編制聚羧酸系減水劑應用技術規范的重大意義及其內容*

孫振平，吳小琴，羅瓊，姜愛峰，劉樸，劉海峰

(1.同濟大學先進土木工程材料教育部重點實驗室，上海 200092； 2.上海市浦東新區建交委，上海 200135；3.上海浦東工程建設管理有限公司，上海 201203)

2009年12月，國務院總理溫家寶在哥本哈根氣候變化大會上鄭重承諾：中國決定到2020年單位國內生產總值CO2排放比2005年下降40%～45%。要實現這一承諾，必須加快推進我國水泥混凝土工業節能減排的步伐，提高混凝土應用外加劑的比例。而聚羧酸系減水劑作為繼萘系、密胺系、脂肪族系和氨基磺酸鹽系減水劑之后一種新型高性能減水劑，以其在摻量較低(固體摻量0.15%～0.25%)時就能產生理想的減水和增強效果、大幅度降低混凝土中的水泥用量、提高混凝土對固體廢棄物的利用率，加之生產過程中又不使用甲醛和不排放出廢液等突出特點，在我國混凝土行業中必將得到更廣泛的推廣和應用。

然而，聚羧酸系減水劑作為一種特殊的外加劑品種，要想規范、安全、高效地為混凝土實際工程和混凝土行業的節能減排服務，必須編制相應的標準和技術規范，指導其正常的生產和規范使用。鑒于混凝土外加劑應用技術規范編制工作正在展開，本文結合目前國內聚羧酸系減水劑的應用技術特點，就聚羧酸系減水劑的應用技術規范的編制提出作者的觀點，供有關部門參考。

1 聚羧酸系減水劑的產品檢驗標準和應用現狀

根據國家和鐵道部有關規定，鐵路工程混凝土必須具備高耐久性、高穩定性、高保塑性、高強度和高環保等特性，所以，鐵道部科技司于2006年發布了《客運專線高性能混凝土用外加劑產品檢驗細則》，規定只有經各項考核達標的企業，其產品也經檢驗符合該檢驗細則規定的各項技術指標時，該產品才可用于客運專線工程。盡管鐵道部的細則包括13條之多，但并沒有考慮產品的應用特性、技術難題和工程事故時有發生。2007年，由中國建筑科學研究院組織編制并頒布了建工部行業標準《JGC/T223-2007 聚羧酸系高性能減水劑》[1]，這是國內外第一部專門針對聚羧酸系減水劑的產品標準。該標準將聚羧酸系高性能減水劑分為緩凝型(HN)和非緩凝型(FHN)兩類。2008年發布并于2009年12月開始實施的《GB8076-2008 混凝土外加劑》標準中也增加了“高性能減水劑”的產品，將其分為標準型(HPWR-S)、早強型(HPWR-A)和緩凝型(HPWR-R)三類[2]。

目前我國聚羧酸系減水劑的產量占減水劑總產量的比例已開始大幅上升。據統計，2005年我國聚羧酸系減水劑使用量約5萬噸，2006年上升為15萬噸，2007年這一紀錄被41.3萬噸刷新。這兩年高鐵和城市地鐵的大規模建設投資更大，2008年和2009年聚羧酸系減水劑的用量已分別超過80萬噸和120萬噸，增幅十分顯著。

盡管聚羧酸系減水劑用量很大，但其在工程應用中的具體表現卻并不盡如人意。究其原因，是缺少對其應用特性歸納分析基礎上制定的應用技術規范。

2 聚羧酸系高性能減水劑在工程應用中的技術特點

筆者根據這些年聚羧酸系減水劑的實際應用情況，將其技術特點歸納為以下幾點：

（1）混凝土減水率與凈漿流動度、砂漿減水率關系不密切

聚羧酸系減水劑在混凝土中的減水率測試結果與其凈漿流動度、砂漿減水率之間的關系不密切，這一點對工程中常用凈漿流動度或/和砂漿減水率評價減水劑的減水率的做法提出了嚴峻的挑戰。

（2）混凝土坍落度保持性與凈漿流動度保持性關系不密切

坍落度保持性是聚羧酸系減水劑的一項重要的技術指標。為簡便起見，許多混凝土攪拌站通過測定摻聚羧酸系減水劑的凈漿流動度的保持性，來間接考查混凝土的坍落度保持性，結果發現它們之間不存在對應性。

（3）混凝土抗壓強度比與減水率之間的關系不甚密切

所有減水劑的抗壓強度比測試結果與減水率并不呈正比關系，其原因在于減水劑通常有一定的引氣性，不同減水劑的引氣量不同，而即使引氣量相同，氣泡結構也有很大差異。此外，減水劑中活性基團、游離的離子不同，這些因素對水泥水化進程均有不同程度的影響，因而會影響混凝土的強度發展規律。

（4）減水增強效果對混凝土原材料和配合比的依賴性大

聚羧酸系減水劑在較低摻量情況下就具有較好的減水效果，其減水率比其它品種減水劑大得多。但必須注意的是，與其它減水劑相比，聚羧酸系減水劑的減水效果與試驗條件的關系更大。混凝土中集料的顆粒級配以及砂率，對聚羧酸系減水劑的塑化效果影響也非常大。另外，聚羧酸系減水劑和其它減水劑一樣，“減水率”還取決于攪拌工藝，如果采用手工拌合，測得的“減水率”往往比機械攪拌低2～4個百分點。

（5）減水效果對減水劑摻量的依賴性很大

聚羧酸系減水劑的作用效果對其摻量十分敏感，使用時只有達到它的飽和摻量，才能起到良好的減水效果，摻量過大則會引起離析、泌水而使減水、增強效果下降。

（6）所配制的混凝土拌合物的性能對用水量十分敏感

當使用萘系減水劑、木質素磺酸鹽減水劑配制混凝土時，一般用水量增加10～15 kg/m3，混凝土拌合物不會出現泌水、離析現象。而采用聚羧酸系減水劑制備的混凝土拌合物，其性狀對用水量十分敏感。有時用水量即使增加1～3kg/m3，混凝土拌合物便立刻嚴重泌水，采用這種拌合物絕對無法保證澆注體的均勻性，而易導致結構物表面出現麻面、起砂、孔洞等難以接受的缺陷，且結構體強度和耐久性嚴重下降。

（7）所配制混凝土的和易性同時依賴于減水劑摻量和用水量

現場試驗發現，采用聚羧酸系減水劑配制的混凝土，其和易性同時依賴于減水劑摻量和用水量，若減水劑摻量稍高，可能用水量減少了一些，但卻容易出現扒底、露石，且坍落度損失迅速，此時只要稍微減少減水劑用量而增加部分水就可以解決問題。

（8）所配制的大流動性混凝土容易分層離析

大部分情況下，采用聚羧酸系減水劑配制的大流動性混凝土，即使減水劑摻量、用水量控制都是最佳的，混凝土拌合物也不泌水，但卻非常容易出現分層、離析現象，具體的表現是粗集料全部下沉，而砂漿或凈漿位于集料的上部。采用這種混凝土拌合物進行澆注，即使不振動，分層、離析也明顯存在。所以，采用聚羧酸系減水劑配制清水混凝土、自密實混凝土絕非易事。

（9）與其它品種減水劑的相溶性很差，甚至無疊加的作用效果

傳統的減水劑，如木質素磺酸鹽減水劑、萘系高效減水劑、密胺系高效減水劑、脂肪族系高效減水劑以及氨基磺酸鹽高效減水劑，完全可以任何比例復合摻加，以滿足不同工程的特殊配制要求，或獲得更好的經濟性。這些減水劑復配使用都能得到疊加的(大多數情況下優于單摻)使用效果，且這些減水劑的溶液都可以互溶(除了木質素磺酸鹽減水劑與萘系減水劑互溶產生部分沉淀但并不影響使用效果外)。但聚羧酸系減水劑與其它品種減水劑復合使用，卻不易得到疊加的效果，且聚羧酸系減水劑溶液與其它品種減水劑溶液的互溶性本身就很差。筆者對這一問題的研究結果表明[3]：

1）從溶液的互溶性來看，聚羧酸系減水劑與密胺系減水劑或脂肪族系減水劑溶液不能復配在一起摻加，而不考慮復合使用效果的情況下，聚羧酸系減水劑存在與木質素磺酸鹽、萘系、氨基磺酸鹽系減水劑復配使用的可能性。

2)從復合摻加后的疊加效果來看，聚羧酸系減水劑與木質素磺酸鹽減水劑和脂肪族系減水劑存在復合摻加使用的可能性，但由于聚羧酸系減水劑與脂肪族系減水劑不互溶，實際上聚羧酸系減水劑只能與木質素磺酸鹽減水劑進行復配。

（10）與常用改性組分的相容性較差

目前關于對減水劑的復配改性技術措施，基本上都是建立在對木質素磺酸鹽系、萘系高效減水劑等傳統減水劑改性措施的基礎上的。試驗證明，過去的改性技術措施并不一定適合于聚羧酸系減水劑，如對萘系減水劑進行改性的緩凝成分中，檸檬酸鈉就不適合聚羧酸系減水劑，它不僅起不到緩凝作用，反而有可能促凝，且檸檬酸鈉溶液和聚羧酸系減水劑的互溶性也很差。再者，許多品種的消泡劑、引氣劑和增稠劑也不適合于聚羧酸系減水劑。

3 關于聚羧酸系減水劑應用技術規范的討論

由于聚羧酸系減水劑存在以上技術特點和應用難題，工程中不能簡單地參照《GB50119-2003 混凝土外加劑應用技術規程》[4]中的高效減水劑條目指導應用，必須盡快編制專門的聚羧酸系減水劑應用技術規范。下面是作者對該規范編制的一些初步看法：

（1）根據工程實際的需求，聚羧酸系減水劑可分為標準型、緩凝型、超緩凝型、引氣型和早強型五類。

目前，早強型聚羧酸系減水劑已開始有較成熟的產品，為推進其在預制混凝土中的應用，增加這一產品類別是比較有利的。而引氣型產品則適合于對抗凍融循環性要求高的混凝土工程。因為聚羧酸系減水劑產品的引氣量測試值從1%到10%甚至10%以上，變化范圍很大，所以建議這項規定，以便將它們區分開來。

根據形態，聚羧酸系減水劑有水溶液和粉劑兩類。

（2）關于產品類別的選擇，應作如下規定：

1) 聚羧酸系減水劑產品類別的選擇應根據工程設計和施工要求選擇，通過試驗及技術經濟性的比較確定。

2) 嚴禁使用對人體產生危害、對環境產生污染的聚羧酸系減水劑。

3) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土所用水泥，宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥，并應采用合適的摻量檢驗外加劑與水泥的適應性，符合要求方可使用。

4) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土所用摻合料，宜采用礦渣粉、粉煤灰、硅灰、石灰石粉以及它們的復合產品等，并應檢驗外加劑與摻合料的適應性，符合要求方可使用。

5) 摻外加劑混凝土所用材料如水泥、砂、石、摻合料、外加劑均應符合國家現行的有關標準的規定。試配摻聚羧酸系減水劑的混凝土時，應采用工程使用的原材料，檢測項目應根據設計及施工要求確定，檢測條件應與施工條件相同，當工程所用原材料或混凝土性能要求發生變化時，應再進行試配試驗。

6) 嚴禁在工地現場不經檢驗，將聚羧酸系減水劑與其它品種外加劑復配在一起使用。

（3）關于產品的檢驗，應作如下規定：

1) 聚羧酸系減水劑進場時，必須提供以下技術文件：產品說明書，并應標明產品類別及其主要成分；出廠檢驗報告及合格證；摻外加劑混凝土性能檢驗報告；產品應用范圍及特性等。

2) 聚羧酸系減水劑運到工地（或混凝土攪拌站）應立即取代表性樣品進行檢驗。

3) 檢驗所用材料如水泥、砂、石、摻合料均應為工程取樣材料，且應符合國家現行的有關標準的規定。檢驗采用的混凝土配合比、檢測條件應與施工條件相同，當工程所用原材料或混凝土性能要求發生變化時，應再進行檢驗。

（4）生產混凝土時，聚羧酸系減水劑的計量要求如下：

聚羧酸系減水劑應用時，應嚴格計量，配料控制系統標識應清楚、計量應準確，計量誤差不應大于外加劑用量的1%。

（5）關于產品的復配使用，應該作強制性的規定：

1) 除木質素系減水劑和膨脹劑外，不應將聚羧酸系減水劑與其它品種外加劑復配使用。

2) 當與其它品種外加劑復合使用時，必須密切注意它們的相容性及對混凝土性能的影響，并進行嚴格的試驗進行復配效果的評價，滿足要求方可使用。

（6）聚羧酸系減水劑的運輸與貯存應滿足如下要求：

1) 聚羧酸系減水劑的輸送、運輸和貯存不得采用鐵制材料(不銹鋼除外)，而應采用塑料、玻璃等材質。

2) 產品運輸、貯存過程中防止水分蒸發和遭受污染。

（7）聚羧酸系減水劑可以采用后摻法或二次添加法，但應作如下規定：

《GB50119-2003 混凝土外加劑應用技術規范》規定，當摻加泵送劑的混凝土從預拌混凝土廠運送至澆注現場，可能由于路途遙遠、堵車或等待澆注的時間過長，混凝土坍落度損失過大，以致于不適于泵送或澆注施工時，可以采用二次添加泵送劑的方法，將一定量泵送劑摻入混凝土運輸攪拌車中快速運轉，至攪拌均勻，測定坍落度符合要求后進行泵送和澆注。

摻加聚羧酸系減水劑的混凝土，因不可預測的原因造成其坍落度損失過大時，也可以采用二次添加減水劑的方法，恢復混凝土的流動性，以免造成混凝土拌合物的浪費。但是由于混凝土拌合物性能對聚羧酸系減水劑的摻量相當敏感，一旦過量很易造成離析、泌水，甚至分層。實際施工時，關于聚羧酸系減水劑二次添加與否、二次添加的數量等，應遵照專家意見，并進行嚴格試驗，充分驗證其可行性后方可進行。

（8）關于混凝土的振搗，也應作嚴格規定。

由于摻加聚羧酸系減水劑制備的混凝土坍落度一般較大，再加上拌合物粘度較低，所以混凝土拌合物澆注后的振搗半徑和振搗時間應通過試驗確定，或應聽從專家指導。振搗半徑過小，或振搗時間過長，都很易造成混凝土含氣量嚴重下降、集料相與漿體相嚴重分層等結構缺陷。

（9）關于混凝土的初期養護，更應引起注意。

從本文所參考的標準都可看出，聚羧酸系減水劑對混凝土干縮性能影響較小，或者說摻加聚羧酸系減水劑不過分增加混凝土的干縮。但這決不代表摻加聚羧酸系減水劑的混凝土可以放松甚至取消養護。

與摻加其它外加劑的混凝土一樣，摻加聚羧酸系減水劑的混凝土澆注振搗密實后的表面二次抹壓、薄膜覆蓋或噴霧等，對防止其塑性收縮裂縫非常有效。而連續的7d或14d的保濕養護則不僅是混凝土強度正常增長的需要，也是防止其干燥收縮裂縫的保障。

（10）其它方面。

關于產品的檢驗，應堅決取消凈漿流動度和砂漿減水率，避免這些試驗結果的誤導作用，并應增加混凝土減水率與抗壓強度比的結合。

另外，是否對摻聚羧酸系減水劑混凝土原材料中砂、石的含泥量作進一步限制，是否對粉煤灰的燒失量作進一步限制，尚需大量的驗證試驗。

4 結語

對任何一項新產品，其應用技術規程都是十分重要的。即使當前有不成熟的地方，今后還會很快被修訂。廣大工程應用單位希望聚羧酸系減水劑的應用技術規范能盡快編制發行。

[1]JG/T223-2007.聚羧酸系高性能減水劑[S].中華人民共和國建設部發布，2007.8.

[2]GB8076-2008.混凝土外加劑[S].中國人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局發布，2008.

[3]孫振平，蔣正武，王建東.聚羧酸系減水劑與其他減水劑復配性能的研究[J].建筑材料學報，2008，11(5)，585-590[4]GB50119-2003.混凝土外加劑應用技術規范[S].中華人民共和國建設部發布，2003.9.1