論文(最終版)：聚羧酸在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用-1

1、聚羧酸系高性能減水劑在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用王驍敏1，郭執(zhí)寶2, 謝雯1，張如勤2，陸繼光1 （1.上海市建筑科學(xué)研究院；2.上海華聯(lián)建筑外加劑廠有限公司；）摘要： 聚羧酸系高性能減水劑已在上海市預(yù)拌混凝土中開(kāi)始大量應(yīng)用，但在應(yīng)用時(shí)還存在一些問(wèn)題，本文介紹了在實(shí)際施工中解決混凝土保坍性的方法，在中、低標(biāo)號(hào)混凝土中大量使用的方式，表明聚羧酸系高性能減水劑可在預(yù)拌混凝土中普遍使用，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。Abstract: Polycarboxylic high performance water-reducing agent mixed in the premixed concrete in Sha

2、nghai is already applied massively，but when application also has some problems，This article introduced solves the concrete guarantees collapses of the nature the method in the actual construction，in marking concrete, in light grade concrete massive use way，Indicated polycarboxylic high performance w

3、ater-reducing agent may mix in the concrete to use generally in advance， has the extremely broad application prospect.關(guān)鍵詞： 綠色混凝土；聚羧酸系高性能減水劑；預(yù)拌混凝土；混凝土的保坍性；中、低標(biāo)號(hào)混凝土近年來(lái)，中國(guó)的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，各種重點(diǎn)、重大基礎(chǔ)設(shè)施，超高層建筑，高速鐵路、高速公路，地鐵車站，核電站等工程，對(duì)混凝土的施工性能和綜合性能要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的木質(zhì)素磺酸鹽減水劑和萘系高效減水劑由于技術(shù)的局限性已不能滿足現(xiàn)代工程的需要。況且當(dāng)今世界，綠色環(huán)保是國(guó)際化的一個(gè)大趨

4、勢(shì)。綠色混凝土作為新型的建筑材料，也受到越來(lái)越多的關(guān)注，聚羧酸系減水劑是一種“環(huán)保、節(jié)能、降耗”新理念的高性能減水劑，其生產(chǎn)過(guò)程無(wú)廢棄物，對(duì)周邊環(huán)境無(wú)危害，其出色的施工和易性、良好的強(qiáng)度發(fā)展和優(yōu)異的耐久性等性能是配制高性能、綠色環(huán)?；炷恋氖走x外加劑。1 聚羧酸高性能減水劑的發(fā)展及在上海市的應(yīng)用我國(guó)聚羧酸高性能減水劑的研究始于二十世紀(jì)90年代中期，工業(yè)化與應(yīng)用始于21世紀(jì)初期，2000年上海市建筑科學(xué)研究院率先在國(guó)內(nèi)研制成功聚羧酸系高性能減水劑，投入工業(yè)化生產(chǎn)，開(kāi)始在上海磁懸浮軌道、東海大橋工程中應(yīng)用，并在2003年獲得上海市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。2002年2005年，聚羧酸高性能減水劑開(kāi)始在國(guó)

5、家重點(diǎn)工程中初步應(yīng)用，如杭州灣大橋，南水北調(diào)中線總干渠漕河渡槽段工程等；2005年隨著國(guó)家高速鐵路網(wǎng)的興建，聚羧酸高性能減水劑開(kāi)始出現(xiàn)迅速發(fā)展的趨勢(shì)，應(yīng)用在如京滬高鐵，武廣客運(yùn)專線，合武高鐵，各個(gè)省際高鐵等；2006年以來(lái)，致力于聚羧酸高性能減水劑在預(yù)拌混凝土中應(yīng)用技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。上海市在預(yù)拌混凝土中使用聚羧酸高性能減水劑也是順應(yīng)以上的發(fā)展趨勢(shì)，施工的實(shí)例主要有：（1）標(biāo)志性建筑，如上海環(huán)球金融中心（高492米，101層，2008年竣工），全部采用聚羧酸高性能減水劑，在第三層28000m3基礎(chǔ)混凝土施工中，40小時(shí)一次性連續(xù)澆注，由8個(gè)預(yù)拌混凝土站、19部混凝土泵、350輛攪拌車同時(shí)供應(yīng)；上

6、海中心大廈（高632米，127層，2008年開(kāi)工），擬采用聚羧酸高性能減水劑配制C100的混凝土。（2）市政、港口等基礎(chǔ)設(shè)施，如滬崇蘇越江通道（總長(zhǎng)25.497公里），洋山國(guó)際深水港，上海浦東機(jī)場(chǎng)二期等；（3）上海軌道交通工程，上海將新建10條城市快速軌道交通線路（總長(zhǎng)389公里）。在發(fā)布的”上海地鐵車站結(jié)構(gòu)混凝土的配制要求和混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南”中，規(guī)定了分布在上海各處的預(yù)拌混凝土公司為軌道交通工程地下車站、盾構(gòu)管片、高架輕軌等工程提供的預(yù)拌混凝土均采用聚羧酸系高性能減水劑。（4）工業(yè)、民用與公共建筑，聚羧酸系高性能減水劑在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用取得了攪拌站和施工單位的認(rèn)可，如施工中的

7、上海世博會(huì)中國(guó)館，上海世紀(jì)花園秋菊坊，鴻益千秋三期等地區(qū)新建樓盤的基礎(chǔ)工程，這些工程的混凝土施工質(zhì)量良好，深得客戶的好評(píng)。2 在預(yù)拌混凝土中應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策聚羧酸高性能減水劑可以廣泛應(yīng)用在各種強(qiáng)度要求的預(yù)拌混凝土中。通過(guò)在預(yù)拌混凝土中試驗(yàn)和應(yīng)用實(shí)踐，巳證明在預(yù)拌混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于C35 (含等級(jí)不低于C30 的水下灌注樁)的工程中，聚羧酸高性能減水劑可取代萘系減水劑，提高混凝土性能，還可有效、合理的降低混凝土的綜合成本。但在預(yù)拌混凝土中全面取代萘系減水劑還存在一些有待解決的技木難點(diǎn)。2.1 混凝土的保坍性在預(yù)拌混凝土中，混凝土的坍落度保留值這一性能尤其重要。聚羧酸高性能減水劑雖然是最新型的

8、減水劑，但同樣存在對(duì)水泥的適應(yīng)性問(wèn)題，而且我國(guó)的水泥品種比較復(fù)雜，使用水泥變化比較快。加上混凝土砂、石料、礦物摻合料等受市場(chǎng)資源影響具有不確定的因素，因此在預(yù)拌混凝土生產(chǎn)中,特別是中、低標(biāo)號(hào)（C30及以下）混凝土，經(jīng)常發(fā)生由材料波動(dòng)影響坍落度保留值。解決這一難題的對(duì)策：主要通過(guò)在聚羧酸高性能減水劑生產(chǎn)工藝方面的改進(jìn)，如采用優(yōu)質(zhì)的原料，更好的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、嫁接合成等工藝來(lái)制備出滿足預(yù)拌混凝土混凝土要求的聚羧酸高性能減水劑-水泥適應(yīng)性廣、摻量低而坍損小的的聚羧酸減水劑。除此之外，在實(shí)際的施工應(yīng)用中，可以有以下幾個(gè)方法解決保坍性問(wèn)題：(1)不同聚羧酸母料混合現(xiàn)在市場(chǎng)上的聚羧酸高性能減水劑種類繁多，每

9、一類母料的具體性能不同，有的體現(xiàn)在減水率方面，有的在凝結(jié)時(shí)間方面，有的在保坍性能方面，可以將兩種或兩種以上的聚羧酸減水劑復(fù)合，使之優(yōu)缺點(diǎn)相互互補(bǔ)，可得到性能較全面的聚羧酸高性能減水劑。在保坍性能方面也這樣，如下表1為兩種聚羧酸高性能減水劑復(fù)合后的性能對(duì)比：表1類型復(fù)合比例(A :B)水泥比表面積384水泥比表面積455水泥比表面積 500減水率%1h損失mm減水率%1h損失mm減水率%1h損失mmA10 : 029.92525.65520.8115AB7 : 324.54026.03528.815從上表看出，隨著水泥比表面積（m2/Kg）的增大，單一聚羧酸減水劑母料A的坍損逐漸增大，復(fù)合聚羧酸

10、減水劑母料B后的AB產(chǎn)品，坍損可明顯減小。(2)添加聚羧酸型保坍劑隨著聚羧酸高性能減水劑的大量應(yīng)用，專門用于聚羧酸減水劑的聚羧酸型保坍劑也開(kāi)發(fā)出來(lái)，此類保坍劑對(duì)有些水泥應(yīng)用效果尚可。如下表2為添加聚羧酸型保坍劑后的混凝土性能表現(xiàn)：表2（試驗(yàn)水泥：海門海螺P.O52.5水泥）編號(hào)混凝土配合比 kg/m3坍落度 mm抗壓強(qiáng)度MPa水泥水砂率減水劑保坍劑0h1h2h7D28D1420180444.20020070-43.449.72420180444.200.0842131818545.154.23420178444.200.33620519018045.754.6 從上述數(shù)據(jù)看出，不添加保坍劑，1

11、 h坍損為130mm，添加2.0%(以減水劑質(zhì)量計(jì))保坍劑后，1 h坍損為32mm，2 h坍損為128mm；添加8.0%(以減水劑質(zhì)量計(jì))保坍劑后，1 h坍損為15mm，2 h坍損為25mm，保坍性能得到大大提高，并且后期抗壓強(qiáng)度也得到了提高。(3)非聚羧酸型保坍劑(改良劑) 萘系減水劑外加劑廠常用的保坍劑-葡萄糖酸鈉，在聚羧酸高性能減水劑中，除在有限的幾個(gè)水泥品種中有些效果外，在許多水泥中其保坍性能并沒(méi)有作用，因此必須添加特種的非聚羧酸型改良劑，如上海華聯(lián)建筑外加劑廠有限公司研發(fā)的TK-502改良劑等，經(jīng)大量試驗(yàn)研究得出：此類的改良劑效果已能夠滿足一般工程中的需要。具體試驗(yàn)如下表3、4所示：

12、表3（試驗(yàn)水泥：聯(lián)合P.O42.5水泥，海門海螺P.O42.5水泥）編號(hào)混凝土配合比 kg/m3聚羧酸減水劑組分坍落度mm水泥砂石水聚羧酸20%萄鈉改良劑0h1h1324聯(lián)合76310361633.24100-2101902324海門76310631663.24100-180753324海門76310631663.561002.0-180854324海門76310631663.56100-1.0205175從上述數(shù)據(jù)看出，不同的水泥，聚羧酸減水劑的適應(yīng)性不同，在聯(lián)合P.O42.5水泥中，不添加任何保坍劑，混凝土的坍落度保留值都非常好，在海門海螺水泥中，添加常規(guī)的改良劑葡萄糖酸鈉，效果不明顯，添

13、加特種的非聚羧酸型改良劑后，1 h坍損為30mm，可以滿足一般性施工需求。2.2. 減水率與中、低標(biāo)號(hào)混凝土的匹配這幾年上海市混凝土標(biāo)號(hào)的分布情況來(lái)看，C35以上的混凝土只占30%多，C30及 C30以下的中、低標(biāo)號(hào)混凝土，約占65%多。聚羧酸高性能減水劑(高減水率)如何在中、低標(biāo)號(hào)預(yù)拌混凝土中得以應(yīng)用，可分為以下2種情況：(1)調(diào)節(jié)混凝土級(jí)配、直接使用聚羧酸減水劑在中、低標(biāo)號(hào)預(yù)拌混凝土中直接使用時(shí)，應(yīng)注意到聚羧酸系減水劑高減水率的特點(diǎn)和應(yīng)用時(shí)調(diào)節(jié)混凝土配合比。即使降低聚羧酸系減水劑摻量，也可得到比萘系更高的減水率。減水率的增大，混凝土用水量可少了，根據(jù)水膠比的關(guān)系，配合比中的水泥用量理論上可

14、大大減少。但混凝土總漿量太少，影響混凝土工作性。因此直接使用聚羧酸減水劑時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)混凝土配合比,適當(dāng)調(diào)整粉煤灰等礦物摻合料和砂率大小，控制漿體總量，可得到流動(dòng)性和強(qiáng)度較好的混凝土,總體計(jì)算，混凝土成本不會(huì)升高，反而有可能大大降低。下表4為江都市錢江混凝土制品有限公司在中、低標(biāo)號(hào)混凝土中應(yīng)用聚羧酸系減水劑與萘系減水劑的對(duì)比情況：表4（試驗(yàn)水泥：銅陵海螺P.O42.5水泥）強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比 kg/m3坍落度 mm抗壓強(qiáng)度MPa水泥粉煤灰砂石水減水劑0h1h7天28天C151501008681062180萘系 1.0%180-10.815.31301209021055163聚羧酸0.8%185-

15、12.416.8C25229987971065180萘系 1.0%1708019.829.42031207541065165聚羧酸0.8%18015022.234.2C302521087831037180萘系 1.0%1708025.233.92221327841085168聚羧酸0.8%18015026.138.1 從上述數(shù)據(jù)來(lái)看，在中、低標(biāo)號(hào)混凝土中應(yīng)用聚羧酸系減水劑，與萘系減水劑相比，其原來(lái)配合比中的水泥用量可大大減少，同時(shí)增加粉煤灰的用量，使混凝土中漿體總量基本不變，混凝土的工作性能可大大提高，在C25配合比中抗壓強(qiáng)度最高比用萘系減水劑的高出4.8 MPa，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用和計(jì)算，混凝

16、土的成本比用萘系的要低，體現(xiàn)出聚羧酸系減水劑良好的經(jīng)濟(jì)效益。 (2)配制成中效減水劑對(duì)于有些水泥配制中、低標(biāo)號(hào)混凝土中，直接使用聚羧酸系減水劑時(shí),出現(xiàn)摻量調(diào)低，減水率下降，但混凝土保坍性不能滿足要求。因此，必須把聚羧酸系減水劑來(lái)配成中效型外加劑。上海華聯(lián)建筑外加劑廠有限公司根據(jù)現(xiàn)在的市場(chǎng)需求，已成功開(kāi)發(fā)出了JRC-B型聚羧酸系中效減水劑，其性能與萘系中效減水劑HL-II相比如下表5所示：表5(試驗(yàn)水泥：編號(hào)1、2為聯(lián)合P.O42.5，編號(hào)3、4為海門海螺P.O42.5，強(qiáng)度等級(jí)C30)編號(hào)中效減水劑摻量%用水量Kg/m3泌水率%含氣量%坍落度/mm抗壓強(qiáng)度/MPa0h1h7D28D1HL-II

17、萘系1.2190無(wú)3.01808024.138.02JRC-B聚羧酸1.2190無(wú)3.118014025.639.43HL-II萘系1.2190無(wú)3.21608024.637.34JRC-B聚羧酸1.2190無(wú)3.117.513025.339.8從上表看出，聚羧酸系中效減水劑(JRC-B比萘系中效減水劑HL-II)無(wú)論在工作性能，坍落度保持還是后期抗壓強(qiáng)度方面，都有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。在聚羧酸系中效外加劑方面，幾家外資企業(yè)也有同樣的經(jīng)驗(yàn)，如西卡ViscoCrete1245系列聚羧酸系改性減水劑，格雷斯公司(Grace)聚羧酸中效減水劑MIRA-P80，其已在工程中大量應(yīng)用。3 在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)

18、用前景 隨著國(guó)家拉動(dòng)內(nèi)需與基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展規(guī)劃，聚羧酸系減水劑的發(fā)展趨勢(shì)已從國(guó)家重點(diǎn)工程和鐵路應(yīng)用轉(zhuǎn)移到預(yù)拌混凝土中來(lái)，聚羧酸高性能減水劑在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用具有廣闊的前景。3.1 潛在市場(chǎng)大2008年我國(guó)預(yù)拌混凝土產(chǎn)量64600萬(wàn)M3 ，國(guó)外統(tǒng)計(jì)：2007年美國(guó)預(yù)拌混凝土產(chǎn)量估計(jì)10000萬(wàn)M3，俄羅斯預(yù)拌混凝土產(chǎn)量為2580萬(wàn)M3，英國(guó)預(yù)拌混凝土產(chǎn)量約為2750萬(wàn)M3。上海市在2008年預(yù)拌混凝土產(chǎn)量5500萬(wàn)M3，幾乎相當(dāng)與俄羅斯和英國(guó)2007年預(yù)拌混凝土產(chǎn)量的總和，可見(jiàn)我國(guó)預(yù)拌混凝土市場(chǎng)是非常巨大的。3.2 國(guó)外有經(jīng)驗(yàn)可借鑒2008年我國(guó)聚羧酸高性能減水劑用量約為45萬(wàn)噸，但僅占我國(guó)減水

19、劑總量的14%，應(yīng)用在如高鐵.橋梁等國(guó)家重點(diǎn)工程中，萘系減水劑幾何獨(dú)占預(yù)拌混凝土市場(chǎng)。而在日本和韓國(guó)，聚羧酸系減水劑的使用率高達(dá)90%左右，在美國(guó)也達(dá)60%70%，從國(guó)外聚羧酸系高性能減水劑的發(fā)展來(lái)看，聚羧酸高性能減水劑已經(jīng)是國(guó)外高效減水劑的主要品種，在預(yù)拌混凝土中，其低標(biāo)號(hào)采用木質(zhì)素磺酸鹽減水劑來(lái)做，其他全部采用聚羧酸系高性能減水劑或聚羧酸系減水劑與木質(zhì)素復(fù)合的產(chǎn)品，做到了既環(huán)保又節(jié)能，國(guó)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可供我們借鑒。3.3 優(yōu)良的性能聚羧酸高性能減水劑有許多優(yōu)良的性能，是其他系的外加劑不能相比的，在工程應(yīng)用中，這些優(yōu)良的性能一旦被施工管理部門采納，規(guī)定在工程技術(shù)要求或規(guī)范中，可使聚羧酸減水劑得

20、到廣泛的應(yīng)用。(1)氯離子含量、堿含量低在許多的工程應(yīng)用，特別在高速鐵路和水下工程中，外加劑中氯離子含量、堿含量含量要很低，常規(guī)外加劑是滿足不了這個(gè)要求的。例如鐵道部2005年發(fā)布的“客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件”對(duì)外加劑的性能要求：減水率20%，氯離子0.04% (濃度20%計(jì)) ，堿含量2.0% (濃度20%計(jì))，聚羧酸系減水劑可以完全滿足這一對(duì)外加劑的要求。(2)混凝土低收縮、徐變小應(yīng)用聚羧酸系高性能減水劑的混凝土收縮率比比萘系明顯要低30%50%，其徐變也小。上海市建科院等單位進(jìn)行的收縮與徐變?cè)囼?yàn)也證實(shí)上述性能。常用的萘系減水劑的收縮率過(guò)大，不能滿足公路工程中大量的薄壁結(jié)構(gòu)抗裂及抗

21、疲勞的要求。因此全國(guó)公路工程混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)委員會(huì)即將審定的”公路薄壁結(jié)構(gòu)混凝土”部標(biāo)中,專門規(guī)定了的應(yīng)用于公路外加劑一個(gè)減縮型號(hào)，這將為聚羧酸系減水劑在公路中的使用開(kāi)闊了道路。(3)聚羧酸的防凍性經(jīng)過(guò)應(yīng)用實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，聚羧酸高性能減水劑比萘系產(chǎn)品具有更好的防凍性能，在低溫-50下，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，這一特性可應(yīng)用在北方寒冷的地區(qū)和高原地區(qū)，聚羧酸系減水劑成為這些地區(qū)預(yù)拌混凝土首選的外加劑。3.4費(fèi)用有降低的空間聚羧酸系高性能減水劑在預(yù)拌混凝土中廣泛應(yīng)用尚處于起步階段。隨著研究技術(shù)的進(jìn)步，可以針對(duì)某一特性進(jìn)行研制，通過(guò)聚合物分子設(shè)計(jì)，嫁接合成，共聚等反應(yīng)，還可通過(guò)后期的復(fù)配技術(shù)制備出符合預(yù)拌混凝土要求的產(chǎn)品，現(xiàn)在聚羧酸系減水劑的原材料有越來(lái)