其在预制混凝土中的应用，增加这一产品类别是比较有利的。而引气型产品则适合于对抗冻融循环性要求高的混凝土工程。因为聚羧酸系减水剂产品的引气量测试值从1%到10%甚至10%以上，变化范围很大，所以建议这项规定，以便将它们区分开来。

根据形态，聚羧酸系减水剂有水溶液和粉剂两类。

（2）关于产品类别的选择，应作如下规定：

1) 聚羧酸系减水剂产品类别的选择应根据工程设计和施工要求选择，通过试验及技术经济性的比较确定。

2) 严禁使用对人体产生危害、对环境产生污染的聚羧酸系减水剂。

3) 掺聚羧酸系减水剂的混凝土所用水泥，宜采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥，并应采用合适的掺量检验外加剂与水泥的适应性，符合要求方可使用。

4) 掺聚羧酸系减水剂的混凝土所用掺合料，宜采用矿渣粉、粉煤灰、硅灰、石灰石粉以及它们的复合产品等，并应检验外加剂与掺合料的适应性，符合要求方可使用。

5) 掺外加剂混凝土所用材料如水泥、砂、石、掺合料、外加剂均应符合国家现行的有关标准的规定。试配掺聚羧酸系减水剂的混凝土时，应采用工程使用的原材料，检测项目应根据设计及施工要求确定，检测条件应与施工条件相同，当工程所用原材料或混凝土性能要求发生变化时，应再进行试配试验。

6) 严禁在工地现场不经检验，将聚羧酸系减水剂与其它品种外加剂复配在一起使用。

（3）关于产品的检验，应作如下规定：

1) 聚羧酸系减水剂进场时，必须提供以下技术文件：产品说明书，并应标明产品类别及其主要成分；出厂检验报告及合格证；掺外加剂混凝土性能检验报告；产品应用范围及特性等。

2) 聚羧酸系减水剂运到工地（或混凝土搅拌站）应立即取代表性样品进行检验。

3) 检验所用材料如水泥、砂、石、掺合料均应为工程取样材料，且应符合国家现行的有关标准的规定。检验采用的混凝土配合比、检测条件应与施工条件相同，当工程所用原材料或混凝土性能要求发生变化时，应再进行检验。

（4）生产混凝土时，聚羧酸系减水剂的计量要求如下：

聚羧酸系减水剂应用时，应严格计量，配料控制系统标识应清楚、计量应准确，计量误差不应大于外加剂用量的1%。

（5）关于产品的复配使用，应该作强制性的规定：

1) 除木质素系减水剂和膨胀剂外，不应将聚羧酸系减水剂与其它品种外加剂复配使用。

2) 当与其它品种外加剂复合使用时，必须密切注意它们的相容性及对混凝土性能的影响，并进行严格的试验进行复配效果的评价，满足要求方可使用。

（6）聚羧酸系减水剂的运输与贮存应满足如下要求：

1) 聚羧酸系减水剂的输送、运输和贮存不得采用铁制材料(不锈钢除外)，而应采用塑料、玻璃等材质。

2) 产品运输、贮存过程中防止水分蒸发和遭受污染。

（7）聚羧酸系减水剂可以采用后掺法或二次添加法，但应作如下规定：

《GB50119-2003 混凝土外加剂应用技术规范》规定，当掺加泵送剂的混凝土从预拌混凝土厂运送至浇注现场，可能由于路途遥远、堵车或等待浇注的时间过长，混凝土坍落度损失过大，以致于不适于泵送或浇注施工时，可以采用二次添加泵送剂的方法，将一定量泵送剂掺入混凝土运输搅拌车中快速运转，至搅拌均匀，测定坍落度符合要求后进行泵送和浇注。

掺加聚羧酸系减水剂的混凝土，因不可预测的原因造成其坍落度损失过大时，也可以采用二次添加减水剂的方法，恢复混凝土的流动性，以免造成混凝土拌合物的浪费。但是由于混凝土拌合物性能对聚羧酸系减水剂的掺量相当敏感，一旦过量很易造成离析、泌水，甚至分层。实际施工时，关于聚羧酸系减水剂二次添加与否、二次添加的数量等，应遵照专家意见，并进行严格试验，充分验证其可行性后方可进行。

（8）关于混凝土的振捣，也应作严格规定。

由于掺加聚羧酸系减水剂制备的混凝土坍落度一般较大，再加上拌合物粘度较低，所以混凝土拌合物浇注后的振捣半径和振捣时间应通过试验确定，或应听从专家指导。振捣半径过小，或振捣时间过长，都很易造成混凝土含气量严重下降、集料相与浆体相严重分层等结构缺陷。

（9）关于混凝土的初期养护，更应引起注意。

从本文所参考的标准都可看出，聚羧酸系减水剂对混凝土干缩性能影响较小，或者说掺加聚羧酸系减水剂不过分增加混凝土的干缩。但这决不代表掺加聚羧酸系减水剂的混凝土可以放松甚至取消养护。

与掺加其它外加剂的混凝土一样，掺加聚羧酸系减水剂的混凝土浇注振捣密实后的表面二次抹压、薄膜覆盖或喷雾等，对防止其塑性收缩裂缝非常有效。而连续的7d或14d的保湿养护则不仅是混凝土强度正常增长的需要，也是防止其干燥收缩裂缝的保障。

（10）其它方面。

关于产品的检验，应坚决取消净浆流动度和砂浆减水率，避免这些试验结果的误导作用，并应增加混凝土减水率与抗压强度比的结合。

另外，是否对掺聚羧酸系减水剂混凝土原材料中砂、石的含泥量作进一步限制，是否对粉煤灰的烧失量作进一步限制，尚需大量的验证试验。