高性能混凝土中聚羧酸減水劑研究與應用

王彥鵬

（甘肅建投綠色建材產業發展集團有限公司，甘肅 蘭州 730070）

0 前言

近年來，聚羧酸高效外加劑的研究和應用促進了混凝土生產和施工工藝及新型混凝土品種的發展。隨著混凝土向高工作性、高強度、高耐久性方向不斷進步，對預拌混凝土企業及施工單位提出了更高的技術要求。為了滿足混凝土的預拌及施工等各項性能指標，大多數混凝土摻加了礦物混合材料，因此需要減水劑對膠凝材料有良好的適應性。聚羧酸系高效減水劑的優良綜合性能、與膠凝材料的良好適應性使其成為一個不錯的選擇[1-5]，對混凝土坍落度控制、后期強度增長及混凝土耐久性能提升都有幫助。

1 試驗原材料及配合比設計

1.1 原材料的選用

1）水泥：試驗所用水泥為祁連山普通硅酸鹽42.5級水泥，相關性能指標如表1所示。

表1 P.O42.5普通硅酸鹽水泥的各項性能指標

2）粉煤灰：采用性能良好的Ⅱ級粉煤灰，產自西固電廠。

3）細骨料：選用臨洮洗砂，屬中砂，細度模數為2.7，含泥量為2.5%。

4）粗骨料：使用粒徑5-31.5mm的碎石，產自礦業公司。

5）外加劑：采用北京成城聚羧酸高效減水劑（CC-AI）、萘系高效減水劑（CC-3）。

6）水：使用符合JGJ 63-2006《混凝土拌合用水標準》要求的自來水。

1.2 設計配合比

設計過程中需重視外加劑的選擇和使用，特別是聚羧酸高效減水劑[6]。設計配合比如表2所示。

表2 混凝土配合比

2 試驗方案

對不同外加劑（萘系高效減水劑和聚羧酸高效減水劑）和不同摻量、不同混凝土強度等級、不同細骨料含泥量進行了大量試驗，通過力學性能指標檢測和試配過程中混凝土狀態、坍落度、擴展度測定，得出最優外加劑及最優摻量。

3 結果與分析

3.1 不同減水劑拌和各強度等級混凝土力學性能對比

由圖1和圖2可以看出，CC-AI聚羧酸高效減水劑拌和混凝土抗壓強度優于CC-3萘系高效減水劑，且后期強度增幅較大，CC-AI聚羧酸高效減水劑摻量0.5%，CC-3萘系高效減水劑摻量0.6%。根據試配過程中混凝土狀態及現場坍落度檢測得出，聚羧酸系高效減水劑配制混凝土的整體流動性及經時損失優于傳統萘系高效減水劑配制混凝土，1h檢測時坍損基本為零，2h后經時損失在15%以內，解決了傳統減水劑易泌水、坍損大等缺點，對解決實際生產及施工過程中離析、堵管等現象有較大幫助。

圖1 不同類型減水劑C30混凝土抗壓強度

圖2 C30混凝土坍落度及經時損失

由圖3與圖4可以看出，在相同摻量下，CC-AI聚羧酸高效減水劑混凝土抗壓強度優于CC-3萘系高效減水劑，且后期強度增幅較大，CC-AI聚羧酸高效減水劑摻量為0.65%，CC-3萘系高效減水劑摻量為0.8%。根據試配過程中混凝土狀態及坍落度檢測得出，摻加CC-AI高效聚羧酸外加劑的混凝土流動性大，和易性、保水性、粘聚性良好，坍落度經時損失小，減水率高于CC-3萘系高效減水劑，水泥需水量明顯減少，提高了混凝土耐久性能。

圖3 不同類型減水劑C40混凝土抗壓強度

圖4 C40混凝土坍落度及經時損失

由圖5與圖6可以看出，在相同摻量下，CC-AI聚羧酸高效減水劑混凝土抗壓強度整體優于CC-3萘系高效減水劑，且后期強度增幅較大，CC-3 萘系高效減水劑摻量為1.0%，聚羧酸系高效減水劑摻量為0.90%。根據試配過程中混凝土狀態及坍落度檢測得出，因聚羧酸系高效減水劑含固量等指標優良，更適用于高強、高性能混凝土。

圖5 不同類型減水劑C50混凝土抗壓強度

圖6 C50混凝土坍落度及經時損失

3.2 不同含泥量的細骨料拌合各強度等級混凝土力學性能對比

由圖7可以看出，對CC-AI聚羧酸高效減水劑各含泥量下C30混凝土抗壓強度而言，2%含泥量細骨料試配下混凝土抗壓強度值明顯高于其他含泥量細骨料拌和混凝土抗壓強度，可見細骨料含泥量越低，混凝土性能越優良，隨著齡期增長，混凝土后期強度漲幅明顯，滿足混凝土強度設計規范。

圖7 CC-AI高效減水劑各含泥量下C30混凝土抗壓強度

由圖8可以看出，C40混凝土抗壓強度在選用CC-AI聚羧酸高效減水劑后，所用細骨料含泥量在2%下混凝土抗壓強度值明顯高于其他含泥量的混凝土抗壓強度，根據實際試配情況，當細骨料含泥量超過4.5%時，聚羧酸類減水劑的減水效果明顯降低，且隨著減水劑摻量提升，減水效果并無顯著變化。

圖8 CC-AI高效減水劑各含泥量下C40混凝土抗壓強度

由圖9可以看出，C50混凝土抗壓強度在選用CC-AI聚羧酸高效減水劑后，所用細骨料含泥量在2%下混凝土抗壓強度值明顯高于其他含泥量的混凝土抗壓強度，且細骨料含泥量過大時，混凝土會出現泌水現象。

圖9 CC-AI高效減水劑各含泥量下C50混凝土抗壓強度

4 聚羧酸系高效減水劑使用注意事項

按照試驗和施工經驗，總結聚羧酸系高效減水劑使用時的注意事項。

4.1 集料選擇

集料選擇需嚴格遵循規范要求，混凝土強度、工作性能等指標與集料選擇密切相關。

1）細集料：根據試驗數據可見，細集料含泥量對減水劑工作性能的影響較明顯，需嚴格控制細集料含泥量，且由于山砂、機制砂需水量相比河砂較高，應盡可能選擇河砂。

2）粗集料：混凝土需水量與粗集料的顆粒級配及最大粒徑有直接聯系，且粗集料粒徑大小會影響細集料用量，因此需嚴格把控。

4.2 外加劑選擇

預拌混凝土所用的減水劑主要有高效減水劑、高效緩凝減水劑、泵送劑、高效泵送劑等[7]。每種減水劑會根據廠家、用途進行摻量調整，調整的原則是：

1）根據混凝土所用工程要求進行選擇。

2）根據混凝土原材料及配合比使用情況確定。

3）根據氣溫變化、泵送要求、坍落度及經時損失等進行調整。

4）根據其他特殊要求（如抗滲性、抗凍性、抗侵蝕性等）確定外加劑配方。要注意的是，普通減水劑復配是使用疊加效果（如早強、緩凝、防凍、抗滲等），附加成分大都可以互溶，但聚羧酸減水劑與其他附加材料的互溶性較差，使得其混凝土拌合物坍落度損失比普通減水劑配置混凝土要快，泵送效果不好，操作性差，因此使用時需通過試驗來確定。

4.3 混凝土施工注意事項

1）聚羧酸減水劑拌和混凝土流動性較好，現場易于振搗。現場施工應避免過振，對較大骨料混凝土、大功率強制振動器，應注意應用性試驗。

2）聚羧酸減水劑拌和混凝土用水量減少，且使用一定量礦物摻合料，在大體積施工、高溫或冬季施工等特殊環境下，澆筑后需注意早期養護及冬季養護。

總之，聚羧酸高效減水劑產品的使用需結合混凝土材料進行適應性選擇、試驗，聚羧酸高效外加劑的研究和應用使得混凝土在滿足較高強度的同時也實現了高性能，其與膠凝材料較好的適應性及綠色環保無污染的優勢有利于混凝土行業向高性能化和綠色化發展。

5 結論

1）聚羧酸系高效減水劑的摻量低，減水效果良好，對大多數水泥的適應性較好，特別是常用的普通硅酸鹽水泥，與粉煤灰等礦物摻合料配合使用，不但降低了水膠比，混凝土各齡期抗壓強度均優于普通減水劑，且無明顯泌水、離析等現象產生。

2）聚羧酸減水劑對細骨料的含泥量要求較為嚴苛，應重點關注細骨料含泥量。當細骨料含泥量超過4.5%時，聚羧酸類減水劑減水效果明顯降低，且無法通過提升減水劑摻量來解決問題，聚羧酸高效減水劑在增加摻量時，甚至出現混凝土坍落度和擴展度未達設計要求。

3）聚羧酸高效減水劑由于與膠凝材料有良好的適應性，且試驗過程中摻合了一定量的粉煤灰，可改善混凝土的工作性，降低水化放熱速度，避免溫度應力裂縫產生，提高斷裂韌性及耐久性。高效減水劑配制混凝土較好的流動性能滿足可泵送性，保證了在實際工程中的應用。