铁路混凝土用聚羧酸减水剂性能试验研究

韩侃， 牛迎国， 朱兆荣，3， 王伟星

（1. 中铁西北科学研究院有限公司，甘肃兰州 730000；2. 甘肃环通工程试验检测有限公司，甘肃兰州 730000；3. 青海省冻土与环境工程重点试验室，青海格尔木 816000）

混凝土常用聚羧酸减水剂，具有减水率高、保坍性好、无氯、无氨、低碱、无三废排放、对人体健康不构成威胁且分子结构可调控等优点。聚羧酸减水剂按主、侧链桥接基团差异主要分为醚类和脂类2 种。脂类减水剂发展应用较早，分子链短、保坍效果差、生产工艺复杂，只有个别公司生产；醚类减水剂生产简单方便，配方工艺技术提高迅速，初期减水率就达到或超过脂类减水剂，已涌现出一批较高质量、类型多样的醚类减水剂品种。目前，各外加剂企业广泛采用醚类工艺配方，并不断改进产品性能，在各种工程中广泛地使用［1］。随着我国经济发展和高速铁路建设，大体积、高泵程混凝土的施工越来越多，拌合站对掺聚羧酸减水剂混凝土的流动性、保持性提出更高要求。从生产工艺、品种、特性、适宜应用领域和现场管理等方面阐述聚羧酸减水剂的性能特点、应用现状和存在的问题，为聚羧酸减水剂在混凝土工程中的正确使用提供借鉴。

1 质量影响因素

（1）供应合同价格。价格合理是供应厂家配置较好技术及资源的基础，质量问题通常是低价中标导致。企业为了自身利益提高掺量（加胶凝材料和水来解决混凝土强度问题），或以次充好，给工程施工和工程实体带来较多隐患。

（2）原料质量和稳定性。当地各种原材料的价格、质量、稳定性、供应能力等都影响聚羧酸减水剂成本，如部分集团公司没有对项目的具体材料情况进行调查，评标方法偏差，导致成本价高于中标价，厂家以次充好。

（3）母液和复配。某铁路建设由于现场地材不稳定，不能适应现场变化，曾试行过由聚羧酸减水剂生产厂家直供。但因距离较长，增加运输成本，不能实施推广。聚羧酸减水剂厂家就近复配仍然为供应项目的优选措施，但人员技术能力、母液质量都会对聚羧酸减水剂的配制产生影响［2］，复配厂需要全方位监管，提高技术人员素质，精准计量复配大货；施工单位要对质量严格把控，确保产品质量。

（4）工程实施偏差。我国的国家标准及铁路标准，对于混凝土拌合物中的减水剂、水泥、砂、石等材料的质量标准都有详细规定。由于技术人员对规范和标准的表述不能准确理解，在实际工作中会出现一些问题。如施工项目上批准的配合比叫做“理论配合比”，而真正要生产时是“现场配合比”，技术人员要根据现场材料的变化有所调整才能生产出合格的混凝土拌含物。

2 聚羧酸减水剂性能试验

聚羧酸减水剂的性能试验分为本体性能试验和应用性能试验2 个部分。通过对在建5 条铁路试验检测和调研发现，本体性能试验结果一致性较好，而应用性能试验结果吻合度稍差。本体性能试验按照GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中提供的方法与查质量证明文件的方式进行检测。检测机构、检测地点及人员差异对检测结果影响较小，仅含固量［3］测试值略有波动。

聚羧酸减水剂分子结构复杂，实验室很难检测其分子结构评判其应用性能是否满足设计要求，主要按照GB 8076—2008《混凝土外加剂》［4］中提供的方法，通过拌合混凝土性能间接表征。从聚羧酸减水剂抽检结果和试验数据来看，不同批次的混凝土原材料对聚羧酸减水剂应用性能试验结果影响较大。

2.1 原材料对聚羧酸减水剂应用性能影响

在铁 路 建设项目（YX-1、YX-2、ZL-1、LL-1、KG-2）中，随机抽取3 种聚羧酸减水剂产品，混凝土原材料（水泥、砂、石、水）按照GB 8076—2008《混凝土外加剂》要求进行聚羧酸减水剂应用性能试验；按照TB 10424—2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》［5］中“标准型高性能减水剂的性能指标”进行评价。采用不同工程原材料的聚羧酸减水剂应用性能试验结果见表1。

表1 不同工程原材料的聚羧酸减水剂应用性能试验结果 %

PCE-1#采用同一混凝土配合比、不同混凝土原材料、在同一间实验室由相同的试验人员操作，混凝土拌合物性能试验第1 组数据全部合格；第2 组数据除含气量指标外，其他检测项目均不合格。PCE-2#采用同一混凝土配合比、相同混凝土原材料、在不同实验室由不同试验人员操作，混凝土拌合物性能试验第1组数据只有减水率合格，其他指标一定程度超限，而第2组数据全部合格。PCE-3#采用同一混凝土配合比、不同混凝土原材料、在不同实验室由不同试验人员操作，现场混凝土拌合物性能试验2组数据均全部合格，但测试结果相差较大。

由表1可知，原材料对聚羧酸减水剂应用性能影响较大，实验室和人员操作对聚羧酸减水剂应用性能影响较小。

2.2 水泥用量对混凝土含气量影响

混凝土配和比要根据减水剂的种类和水泥用量来确定，GB 8076—2008《混凝土外加剂》规定“高性能减水剂测试时水泥用量为360 kg/m3，高效减水剂及普通减水剂测试时水泥用量为330 kg/m3”。而实际工程混凝土中水泥用量会偏大，随着水泥总量的增加，混凝土的黏聚性会提高，内部的气泡聚并、上浮、散逸较困难，含气量受较大影响［6］。

改变聚羧酸减水剂检测混凝土配合比中水泥用量［7］，保持混凝土用水量不变，测试掺PCE-3#聚羧酸减水剂的混凝土含气量变化（见表2）。随着水泥用量的增加，掺聚羧酸减水剂的混凝土含气量呈逐渐增大趋势，所以水泥用量的波动会间接影响掺聚羧酸减水剂的混凝土含气量。

表2 不同水泥用量下掺PCE-3#聚羧酸减水剂的混凝土含气量

2.3 骨料含泥量对混凝土减水率影响

通过外掺黏土的方式调整细骨料含泥量，并按照GB 8076—2008《混凝土外加剂》方法测试掺PCE-3#聚羧酸减水剂的混凝土在不同含泥量下的减水率（见表3）。随着细骨料含泥量的增加，聚羧酸减水剂减水率呈下降趋势［8］，细骨料含泥量超过2.4%后，PCA-3#聚羧酸减水剂的减水率不能满足铁路工程建设用高性能减水剂的要求。随骨料进入混凝土拌合物中的黏土吸附聚羧酸减水剂，造成减水剂不能有效地分散水泥颗粒，宏观表现为聚羧酸减水剂的减水率下降［9］，所以骨料含泥量波动会间接影响聚羧酸减水剂混凝土减水率。

表3 不同含泥量下掺PCE-3#聚羧酸减水剂的混凝土减水率%

2.4 骨料含气量对混凝土含气量影响

测试3种不同含气量的骨料对掺PCE-3#聚羧酸减水剂的混凝土含气量影响（见表4）。随骨料含气量的增加，掺聚羧酸减水剂的混凝土含气量呈下降趋势，所以骨料含气量的波动会间接影响掺聚羧酸减水剂的混凝土含气量。

表4 骨料不同含气量下掺PCE-3#聚羧酸减水剂的混凝土含气量 %

2.5 骨料种类对混凝土28 d抗压强度比影响

卵石与碎石是土建工程应用量最大的2 类粗骨料，不同种类骨料下掺PCE-3#聚羧酸减水剂的混凝土28 d抗压强度比见表5。同一聚羧酸减水剂采用卵石粗骨料时，其28 d 抗压强度比测试值较碎石粗骨料降低6%，所以不同粗骨料类型会影响掺聚羧酸减水剂的混凝土28 d抗压强度比。

表5 不同种类骨料下掺PCE-3#聚羧酸减水剂的混凝土28 d抗压强度比 %

3 结论

根据不同产地、不同材料对比检测的结果分析，混凝土原材料波动对聚羧酸减水剂应用性能测试值有较大影响。为保证聚羧酸减水剂检测结果，需加强检测用混凝土原材料的稳定性控制，并根据实际原材料品质针对性的调整聚羧酸减水剂成分，使减水剂性能满足设计、施工要求、成为混凝土质量保障的调节剂。

（1）对减水剂行业的准入门槛要适当提高，减少市场恶意竞争，从源头保证减水剂质量的可靠稳定。

（2）复配厂的人员技术能力和母液质量都会对减水剂配制产生影响，提高各方技术人员素质，把好母液质量关才能确保减水剂质量。

（3）不同原材料对减水剂应用性能的影响较大，加强对混凝土各种原材料质量检测和现场储存管理。

（4）技术人员要根据实际情况对聚羧酸减水剂的成分进行调整，满足现场要求。