萘系和聚羧酸系外加劑在混凝土應用中的性能比較

黎世嚴

一、 前言

聚羧酸系外加劑是直接用化工原料通過接枝共聚反映合成的高分子表面活性劑。化學上可以分為兩類，以主鏈為甲基丙烯酸，側鏈為羧酸基團和MPEG（Methoxy polyethylene glycol），聚酯型結構。另外一種為主鏈為聚丙烯酸，側鏈為Vinyl alcohol polyethylene glycol，聚醚型結構。其作用原理為主鏈牢牢的吸附在水泥顆粒表面，能夠有效的阻礙水化反應提高其保塑性，枝鏈則包圍在水泥顆粒四周，起到空間位阻與靜電排斥的雙重作用，這與傳統(tǒng)外加劑通過靜電排斥分散水泥顆粒的機理完全不同。

聚羧酸系外加劑具有其他系外加劑無法比擬的優(yōu)勢，除具有高性能減水（最高減水率可達35%）、改善混凝土孔結構和密實程度等作用外，還能控制混凝土的坍落度損失，更好地控制混凝土的引氣、緩凝、泌水等問題。它與不同種類的水泥都有較好的相容性，即使在低摻量時，也能使混凝土具有較高的流動性，并且在低水灰比時具有低粘度及坍落度經時變化小的性能。

但由于聚羧酸外加劑的合成條件相對較高，生產工藝較為復雜，因而聚羧酸外加劑的應用多在重大工程中使用。隨著聚羧酸外加劑應用技術的積累和生產工藝的發(fā)展升級，生產成本大大降低和穩(wěn)定性的提高，聚羧酸外加劑才開始有實質性的全面普及意義。

二、 聚羧酸外加劑的性能指標

根據(jù)試驗計劃，我們選用了以下四個供應商的聚羧酸外加劑樣品與原有的兩種萘系外加劑進行對比，。各外加劑的相關信息及性能指標見表1：

三、 混凝土試驗及試驗結果分析

根據(jù)我公司以往工程的混凝土等級強度分布及數(shù)量統(tǒng)計，我們有針對地由低標號到高標號選擇C25、C40、C50、等3個強度等級的泵送混凝土進行對比試驗。其中水泥使用飛鹿P.O42.5R水泥。粉煤灰使用烏石港Ⅱ級粉煤灰。萘系外加劑使用原有的廣州昌特FDN-2，而聚羧酸系外加劑分別使用廣州昌特CT-D、廣州建盛JS-1000、廣東瑞安LS-JS等三種進行對比試驗。

具體試驗思路如下：先以C25、C40、C50三個使用FDN-2萘系外加劑的配合比作為基準配比，在膠凝材料、砂、石不變的情況下再分別使用以上三種聚羧酸系外加劑，以坍落度190mm±10mm，擴展度480mm±20mm為基準，對比各材料合適的摻量及用水量。然后再根據(jù)三種聚羧酸系外加劑使用時混凝土的用水量設計出滿足基準配合比水膠比的新混凝土配合比，再進行對比試驗，綜合對比各配合比的混凝土拌合物性能、混凝土力學性能、混凝土長期性和耐久性能以及配合比成本等各方面性能指標。并在不同的時間里進行三次對比試驗，將試驗數(shù)據(jù)取平均值，以此使對比試驗具有代表性。

3.1 混凝土基準配比對比試驗

同膠凝材料、砂石用量的情況下做到坍落度190mm±10mm，擴展度480mm±20mm時各外加劑摻量及用水量平均值見表2：

由表2可見，在膠凝材料、砂石用量不變，混凝土拌合性能以坍落度190mm±10mm，擴展度480mm±20mm為基準時，聚羧酸系外加劑根據(jù)有效成分濃度的不同摻量差別較大，與萘系外加劑的可比性沒有體現(xiàn)。但由于聚羧酸系外加劑具有萘系外加劑所無法比擬的混凝土減水率，因而用水量大幅降低，且強度等級越高，減低的幅度有逐漸增大的趨勢。根據(jù)理論計算，相同水膠比的情況下，用聚羧酸系外加劑比萘系外加劑可以減少膠凝材料20～40kg。

3.2 萘系混凝土配合比與新聚羧酸系配合比對比試驗

根據(jù)三種聚羧酸系外加劑使用時混凝土的用水量及摻量，設計出滿足基準配合比水膠比的新混凝土配合比，然后進行與原萘系外加劑配合比的對比試驗。具體各配合比材料用量見表3、表4：

由表5、表6可見，用聚羧酸系外加劑比用萘系外加劑以下優(yōu)勢：一、混凝土拌合物性能上，用聚羧酸系外加劑，混凝土的流動性明顯加大，且總體上在粘聚性良好的情況下，聚羧酸系混凝土的粘性會稍低，尤其在高強度混凝土時尤為顯著，這些都有利于提高混凝土的可泵性，尤其對高強度混凝土的施工性能的改善尤為顯著。二、混凝土兩小時的坍落度損失情況要明顯改善，甚至出現(xiàn)高強度混凝土中能保證2小時沒有坍落度損失的情況，這大大有利于對混凝土質量的控制。三，混凝土力學性能上，用聚羧酸系外加劑對混凝土強度的發(fā)展更加有利，粉煤灰摻量有所提高的情況下下，7天強度和28天強度都依然比萘系外加劑混凝土高，尤其在高強度混凝土中使用則優(yōu)勢更加明顯。且對試塊的回彈數(shù)據(jù)顯示，兩種外加劑的混凝土回彈平均值和碳化深度均差別不大。而C50配合比90天抗壓強度出現(xiàn)不規(guī)則，原因為試驗用的碎石的強度不夠高，導致抗壓強度在70Mpa左右就會出現(xiàn)碎石不同程度的破壞，混凝土強度不能體現(xiàn)繼續(xù)增長的趨勢。四、混凝土耐久性能上，用聚羧酸系外加劑的混凝土在抗?jié)B性上相比較用萘系外加劑并沒有發(fā)生較大變化。另外，從試配中所做的試塊可以觀察到，用聚羧酸系外加劑，混凝土的泌水比用萘系外加劑的混凝土要少，試塊的收縮性同樣小于萘系外加劑的混凝土。

四、 混凝土試生產及澆筑構件各性能指標

為了解用聚羧酸系外加劑的混凝土在實際施工的應用效果，特別在2010年10月24號，以碧桂園城市花園北地塊酒店及地下室一層梁板泵送C25作為試點，摻入廣州昌特CT-D外加劑生產混凝土，按工地常規(guī)施工作業(yè)。前三車出場的坍落度分別為190mm、185mm、190mm，運輸時間大約50min。到達施工現(xiàn)場實測坍落度分別為180mm、170mm、185mm，坍落度損失非常少，和易性較好。共計116方的混凝土泵送澆筑，較平時約提前一小時完工。混凝土出站前和施工現(xiàn)場都分別成型檢測28天強度。站內成型試塊7天和28天抗壓強度分別為22.5和31.4Mpa，施工現(xiàn)場成型試塊7天和28天強度分別為24.2和37.3Mpa。站內成型試塊比試驗室試配強度稍低，但仍富余強度較多，施工現(xiàn)場成型試塊比站內的抗壓強度要高，原因為施工方的養(yǎng)護溫度要比站內養(yǎng)護溫度高約1℃。從現(xiàn)場施工情況觀察，樓板澆筑后，泌水比以往用萘系要少得多，故樓板表面干得比較快，需要施工方提前做養(yǎng)護措施，否則樓板開裂噶情況會更容易發(fā)生。

五、 結論

5.1 試驗結果表明，聚羧酸系外加劑在混凝土拌合物性能、力學性能上都要優(yōu)于萘系外加劑。尤其是高強度混凝土的使用中效果會更加顯著。

5.2 用聚羧酸系外加劑的混凝土能在各方面性能指標保持平衡甚至有所改善的情況下明顯降低混凝土的成本，節(jié)約能源、尤其在冬季能消除外加劑低溫結晶所造成的不良影響，給公司帶來更大的效益，建議可以普及使用聚羧酸系外加劑。

5.3 同時通過比較試驗，廣州昌特CT-D外加劑性能最優(yōu)越，可以優(yōu)先考慮使用。

2010年12月30日