聚羧酸高性能减水剂的适应性在国外工程中的应用

张晓振，费建文

（中交一公局集团有限公司，北京 100024）

埃塞俄比亚气候条件与中国大不相同，水泥混凝土所用原材料质量亦不稳定。当地天然砂质量不稳定，而且当地的水泥产能较低，经常停产，使水泥质量产生波动，故直接在国内采购聚羧酸成品减水剂常常因材料变化，导致出现聚羧酸高性能减水剂与原材料不适应的情况，使得水泥混凝土离析泌水，导致混凝土不能正常施工。因此本文对聚羧酸高性能减水剂的适应性进行了研究，通过调整聚羧酸母液和其他成本进行聚羧酸高性能减水剂的复配，以保障水泥混凝土的工作性能及和易性。

1 聚羧酸高性能减水剂水泥混凝土原材料的性能

1.1 水泥

埃塞国家水泥厂Mugher生产的42.5R级早强普通硅酸盐水泥执行BS EN197英国标准，早期强度较高，水泥28天抗压强度48MPa。使用这类水泥，缓凝剂需求量较大，水泥成分中具有C3A含量较高、C4AF含量较低的特点，导致混凝土易滞后泌水。

1.2 集料

天然砂：埃塞亚的斯公路局标准AACRA 2004中，天然砂的饱和面干吸水率3.0%，饱和面干表观密度2.248g/cm3，级配较为稳定属于中砂，但含泥量高且波动较大，软弱颗粒较多。

机制砂：制砂机生产配置专用除尘装置，用10～20mm玄武岩集料破碎生产机制砂。机制砂的饱和面干吸水率3.2%，饱和面干表观密度2.67g/cm3。机制砂中0.075mm通过量是6%，砂当量65%。机制砂符合美国标准ASTM C33的规定，0.075mm通过量放宽到不大于7%。

粗集料：用玄武岩片石生产两种级配的粗集料5～10mm与10～20mm.

（1）5～10mm：饱和面干吸水率2.35%，饱和面干表观密度2.662g/cm3，粗粒径偏多，10mm以下含量较少，针片状含量较多，空隙率高。

（2）10～20mm：饱和面干吸水率2.45%，饱和面干表观密度2.664g/cm3，粒径偏大，针片状含量偏高，空隙率高。

用5～10mm与10～20mm2种粗集料合成亚的斯公路局规范AACRA 2004中要求的粗集料最大公称粒径20mm对应级配的范围（见表1）。

表1 粗集料最大公称粒径20mm对应级配范围

1.3 拌合水

拌和用水使用饮用水，硬度较大，呈现弱碱性，符合亚的斯公路局规范AACRA 2004中的602.2.4的要求。

1.4 聚羧酸高性能减水剂

北京厚德外加剂厂生产的HD-SS聚羧酸高性能减水剂具有高减水率、高保持坍落度、低收缩等性能，符合美国混凝土化学外加剂技术规范ASTM C494中G型的规格。

2 聚羧酸高性能减水剂水泥混凝土的试配

聚羧酸高性能减水剂从中国进口到亚的斯亚贝巴需要6个月的时间。如果购买聚羧酸高性能减水剂成品，当现场气候与施工条件变化时，外加剂相对水泥混凝土的适应性就会改变，外加剂的和易性变差甚至不能施工，故购买聚羧酸高性能减水剂时，应要求厂家把2种母液801G高效减水母液、305G高效减水保坍母液与改变聚羧酸外加剂性质的一些小料葡萄糖钠，被称之为BS保塑剂、1种微量的引气剂（皂苷类）等单独包装发货。货物到达项目后，根据现场条件与气候条件进行外加剂配制。

聚羧酸高性能减水剂生产中对母液的要求，北京厚德外加剂厂生产2种聚羧酸高性能减水剂母液，1种聚羧酸减水剂母液命名为801G母液，主要作用是高效减水，要求减水率大于25%；另1种母液命名305G母液，具有高效减水保持坍落度低损失的作用。2种母液801G高效减水母液与305G高效减水保坍母液按照一定的比例复配满足保坍与减水率的要求，聚羧酸高性能减水剂母液的聚羧酸固体含量要求不小于50%。母液与其他引气类、保坍类、缓凝类、消泡类等外加剂复合合成后，满足水泥混凝土含气量1.5%～3%。按照JG/T233《聚羧酸系高性能减水剂》中表5混凝土坍落度在2h内损失不超过6cm，且混凝土浇筑成型后外观无气泡，施工要求混凝土坍落度在1.5h内损失不超过6cm。

以C30混凝土为例，调整聚羧酸高性能减水剂的2种母液、引气剂与BS保塑剂的比例，使减水剂与原材料相适用。影响聚羧酸高性能减水剂适应性的主要因素有天然砂含泥量波动比较大、机制砂粉尘含量较高与气候的变化。

聚羧酸高性能减水剂适应性的调整思路，当聚羧酸高性能减水剂混凝土试拌后离析出现砂浆下沉的现象时，需要提高引气剂的掺量；如果混凝土坍落度损失过快时，需要增加保坍母液的掺量降低坍落度的损失，同时保持混凝土的强度。当305G保坍母液增加到一定量时，混凝土单方用水量明显增多时，说明混凝土的强度会降低，这时不能再增加保坍母液的用量；在保证混凝土强度的前提下，当保坍母液掺量增加到一定程度不能再增加，为了减小坍落度损失需要增加BS葡钠保塑剂的掺量。BS葡钠保塑剂对水泥混凝土具有缓凝作用，能降低混凝土坍落度损失的同时增加混凝土的凝结时间，掺量过量降低混凝土的强度。当混凝土试拌后出现泥浆上浮集料下沉的现象时，说明混凝土粘性差，需要降低BS葡钠保塑剂的掺量或者降低引气成分的掺量。一直调整外加剂的配方，直至满足施工要求与混凝土和易性要求。

图1 聚羧酸高性能减水剂的配合比A试拌结果

图2 聚羧酸高性能减水剂的配合比B试拌结果

图3 聚羧酸高性能减水剂的配合比C试拌结果

图4 聚羧酸高性能减水剂的配合比D试拌结果

表2 4种聚羧酸高性能减水剂配方试拌水泥混凝土的拌合物和力学性能对比

聚羧酸高性能减水剂配方进行调整，并进行多次试拌，试拌结果如下：

（1）聚羧酸高性能减水剂的配合比A：母液801G（800kg）+母液305G（200kg）+BS糖钠（20kg）+引气剂（1.5kg）。经过试拌后，由于减水率比较大引起轻度泌水，水泥浆轻度下沉，坍落度损失比较快。解决办法是提高引气剂的掺量改变和易性，提高保坍母液与BS葡钠的掺量降低坍落度损失（见图1）。

（2）聚羧酸高性能减水剂的配合比B：母液801G（700kg）+母液305G（300kg）+BS糖钠（40kg）+引气剂（2kg）。经过试拌后，水泥浆上浮粗集料下沉，混凝土离析。混凝土离析时出现水泥浆上浮粗集料下沉现象，解决方法需要降低BS葡钠的掺量消除混凝土的离析（见图2）。

（3）聚羧酸高性能减水剂的配合比C：母液801G（700kg）+母液305G（300kg）+BS糖钠（30kg）+引气剂（2kg）。经过试拌后，出机坍落度220mm，1.5h经时坍落度200mm，和易性好，流动性包裹性好，保坍性能良好（见图3）。

（4）考虑亚的斯亚贝巴的旱季气候干热坍落度损失变化较大，聚羧酸高性能减水剂的配合比D：母液801G（700kg）+母液305G（300kg）+BS糖钠（35kg）+引气剂（25kg）。经过试拌后，出机坍落度230mm，1h经时坍落度210mm，和易性好，流动性包裹性好，保坍性能良好（见图4、表2）。

表3 最终确定C30聚羧酸外加剂混凝土配合比（kg/m3）

表4 聚羧酸高性能减水剂水泥混凝土配合比（水泥与外加剂单价比尔/kg，集料单价比尔/m3）

表5 以前使用的萘系外加剂水泥混凝土配合比（水泥与外加剂单价比尔/kg，集料单价比尔/m3）

3 聚羧酸高性能减水剂水泥混凝土最终确定的配合比

最终确定C30聚羧酸外加剂混凝土配合比（kg/m3）见表3：

（1）聚羧酸高性能减水剂的常用配方：母液801G（700kg）+母液305G（300kg）+BS糖钠（30kg）+引气剂（2kg）。

（2）气候干热时聚羧酸高性能减水剂的配方：母液801G（650kg）+母液305G（350kg）+BS糖钠（35kg）+引气剂（25kg）。

4 聚羧酸高性能减水剂水泥混凝土成本分析

萘系外加剂天津港FOB价格为6150CNY/t，聚羧酸外加剂天津港FOB价格为7800CNY/t，加上海运费、保险费、港杂费、清关费、关税以及埃塞境内陆路运输费，到达项目价格为FOB价的1.65倍，人民币兑比尔的汇率为1∶4.4，进行折算：

萘系外加剂到达埃塞项目44.6比尔/kg；聚羧酸外加剂到达埃塞项目56.6比尔/kg。

其他材料在埃塞价格为：水泥2.74比尔/kg，机制砂522比尔/m3，粗集料350比尔/m3，天然砂600比尔/m3，砂石料的装车平均容重1400kg/m3。

正在使用的聚羧酸外加剂的配合比（kg/m3）与混凝土材料费用：

聚羧酸高性能减水剂水泥混凝土配合比见表4。

以前使用的萘系外加剂水泥混凝土配合比（水泥与外加剂单价比尔/kg，集料单价比尔/m3）见表5。

萘系外加剂C30混凝土材料费1855比尔/m3，聚羧酸高性能减水剂C30混凝土材料费1740比尔/m3，价差115比尔，折算人民币，采用聚羧酸外加剂每方混凝土可降低成本26.1元。埃塞亚的斯公司最近5年先后完成的项目包括Bole市政路项目、Lideta市政路项目、Bole机场停机坪改扩建项目、亚的斯市东西线项目，KT市政路项目等项目，合同额4.5亿美元，5年中C30混凝土合计36万m3，节约成本大约1000万人民币。

5 结束语

聚羧酸母液减水率大，受气候与施工现场不利条件的影响，导致坍落度损失比较快，且常常伴有泌水离析现象发生，影响混凝土施工质量。本文通过调整2种母液比例，并在复配的基础上进行添加缓凝保塑剂，用以调整坍落度受气候条件变化的坍落度损失，使聚羧酸高性能减水剂与原材料相适应，不仅提高了混凝土的和易性，还提高了混凝土的外观质量，保障了施工质量。通过分析各种材料的价格，聚羧酸高性能减水剂比萘系外加剂更具有价格优势，在保障工程质量的前提下，可代替萘系外加剂达到节约混凝土材料成本的目的。