聚羧酸外加剂复配技术和实际应用技术

夏明龙

（温州新邦建材科技有限公司，浙江 温州 325000）

0 前言

最近几年，随着房地产行业和建筑工程的飞速发展，工程施工对混凝土性能要求越来越高，混凝土设计强度越来越高；以前的木质素类减水剂和萘系磺酸盐类减水剂减水率低，对混凝土施工性能的改善不大，根本满足不了施工要求。而为了节能、减少建筑物自重，建筑结构用混凝土强度等级越来越高，高强度、高性能混凝土就要求外加剂要具备高减水、大幅改善混凝土性能的功能。工程和市场的需求，催生出了第三代高性能减水剂——聚羧酸系减水剂，相比于萘系等传统的高效减水剂，聚羧酸系高性能减水剂具有许多独特的技术性能优势：掺量低，减水率高；对混凝土拌合物的流动度保持性好；与水泥的相容性好；配制的混凝土收缩率小，有利于改善混凝土体积稳定性和耐久性；生产及使用过程中环保无污染，属于绿色、环保型外加剂。正因为它具有这些优良的性能，使得聚羧酸得以迅速在建筑工程上广泛使用。

1 聚羧酸减水剂复配技术

1.1 聚羧酸减水剂主要成分

聚羧酸减水剂主要是由聚羧酸母液和多种功能小料复合而成，由于各工地要求不一样，每个公司砂石材料质量不一样，所以必须根据客户要求，用聚羧酸母液与其他功能小料复配在一起，满足每个客户要求。复配中的主要原料有：聚羧酸母液、缓凝组分、早强组分、引气组分、消泡组分、增稠组分等。根据不同技术要求，每种材料用在里面都起着至关重要的作用。

1.2 聚羧酸减水剂主要成分的作用

1.2.1 聚羧酸母液的作用

聚羧酸母液目前市场上主要有四种母液：一种是高减水型母液，一种是保坍型母液，一种是缓释型母液，一种是早强型母液。有时候根据客户要求将这几种母液按一定的比例复配在一起，得到一种性能较为理想、满足客户需求的复配型聚羧酸母液。

每种母液在里面都起着不同的作用，当复配后的聚羧酸减水率偏低、需要提高减水率时，可提高减水型母液的比例来提高减水率；当遇到夏天高温，混凝土保坍性能很差时，在复配外加剂时通过提高保坍型母液的比例来提高外加剂的保坍性能；当遇到混凝土公司砂石材料石粉含量过高、含泥量过高时，在复配外加剂时就要考虑引入一定比例缓释型母液，控制石粉含量过高、含泥量过高时对外加剂的吸附；当遇到严寒的冬天或对早期强度要求很高时，如目前所有的 PC 预制构件厂为了模具周转快，对预制构件早期强度要求相当高，在复配外加剂时就要引入一定比例的早强型母液来提高早期强度。

只有这样多元化母液复合在一起使用，才能得到一种理想的产品，满足不同客户的要求。通过这样不同性能母液的复配，可以使产品的性能得到调节，取长补短，提高产品的综合性能。

1.2.2 缓凝组分的作用

现在市场上缓凝剂多种多样，每种缓凝剂的使用效果都不一样，并不是随便哪一种缓凝剂与聚羧酸复配效果都很好，缓凝剂现在市场主要有葡萄糖酸钠、柠檬酸、酒石酸、三聚磷酸钠、食用白砂糖、工业白砂糖等。这些缓凝剂各有各的优点与缺点，市场上最常见的缓凝剂是葡萄糖酸钠、白砂糖。

缓凝组分是聚羧酸外加剂中必不可少的复配组分，特别是在夏天高温天气时，缓凝组分主要是起到调节混凝土在不同气温下的凝结时间和降低（延缓）水化热释放的作用。以常用的葡萄糖酸钠为例，将葡萄糖酸钠复配于聚羧酸减水剂中，会对聚羧酸外加剂的性能产生很明显的影响，能明显提高聚羧酸减水剂的分散性和分散保持性，还能提高外加剂与水泥的适应性，提高外加剂的减水率，减少混凝土的坍落度损失，延长混凝土的凝结时间。

在夏天高温天气时，如果单一的使用葡萄糖酸钠，效果并不是很好。葡萄糖酸钠掺量过多会造成混凝土泌水严重，所以在夏天高温天最好是用葡萄糖酸钠与白砂糖复合使用。白砂糖不仅有缓凝作用，还有增稠作用，可以抑制混凝土泌水，弥补单用葡萄糖酸钠时混凝土容易泌水的短板。多元化复合使用效果比单一使用效果好。要特别注意的是，有的缓凝剂添加进去不但起不到缓凝作用，有时候还会适得其反，所以缓凝剂的选用很重要，要经过大量试验确定掺加品种及掺量。

1.2.3 早强组分的作用

早强对于目前许多混凝土工程来讲是一项重要的性能，有的工地赶工期，对混凝土早期强度要求很高，现在尤其是一些预制构件，如钢筋混凝土管桩、预制混凝土 PC 构件的生产时，为了提高生产效率，这些生产单位特别注重混凝土早期强度的发展，所以就必须利用早强组分与聚羧酸减水剂进行复合来提高混凝土的早期强度。早强剂品种在市场也是各式各样的，有液体的，有粉体的，使用效果都不一样，早强剂在冬季温度很低时使用的很广泛。现在市场最常用的有硫酸钠、硝酸钠、亚硝酸钠、三乙醇胺等等。这些早强剂与聚羧酸减水剂复合对于水泥浆体的凝结均有不同程度的促进作用，早强剂的添加可以促进水泥提前水化，但对聚羧酸减水剂的减水率也有相应的影响。

早强组分是聚羧酸减水剂中冬季复配必不可少的组分，特别在严寒的冬季天气里早强组分主要起到促进水泥浆体提前水化，提高混凝土的早期强度。以目前使用最多的硫酸钠和三乙醇胺为例，在聚羧酸减水剂中复合硫酸钠后，对聚羧酸减水剂的减水率和保坍效果都有明显的负面影响，很明显地缩短了混凝土的凝结时间；在聚羧酸减水剂中复合三乙醇胺时，三乙醇胺可以改善减水剂的减水效果，但对保坍也有很大的负面影响，三乙醇胺掺量过大还会延长混凝土的凝结时间。选择早强剂的种类和添加量对混凝土的影响是最大的，一定要通过大量试验确定。

早强组分对那些赶工期的工地、预制混凝土 PC 构件的生产厂家来讲十分重要，他们特别注重混凝土早期强度的发展，PC 构件预制厂家对混凝土早期强度的发展要求十分严格，24 小时混凝土强度要达到设计强度70%～80% 左右，若对早期强度要求十分严格，单用早强剂与聚羧酸减水剂复合是远远达不到其要求的，在这种情况只有用专用的早强型母液与早强剂复合使用才能达到客户的要求。

1.2.4 引气、消泡组分的作用

引气组分与消泡组分也是聚羧酸减水剂复配中必不可少的组分。引气剂可以在混凝土中引入稳定、均匀的小气泡，增大水泥浆体的体积和粘度，改善混凝土的和易性和施工性能。消泡剂可以消除混凝土拌合物中过多的气泡，提高混凝土硬化后的强度和混凝土的外观质量。

引气组分和消泡组分与聚羧酸减水剂复配时都是同时使用的，在聚羧酸减水剂中复合引气剂，一方面是引入部分微细的气泡来改善混凝土和易性；一方面掺入引气剂可以提高混凝土的耐久性和抗冻融性，特别是在海峡大坝及冬季寒冷地带工程中使用广泛；一方面掺入引气剂也可以提高聚羧酸减水剂的减水率和保坍性能。在聚羧酸减水剂中复合消泡组分，可消除聚羧酸母液自身携带的大气泡；解决掺聚羧酸减水剂导致的混凝土含气量过高的问题；还可以解决掺聚羧酸减水剂导致混凝土构件表面气孔过多的问题。在复配聚羧酸减水剂时基本遵循先消泡后引气的原则，先消除聚羧酸母液自身不良大气泡，再掺入引气剂引入一部分微细的优良气泡。

使用引气剂和消泡剂时一定要慎重，消泡剂用量过大会对混凝土性能影响很大，降低聚羧酸减水剂的减水率；引气剂掺量越大，对混凝土的强度影响越大。

1.2.5 增稠组分的作用

增稠组分也是聚羧酸减水剂复配中的一个重要组成部分，但增稠组分并不是所有外加剂生产时都需添加，增稠组分主要是遇到砂石级配很差，混凝土和易性不好、保水性能很差时才需要复合一定的比例的增稠组分到外加剂中，这样可以有效的改善混凝土的性能。

增稠组分与聚羧酸减水剂复配后，在砂石级配很差时可以改善混凝土的和易性及施工性能，也可以有效的抵抗混凝土离析与分离，使混凝土在具有一定粘度的同时，也具有较好的流动性。由于聚羧酸减水剂在单独使用时，对用水量和掺量都较为敏感，有时候会导致混凝土早期或滞后离析泌水，当遇到这种现象时在聚羧酸减水剂中复配一定量的增稠组分一定程度上进行改善。目前市场主要使用的增稠材料有黄原胶、温轮胶、纤维素醚等三种增稠材料，这三种增稠材料与聚羧酸减水剂复合使用对水泥浆体的性能都有一定的改善。

增稠组分的添加量要适中，不能过多，增稠材料添加太多时，对混凝土的施工性能影响很大，增稠材料添加量越高，混凝土越粘，泵送难度越大，混凝土流动性越差,所以增稠材料添加量要根据实际材料情况通过试验论证而定。

1.3 聚羧酸主要成分之间的搭配

聚羧酸减水剂复配中的主要成分之间的搭配主要是根据客户要求和搅拌站生产原材料的实际情况进行调整搭配，还有就是根据一年四季天气温度的变化进行调整。聚羧酸减水剂中主要有几大功能组分，有减水组分、保坍组分、缓凝组分、早强组分、引气、消泡组分、增稠组分。这些功能组分我们都要根据实际情况去调整它们之间的搭配及比例。

当客户要求减水率高时，可以调整减水母液组分与保坍母液组分的比例，增加减水组分母液，降低保坍组分的母液，因为保坍组分母液保坍性能好，减水性能略低，这样两者互相调整下就可以解决了。当客户要求保坍性能好时，可以增加缓凝剂或增加保坍母液组分，降低减水组分。

在季节更替时，聚羧酸减水剂中功能材料需要根据当地实际温度来调整，春季与夏季交替时，天气温度是一天比一天热，昼夜温差也比较大，这是外加剂调整最麻烦的时候，白天有时候高温差不多有 25～29℃，晚上温度差不多也就 12～15℃左右，所以缓凝材料加多了，晚上施工，混凝土可能会凝结时间长，缓凝材料太少，白天施工可能混凝土坍落度损失快。在这两季交换时要实时关注天气变化调整缓凝保坍材料，随着气温越来越高，缓凝保坍材料用量也随着气温的提高而增加。夏季与秋季交替时，随着天气温度的降低而逐渐减少缓凝材料，以确保工地正常施工。秋季与冬季交替时，要随着天气温度的降低减水保坍缓凝材料，进入冬季时，在温州地区，一般在 11 月下旬或 12 月上旬开始增加早强材料用量，以确保工地能按时拆模，正常施工。

2 聚羧酸应用技术

2.1 不同含固量聚羧酸减水剂在混凝土中建议掺量

聚羧酸减水剂在混凝土中的应用，聚羧酸减水剂的固含量也各不相同，所以聚羧酸减水剂固含量不同，在混凝土中应用的掺量也不相同。在实际生产过程中，使用产品类型基本都是以液体为主，液体使用起来也是比较方便的，便于准确计量。

聚羧酸减水剂在搅拌站使用的一般固含量都控制在8%～10% 左右，使用控制起来比较方便。由于搅拌站使用的原材料不稳定，若减水剂固含量太高，对水很敏感，控制起来很麻烦，很容易造成混凝土离析。固含量在 8%～10%，一般掺量控制在 1.8%～2.5% 左右，如果固含量在 10%～12% 左右，一般掺量控制在 1.5%～2.2% 左右即可，具体的掺量要根据现场原料试验而定。在桥梁工程和高强度等级混凝土（C50 以上）中对减水剂要求很高，基本都是要求低掺量、高减水、高保坍，在这样的工程中固含量基本都要控制在 25%～30%左右，这么高的固含量，掺量一般控制在 0.8%～1.2%左右即可，减水剂固含量很高，敏感度度也很高，所以使用前一定要根据原材料做好试验，找到最佳掺量为宜。

不管是低含固量、高掺量还是高含固量、低掺量，在使用前必须根据现场材料进行试拌，找到最佳掺量，把混凝土状态调整到最佳状态。

2.2 高温天气如何调整减水剂保坍性能

随着工程要求越来越高，混凝土强度等级设计的也越来越高，而聚羧酸减水剂刚推向市场时，减水率很高，保坍效果很差，一到夏天高温天气时，根本满足不了工地需求，混凝土坍落度损失很大。面对聚羧酸减水剂损失这么大，该如何调整减水剂的保坍性能呢？聚羧酸减水剂刚刚推向市场时，聚羧酸母液只有单一的一种高减水母液，减水率很高，但保坍性能不太理想，如果砂石原材料很好，含泥量很低时，用这种母液与缓凝剂复合是可以满足施工要求的，如果遇到砂石材料很差时，根本满足不了工地的需求。

随着聚羧酸减水剂生产工艺的不断改进和完善，聚羧酸母液呈现多样化。目前市场由高减水型母液、保坍型母液、缓释型母液等。在夏天高温天，搅拌站原材料很差时，可以用减水型母液与保坍母液复合在一起使用，然后再复合一部分缓凝剂就可以解决混凝土损失快的问题；若遇到含泥量很高时，甚至要复合一部分缓释型母液才能提高保坍性能。

2.3 如何调整混凝土和易性

混凝土的和易性是指混凝土是否易于施工操作和均匀密实的性能。混凝土和易性的好坏，严重影响了混凝土的施工性能和混凝土的质量。影响混凝土和易性的主要因素有：单位用水量、砂率、水泥品种、骨料的级配、外加剂的品种。如果遇到混凝土和易性太差，可以从以下几个方面进行调整：首先通过调整混凝土级配来改善和易性，如果还不能满足施工要求，就要通过调整外加剂来改善和易性。当混凝土保水效果很差导致混凝土和易性变差时，在外加剂中可以适当增加一点引气剂用量或增加一部分增稠保水材料，在混凝土引入一部分微细的气泡时，它们在混凝土中能起到滚珠作用，这样可以大大改善混凝土的和易性。在配合比不变的情况下，提高含气量使坍落度增大，在正常引气量下，坍落度可以增加 2～3cm，而这些增加的气泡使得混凝土内聚力和均匀性都得到改善，气泡粘结着固体颗粒可以减小石子下沉，同时也减小水的流动，这样将改善混凝土的离析和泌水，从而大大改善混凝土的和易性。

2.4 聚羧酸减水剂中含气量对混凝土强度的影响

聚羧酸减水剂自身就是携带了一大部分气泡，这些气泡都是不良的大气泡，分布很不均匀，会大幅影响混凝土质量，所以在复配外加剂时需要将这些大气泡消除，同时通过增加一定量的引气剂引入一部分微细的气泡，因为在混凝土中如果一点含气量都没有，打出来混凝土的和易性很差，所以一定的含气量也是改善混凝土性能必不可少的一部分。但混凝土中含气量过高会对混凝土强度产生很大的影响。

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在混凝土中添加引气剂，可以调节混凝土中的含气量，从而有效改善混凝土的和易性，加强了混凝土的耐久性、抗冻性、抗渗性。但混凝土中的含气量不宜过高或过低。含气量过高时，混凝土强度会急剧下降。因为混凝土中含气量太高，会造成混凝土孔洞太多，导致混凝土不密实，从而使混凝土强度下降很多。而混凝土含气量太低，和易性变及抗冻性变差。聚羧酸减水剂中的含气量对混凝土强度影响很大，所以在复配外加剂时一定要控制好引气剂用量，通过大量试验确定适宜掺量；在保证混凝土和易性良好的情况下，同时也要保证混凝土的强度。

在使用聚羧酸减水剂时，本身就含有很高的含气量，如果在外加剂复配生产过程不加以调整，很容易造成混凝土含气量过高，同时，为了改善和易性大多数外加剂中都复合了一定量的引气剂，控制不当就会造成混凝土含气量过高，大幅影响混凝土强度和耐久性。

当遇到混凝土中含气量过高时，主要从以下几个方面入手：第一、在外加剂复配时，添加一定量的消泡剂，消除母液自身携带的大气泡；第二、在外加剂复配时，降低引气剂用量，减少引入混凝土中的气泡；第三、降低外加剂掺量；第四，在夏天高温季节，外加剂会因发酵导致含气量过高，因此在夏季复配外加剂时，可以适当添加一定量的防腐剂。

3 聚羧酸减水剂使用注意事项

（1）聚羧酸系高性能减水剂的掺量为胶凝材料总重量的 0.4%～2.5%，常用掺量为 1.5%～2.5%。使用前应进行混凝土试配试验，以求最佳掺量。

（2）聚羧酸系高性能减水剂不可与萘系高效减水剂混合使用，使用聚羧酸系高性能减水剂前必须将使用过萘系高效减水剂的搅拌机和搅拌车冲洗干净，否则可能会失去减水效果。

（3）使用聚羧酸系高性能减水剂时，可以直接以原液形式掺加，也可以配制成一定浓度的溶液使用，并扣除聚羧酸系高性能减水剂自身所带入的水量。

（5）聚羧酸系高性能减水剂与绝大多数水泥有良好的适应性，但对个别水泥有可能出现减水率偏低、坍落度损失偏大的现象。另外，水泥的细度和储存时间也可能会影响聚羧酸系高性能减水剂的使用效果。此时，建议通过适当增大掺量或复配其它缓凝组分等方法予以解决。

（6）掺用聚羧酸系高性能减水剂后，混凝土含气量有所增加（一般为 2%～4%）有利于改善混凝土的和易性和耐久性；要注意检测混凝土含气量，不可高于4%，否则会影响混凝土强度。

（7）由于聚羧酸系高性能减水剂掺量小、减水率高，使用聚羧酸系高性能减水剂配制 C45 以上的各类高性能混凝土，可以大幅度降低工程成本，具有显著的技术经济效益；用于配制 C45 以下等级混凝土，虽然聚羧酸系高性能减水剂的成本偏高，但可以通过增加矿物掺合料用量，降低混凝土的综合成本，同样具有一定的技术经济效益。

（8）由于聚羧酸减水剂与铁能起化学反应，生成含铁离子的棕色化合物，在夏天容易使聚羧酸减水剂发臭，所以储存和运输聚羧酸减水剂必须用塑料容器或不锈钢容器储存运输。

4 结语

综上所述，聚羧酸减水剂的复配需要结合工程的实际需求及所用复配组分的实际作用进行充分的试验，反复的论证，最后得到最佳的复配方案和复配比例。随着对聚羧酸减水剂生产工艺的不断革新，现在已经可以大规模生产出不同功能型的聚羧酸母液，满足不同客户的需求。尽管已经能通过合成的途径生产出多功能的聚羧酸母液，但聚羧酸减水剂的性能还需要砼仁们进一步改善，研发出更多功能性母液，以满足不同客户的需求，满足越来越高的实际工程需求。