功能型聚羧酸外加剂在混凝土预制构件中的应用

2020-11-02苏嘉

中国建材科技 2020年1期

苏嘉

（山西省路杰公路工程技术咨询有限公司，山西太原 030000）

0 引言

高效减水剂是混凝土结构件的一个重要构成成分，可以极大程度改善混凝土的工作性能，使混凝土预制构件产品的生产效率以及质量得到进一步的提升。

目前在混凝土预制构件生产过程中，大部分的生产厂家使用的是萘系减水剂，只有小部分的生产厂家使用氨基横酸盐作为混凝土减水剂。作为第三代高效减水剂的聚羧酸减水剂产品，在改善混凝土工作性能方面具有独特的性能优势。例如西卡公司研发的ViscoCrete 20 HE型聚羧酸系减水剂，该减水剂使得混凝土的早期强度得到了有效的提升，有效缩短了混凝土预制构件的蒸汽养护工作时间，不仅生产成本大大降低，而且节省了能源，促进了混凝土预制构件的绿色化发展。

1 功能型聚羧酸外加剂概述

根据聚羧酸外加剂主链结构的差异，可以将聚羧酸高效减水剂产品分为两大类型。一类是丙烯酸或者甲基丙烯酸为主链结构，侧链为聚醚的聚羧酸高效减水剂产品。另一类是以马来酸酐为主链，侧链为聚醚的聚羧酸高效减水剂产品。这两大类产品的差异就在于其主链结构的不同，以这一差异为基础也延伸出了许多种类的高性能减水剂产品。

在出现聚羧酸外加剂之前，混凝土生产中使用的外加剂主要有木质素横酸盐类外加剂，萘系外加剂、三聚氰胺甲醛缩聚物等。后来在上世纪八十年代初期，日本首次研发出了聚羧酸系减水剂，克服了传统高效减水剂的一些弊端，提高了混凝土预制构件掺量、保坍性、收缩率以及分子结构可调性等性能，杜绝了甲醛在生产过程中的使用。在很多混凝土施工中，萘系等传统高效混凝土外加剂会受到技术性能的局限，使其制备的混凝土产品无法满足工程施工的质量需求，目前备受国内外关注的聚羧酸系高性能减水剂产品可以对混凝土的分子结构进行有效的设计，具有高分散作用，有效提高混凝土的塑化效果，使混凝土保持良好的流动性，提高水泥分子结构的自由度，对混凝土工作性能的改善效果十分显著，能够使混凝土有效收缩，降低混凝土中有害物质的含量，有效提升混凝土施工的和易性、强度、耐久性。并且聚羧酸系高性能减水剂还具有一定的环保优势，符合现阶段国家提倡的节能环保发展战略的需求。因此，聚羧酸系高性能减水剂也就慢慢发展成为了混凝土制备首选的外加剂。

有关报道显示，日本高性能外加剂的使用中有80%都是聚羧酸系高性能减水剂。北美、欧洲国家的使用占比也达到了50%以上。在我国，聚羧酸系减水剂也有了一定的成果。但是，聚羧酸减水剂产品也存在着一些弊端，比如：在高温环境下保坍性会有所下降，对温度比较敏感，相同种类的聚羧酸外加剂，在不同的季节施工，混凝土的保坍性差别极大；功能性产品也十分少，超高、超长距离的混凝土泵送施工很难完成；粘度也十分高，在低水胶比混凝土配制过程中，混凝土的粘度如果过高的话，对于施工来说十分不利；对砂石集料的含泥量要求也比较高，有着较强的敏感性，对机制砂的适应性也十分差，这些对施工的影响非常大。

2 聚羧酸外加剂的应用分析

2.1 在PHC管桩中的应用

近几年里，PHC管桩得到了快速的发展，是目前高强混凝土制备产品中应用极为广泛的一种产品。该产品在强度等级、承载力以及抗冲击性能等方面都具有较好的技术优势。

PHC管桩的生产工艺为：

①将水泥、矿物掺合料、河砂、碎石以及减水剂混合进行搅拌，直至混合均匀，然后再用布料车将其运送到模具中，等待合模离心成型。

②将成型后的混凝土产品，静置一到两个小时，然后再将管桩返到90摄氏度的蒸汽中进行养护，养护时间为六至八个小时，然后脱模。

③将管桩放置到180摄氏度的蒸压釜中，进行二次蒸压养护，养护时间为四至六个小时，这样就完成了整个PHC管桩的制作过程。

我国在很长的一段时间里使用的PHC管桩，其制作工艺流程中，采用的都是坍落度为30毫米到50毫米的塑性混凝土，选用的混凝土减水剂也大多是萘系减水剂，这主要是因为萘系减水剂的减水率较高，可以适应不同品种的水泥，具有较好的稳定性能，并且价格也十分合适。

近几年来，随着管桩生产新工艺的不断发展，PHC管桩混凝土预制构件正在逐步应用一些坍落度较高的混凝土产品，开始使用泵送技术来运输混凝土，降低施工的强度，提升生产效率，而在这一方面，聚羧酸系减水剂的使用优势要远远大于萘系减水剂产品，聚羧酸系减水剂在调整混凝土构件外观以及控制裂缝等方面有着较好的技术优势，可以通过选用低引气以及减缩型的聚羧酸系减水剂来控制这一问题。在不增加胶凝材料的使用量与降低混凝土力学性能的前提下，聚羧酸系减水剂可以很好地取代萘系减水剂的作用，可以确保混凝土的坍落度大于160毫米，实现泵送技术。

PHC管桩混凝土的坍落度和强度指标见表1。

表1 PHC管桩混凝土的坍落度和强度指标

2.2 在地铁盾构管片中的应用

混凝土管片是隧道盾构技术中的一个关键构成部分，混凝土管片质量的好坏与否会对整个隧道的施工质量造成直接的影响，就目前而言，影响混凝土管片质量的原因主要有两个。一个是气泡问题，气泡过大会使构件的外观受到影响，甚至混凝土管片的抗渗性能下降；另一个是裂缝，裂缝的宽度如果超过0.2毫米，会使混凝土的结构性能与防水性能受到严重的影响。

管片生产的效率也是相关厂家极为关注的一个问题，管片的生产效率的影响主要是在这两个阶段，一个是混凝土静置预备蒸汽养护阶段，也就是混凝土的收光抹面阶段，另一个是混凝土蒸汽养护阶段，也就是混凝土强度提升阶段。

针对混凝土管片生产过程中存在的质量以及生产效率问题，外加剂生产厂家针对性地开发出了一种适合管片生产的聚羧酸系减水剂。据有关的报道显示，VIVD早强型聚羧酸系减水剂可以很好地提高混凝土管片制备的减水率，降低含气量，加快混凝土强度增长的速度，提高混凝土的和易性，使混凝土管片生产中存在的质量问题以及效率问题得到有效的解决。

此外，管片在生产的过程中，混凝土浇筑成型后的静置阶段是不能省略的，这是提高混凝土表面外观质量的一个重要步骤，为了确保管片的质量，提高生产的效率，通常会通过降低水灰比与减小塌落度的方式来缩短静置阶段的时间，但是这样一来，混凝土的坍落度就会达不到施工要求，导致提高了施工的难度，甚至是出现管片缺角的问题，VIVD聚羧酸系减水剂可以有效地降低混凝土管片生产的水灰比，将其调整在0.28到0.31之间，控制其坍落度，确保坍落度在30毫米到70毫米之间。同时还可以有效降低静置预制预蒸的时间。