聚羧酸系减水剂的应用

2016-11-30张志永中铁二十二局哈建集团黑龙江哈尔滨150000

中国科技纵横 2016年2期

张志永(中铁二十二局哈建集团,黑龙江哈尔滨 150000)

聚羧酸系减水剂的应用

张志永
(中铁二十二局哈建集团,黑龙江哈尔滨 150000)

【摘要】目前聚羧酸系减水剂已被广泛认为是最有前途的减水剂,但其在实际应用中仍存在复杂的、难以解决的各种问题。文章从聚羧酸系减水剂的概念特点着手,对当前聚羧酸系减水剂应用的现状进行论述,并详细探讨应用聚羧酸系减水剂所遇到的问题以及应用聚羧酸系减水剂所能解决的问题这两个方面,有针对性的提出可操作性的合理化建议。

【关键词】聚羧酸系减水剂遇到的问题注意事项

1 前言

牡绥铁路扩能改造工程在设计图纸上对混凝土耐久性提出了要求，在该项目上得到了广泛的应用，聚羧酸减水剂是一类分子结构为含羧基接枝共聚物的表面活性剂，分子结构呈梳型，主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚而获得，是具有高减水率、有机环保且能使混凝土具有良好流动性保持效果的减水剂。

2 概念特点

聚羧酸系减水剂作为第三代新型混凝土高效减水剂，因其相对于萘系高效减水剂具有高减水率、低收缩、高强度、低泌水和坍落度损失小等优点，其生产和应用技术发展很快。目前，国内从事聚羧酸外加剂研发、生产、供货的单位有几十家，主要产品达十几种。全国各大城市的许多预拌混凝土搅拌站，都已经应用或正在尝试使用聚羧酸外加剂配制混凝土。起初，聚羧酸外加剂主要用于配制高强、自密实、高流态等特种和高性能混凝土。随着聚羧酸外加剂生产和应用技术不断提高，产品逐渐系列化，成本逐渐降低，聚羧酸外加剂同样可用于配制中低强度的高性能混凝土。随着聚羧酸外加剂的推广应用，对其性能特点的认识也不断深化，即聚羧酸外加剂同样也存在与混凝土中的其它材料(尤其水泥)的适应性问题。

聚羧酸减水剂大多为浅米黄至浅棕色透明有油质感液体，末端带磺酸基类，颜色偏深，甚至接近棕黑色。聚羧酸类聚合物对水泥有较为显著的缓凝作用，主要由于羧基充当了缓凝成分，R-COO-与Ca2+离子作用形成络合物，降低溶液中的Ca2+离子浓度，延缓Ca (OH)2形成结晶，延缓了水泥水化。

羧基(-COOH)、烃基(-OH)、胺基(-NH2)、聚氧烷基(-O-R)n等与水亲和力强的极性基团主要通过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用，增加混凝土的和易性。羧酸根离子使水泥颗粒带上负电荷，从而使水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使水泥颗粒分散，导致抑制水泥浆体的凝聚倾向(DLVO理论)，增大水泥颗粒与水的接触面积，使水泥充分水化。

聚羧酸类减水剂的保持分散机理可以从水泥浆拌合后的经过时间和Zeta电位的关系来说，使用萘系减水剂的混凝土经60min后塌落度损失明显高于聚羧算混凝土。这主要是后者与水泥粒子的吸附模型不同，水泥离子间高分子吸附层的作用力是立体静电斥力，Zeta电位变化小。

3 聚羧酸系减水剂应用的现状

我国四横四纵、和省会城市的客运通道，客货共线铁路，旧线改造铁路，及其他的工程所以的外加剂的数字是惊人的，城际快运共1.2万KM的快速客运网，以及2.7万KM既有网络线路的改造，为混凝土中的外加剂，尤其聚羧酸系减水剂的生产和应用创造了绝好的机会。国内外举世瞩目的京沪高铁路全长1300KM，混凝土总方量8000万m3，全部使用聚羧酸系减水剂，其用量约24万t。哈尔滨铁路局管辖的即将上的项目哈牡，哈佳，以及现在正在建的哈齐客专，都将使用聚羧酸系减水剂。具有巨大的潜力和发展空间，发挥着巨大的作用。

4 应用聚羧酸系减水剂遇到的问题

聚羧酸系减水剂由于在混凝土中发挥着越来越重要的作用，所以它也暴露出一系列的问题。

(1)混凝土的施工性能不稳定，波动大，容易出现离析、细骨料下沉、含气量过大、过小等问题。出现堵管、断桩、浮浆层厚、泌水等情况发生。

(2)掺量不稳定高效减水剂掺量过多时，水泥浆的流动度大，浆体稀薄，不足以维持与集料的粘聚，往往会引起混凝土离析、泌水，此时可以适量增加用砂量，增加胶凝材料用量或是适量减少高效减水剂用量或用水量，产生离析的混凝土拌和物有害于工程质量。

(3)和其他胶凝材料相容性。在混凝土生产中经常要掺加一些掺合料，如粉煤灰、矿渣、沸石粉等矿物掺合料，这些掺合料有时会出现外加剂适应性问题，原因是掺合料的化学成份复杂，活性不同，而出现与外加剂适应性不良的情况，表现为初始坍落度低，而后坍落度发生过大的现象。

(4)出现掺合料与外加剂适应性不好时，通常是在试验基础上改掺更合适的掺合料，但也可在泵送剂基础上再掺加一定量高效减水剂，一般也能解决这个问题。但如果是水泥中掺合料与外加剂出现问题，则要考虑更换外加剂品种或对泵送剂中的某些成分进行调整。

(5)开放多功能、不同系列的聚羧酸系减水剂母体是研制高性能减水剂的基础。我国聚羧酸系减水剂水平与国外的根本差距是国内开发的聚羧酸减水剂母体性能单一，品种不多，无法满足不同领域不同性能混凝土的要求。对早强、缓凝、泵送等不同性能的需求，无法生产出相应的聚羧酸母体。这一点是制约我国聚羧酸系减水剂广泛应用与发展的潜在原因。从长远看，开发、合成、生产多元化和不同性能的系列聚羧酸系减水剂母体是发展的主要方向。

(6)聚羧酸系减水剂与水泥适应性问题，合成的单一聚羧酸系减水剂母体是很难适应的。解决这个问题的有效途径，一是开发不同系列的母体，二是聚羧酸系减水剂的复配，以满足不同工程对聚羧酸系减水剂的不同性能要求。工业化复配技术是聚羧酸系减水剂发展的必经阶段，而现在国内聚羧酸减水剂合成厂来说，没有必要藏着掖着，因为将来随着聚羧酸市场越来越成熟，市场的竞争主要取决于产品的性能、价格成本，而非一般的技术。

5 应用聚羧酸系减水剂解决的问题

(1)采用先进的设备，使计量材料更加准确。根据实际情况采用间歇式拌合机或连续性拌合机

(2)按照两种观念增加浆体体积量，实现浆体包裹性能和混凝土流动性:1)增加胶材用量，根据外加剂掺量与混凝土流动性情况，适

当降低外加剂用量，粗骨料略调整、细骨料含量略降低，调整混凝土浆体体积；2)配合比不变，含气量调整至配合比时状态:增加混凝土含气量至5.2%，外加剂用量适当调整，调整后混凝土浆体体积为0.33%g/cm3。

经以上两种方法调整，细骨料下沉、混凝土离析得到很大改善，施工不畅现象明显得到好转。

(3)现场堆放聚羧酸时采用塑料或是瓷器、玻璃等材质，避免聚羧酸系减水剂与铁制材料长期接触。不能日光长时间暴晒，放在有棚的地方或是用苫布等材料遮盖。牡绥铁路扩能改造工程采用大量的塑料筒，得到了成熟的运用。由于聚羧酸系减水剂产品常常呈酸性，与铁制品长期接触会发生缓慢反应，有时会引起聚羧酸系减水剂性能的变弱。

(4)严禁其他减水剂或其他品种外加剂的混入。一是聚羧酸系减水剂的复配只能由外加剂生产厂或供应商进行，减水剂使用者，也就是混凝土制备者只需对其相关性能检测验收入库，不得在其中掺加复配任何其他组分。二是混凝土搅拌设备、运输车辆，泵送设备最好固定用于掺聚羧酸系减水剂的混凝土，当共用搅拌设备、运输车辆和泵送设备时，必须好好清洗这些设备，验收合格后，才能用作掺聚羧酸系减水剂的混凝土。

(5)掺加聚羧酸高性能减水剂的高性能混凝土配合比的浆集比是个很重要的参数，一般情况浆体和集料的体积比在30:65左右时混凝土工作性良好，对地下孔桩的C30或C25混凝土，浆集比降至大于等于34:66可以达到要求的工作性。小于该比例时，和易性变差，体现在浆体的量不够。

(6)适用混凝土的标准规范很多，各类规范对配合比设计的限制规定很多很严格，这些限制虽然有它的科学性，但也降低了配合比设计的自由度。加快对聚羧酸高性能减水剂的相关标准制定，确保在我国的健康发展是很有必要的。

(7)加强理论和应用技术的学习和培训。从施工到生产各个环节，为了更加、更好地推广聚羧酸系减水剂的应用，能安全、高效地应用的做好聚羧酸技术培训工作，加强对混凝土质量监督检测的规定是可行的，对原材料的标准随生产工艺技术水平的提高而提高，达到节约增效的目的。