高性能减水剂性能及在混凝土工程中的应用＊
2011-11-27张玉香
张玉香
(中铁十八局集团隧道工程有限公司，天津300222)
高性能减水剂性能及在混凝土工程中的应用＊
张玉香
(中铁十八局集团隧道工程有限公司，天津300222)
从高性能减水剂的性质出发，就其应用范围，对混凝土性能的影响，掺高性能减水剂配比设计，选择、应用高性能减水剂应注意事项进行分析。
高性能减水剂;性能;应用
我国的外加剂研究应用始于20世纪50年代，到70年代以后，外加剂的科研、生产和应用取得重大研究和应用。近年来，随着国家基础建设的高速发展，我国的混凝土外加剂行业也一直处于高速发展阶段。
高性能减水剂是近几年发展起来的新型减水剂，与一般的减水剂相比，不仅综合性能优异，而且生产和使用具有环保特性，有害物质含量少，被公认为是混凝土外加剂今后发展的方向。
一、外加剂一般分类
(1)混凝土外加剂按其主要功能一般可分为四类
1、改善混凝土拌和物流变性能的外加剂:包括普通减水剂、高效减水剂、高性能减水剂、引气剂减水剂、泵送剂等。
2、调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂:包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。
3、改善混凝土耐久性的外加剂:包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。
4、改善混凝土其他性能的外加剂:包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。
目前在我国应用最广泛的有减水剂、泵送剂、速凝剂、防冻剂等，而尤其以减水剂最为普遍，因此下面仅以高性能减水剂为例简要说明其在工程中的应用。
二、高性能减水剂定义、品种、特性及适用范围
(一)高性能减水剂定义
高性能减水剂是一种比高效减水剂具有更高减水率、更好坍落度保持性能、较小干燥收缩，且具有一定引气性能的减水剂。高性能减水剂与其他减水剂相比，在配制高强混凝土和高耐久性混凝土时，具有明显的技术优势和较高的性价比。
(二)高性能减水剂品种
目前，我国使用的高性能减水剂主要有:聚羧酸系减水剂、氨基羧酸系减水剂等;其中，聚羧酸系减水剂是目前最量大、面广的高性能减水剂品种。
(三)高性能减水剂的几个基本特性
高性能减水剂除具有高效减水剂的性能外，还具有以下特性。
1、掺量低:一般为胶凝材料质量的0．5%～1．0%;减水率高:高达40%以上。
2、混凝土坍落度损失小:1h损失率小于5%，2h损失率小于10%。
3、混凝土增强效果显著:3d抗压强度提高50%～80%，7d抗压强度提高40%～60%，28d抗压强度提高30%～70%。
4、混凝土和易性优良，无离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。
5、含气量适中，对混凝土弹性模量无不利影响，抗冻耐久性好。
6、外加剂中氯离子和碱含量较低。
7、用其配制的混凝土收缩率较小，可改善混凝土的体积稳定性和耐久性。
8、适应性优良，水泥、掺合料相容性好，温度适应性较好。
9、生产和使用过程中不污染环境，是环保型的外加剂。
(四)高性能减水剂的用途
高性能减水剂一般不含氯盐，可适用于素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构和构件;因此高性能减水剂不仅适宜于公路和铁路工程建设，而且适用于各类工业与民用建筑、水利、交通、市政等工程。
三、高性能减水剂对混凝土性能影响
(一)高性能减水剂对混凝土性能的影响
混凝土的性能主要包括新拌混凝土的性能和硬化混凝土的性能。前者主要包括凝结时间、和易性，后者主要包括混凝土的力学性能和耐久性。高性能减水剂能显著改善混凝土的和易性，在相同塌落度的情况下能明显改善混凝土的流动性。
由于高性能减水剂减水率高而使混凝土抗冻融性能提高，使混凝土密实程度提高，因而对混凝土抗碳化破坏有好处，同时也显著提高了混凝土的强度，也使得混凝土抗渗性大大高于不掺外加剂的混凝土，总之由于减水剂的加入可以有效改善混凝土的耐久性能。
影响混凝土强度因素甚多，排除环境条件，人为因素等外在因素，影响混凝土强度的主要因素是各种材料品质。若在材料相同、外部条件一致的条件下影响混凝土强度的主要因素就是水泥浆总孔隙率，而孔隙率主要取决于水灰比。这就是目前公认的水灰比理论。混凝土配合比设计规程中的水灰比公式(鲍罗米公式)就基于此。
四、掺高性能减水剂混凝土配合比设计与工程应用实例
(一)掺减水剂对配比设计影响
笔者经多次试验发现，按《配合比设计规程》中计算的水灰比偏高，掺外加剂水泥用量偏小，选择表中砂率值偏小。这样得到的混凝土的工作性不是太好，混凝土的强度偏低。
(二)对掺减水剂配比设计的看法与建议
1、水灰比的确定:在计算水灰比的基础上将水灰比减少0．05～0．10;
2、用水量:用水量可在规程表的基础上减少5～10kg;
3、砂率:为提高混凝土的粘聚性和保水性，保证粗集料之间有足够的砂浆层，又不致因降低水泥浆的润滑作用而影响混凝土的流动性，砂率可在规程表的基础上增加2%～4%。
(三)工程应用实例
笔者曾在沪陕高速西商段桥梁施工中，在箱梁(预应力结构)配合比(C50)设计时掺加聚羧酸高性能减水剂，按以上几个建议设计的配合比施工，在采用加强养护的条件下，使混凝土张拉时间缩短了36～40h，既有力保证了混凝土的强度，又大大提高了施工速度，收到了良好经济与社会效益。C50混凝土配合比选用实例(塌落度120～150mm)如下:
原材料:水泥:西安蓝田“尧柏”牌P．O52．5R，砂:丹江产Ⅱ区Mx为2．6～2．9的河砂，含泥量为1．1%;碎石:采用5～25mm连续级配碎石，材质为玄武岩，压碎值为6．9%;水:饮用水;砂石均无潜在的碱－骨料反应，原材的技术性均符合《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041—2000)要求，高性能减水剂性能符合国家标准《混凝土外加剂》(GB 8076—2008)要求。两组配合比水泥、砂、碎石、水相同，外加剂不同。Ⅰ配合比减水剂为高效减水剂，Ⅱ配合比为聚羧酸高性能减水剂。
C50混凝土配合比及性能
五、掺高性能减水剂混凝土施工应用注意事项
(一)高性能减水剂选用原则
1、质量优选:进行多家高性能减水剂的混凝土性能对比试验，其技术指标满足国家现行有关标准规定，并选择其指标最优或较优者。
2、适应性检验:必须进行高性能减水剂与所应用水泥的适应性检验，不适应的减水剂不得使用。
3、满足施工现场要求:即混凝土本身物理性能、现场工程材料、施工工艺、施工环境条件的要求。
4、经济优选:进行多家高性能减水剂经济性对比，在混凝土工作性满足要求时，尽可能选择价格低、掺量较小的外加剂。
6、备用产品:在选定一种产品的同时应确定另外一种备用产品，以防因减水剂缺货或供应不上而中断施工。
(二)高性能减水剂使用过程中应注意事项
1、按最佳掺量施工:最佳掺量是在厂家推荐掺量的范围内，通过不同掺量的对比试验得出的适合本工程施工环境、工艺、原材料、配合比等条件的掺量;一般情况不允许随意改变，当条件改变时，应另行试验确定。
2、计量:施工中应注意准确计量。
3、使用:不可与萘系高效减水剂复配使用，与其他外加剂复配使用时应预先进行混凝土相容性试验。
4、掺入方式:通常情况下高性能减水剂以溶液方式掺入为宜，但目前多数厂家生产的多为粉剂。用粉剂掺加的外加剂，宜通过准确称量后，与水泥一起加入，拌合均匀，其搅拌时间应比液体外加剂延长30s。
5、储存:高性能减水剂稳定性较好，但储存期不易超过一年。在存储期内应防止日晒、受冻、污染、受潮、不得与酸碱等腐蚀物质混放。在有效期内受潮结块，经检验性能符合一等品要求者，应粉碎至全部通过0．30mm方孔筛，方可使用。
6、施工:在气温大于等于25℃的环境中掺高性能减水剂时，应考虑掺高性能减水剂拌合物的坍落度损失。坍落度损失过大时，在浇注现场可二次加入高性能减水剂，经快速搅拌均匀后出料，但不得多加水，并快速完成浇注。
7、养生:一是尽早养生;二是养生方式正确;三是天气突变时防止冷冲击开裂;四是按施工气温规定最少养生时间。
六、结语
高性能减水剂在工程中的应用，充分显示了高性能减水剂其低掺量、高减水率、高坍落度保持能力，在配制大流动性、高工作性、高强混凝土方面具有明显的优势。并为制造高环保性、高耐久性混凝土提供了可靠技术保证。随着“十一五”计划的全面实施，高性能减水剂将会在国家的各种基础建设中发挥重要作用。
［1］GB 8076－2008混凝土外加剂——应用指南［S］．北京:北京标准出版社，2009．
［2］冯浩，朱清江．混凝土外加剂工程应用手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，2005．
［3］王子明．聚羧酸系高性能减水剂——制备性能与应用［M］．北京:中国建筑工业出版社，2009．
2011－11－08
张玉香(1974－)，女，山东阳谷人，工程师。
