[建筑]聚羧酸系减水性及应用技术

1、聚羧酸系减水剂聚羧酸系减水剂特性特性及应用技术及应用技术侯云芬节约型社会建设对混凝土工业的要求节约型社会建设对混凝土工业的要求l大幅度提高混凝土强度，减少混凝土用量l大幅度提高混凝土耐久性，延长使用寿命l节约水泥，降低水泥生产资源消耗、能耗l大量利用工业固体废渣l优化施工工艺，降低建造能耗一一. 聚羧酸系减水剂的重大意义聚羧酸系减水剂的重大意义二十世纪混凝土强度水平发展回顾二十世纪混凝土强度水平发展回顾木质素素磺酸盐减水剂萘系高效减水剂高效减水剂+硅灰高效减水剂+优质掺合料高性能减水剂+优质掺合料-活性粉末混凝土l1980年，湘桂铁路复线的红水河三跨斜拉桥预应力箱梁，年，湘桂铁路复线的红水河三

2、跨斜拉桥预应力箱梁，c60泵送泵送混凝土混凝土lc80，于，于1994年年10月和月和1995年年7月分别应用于上海浦东的世界广场月分别应用于上海浦东的世界广场地下室工程和上海国际大厦主楼工程地下室工程和上海国际大厦主楼工程l北京城建集团总公司构件厂于北京城建集团总公司构件厂于1995年年11月在北京市财税大楼首层柱月在北京市财税大楼首层柱子中浇注子中浇注c110商品泵送混凝土商品泵送混凝土160层层,可能可能818m一一. 聚羧酸系减水剂的重大意义聚羧酸系减水剂的重大意义1、混凝土的高强化、混凝土的高强化1.广州广州 珠江新城西塔珠江新城西塔（广州国际金融中心）（广州国际金融中心） ：45万

3、万m2，地下地下4层、地上层、地上103层，层，432m ，60亿亿。巨型钢管混凝土斜巨型钢管混凝土斜交网格外筒、钢筋混凝土内筒筒体结构体系交网格外筒、钢筋混凝土内筒筒体结构体系 2008.208.12.31封顶封顶工程应用施工单位自主研发了施工单位自主研发了c100超高性能超高性能免振自密实混凝土，并将其一次成免振自密实混凝土，并将其一次成功泵送到功泵送到411米的高度，创造了同米的高度，创造了同类混凝土超高泵送的世界新高度。类混凝土超高泵送的世界新高度。核心筒核心筒:墙体结构采用墙体结构采用c80c50高性能混凝高性能混凝土；土； 外框筒外框筒:钢管混凝土，钢管混凝土，c90c60 ；广州

4、电视观光塔广州电视观光塔 l总高总高610m （天线（天线156m）。）。c45c80hpc部分高部分高454m；l在施工过程中，坍落度在施工过程中，坍落度达到达到240 mm，扩展度，扩展度达到达到600mm。 一一. 聚羧酸系减水剂的重大意义聚羧酸系减水剂的重大意义2、混凝土的耐久性、混凝土的耐久性东海大桥东海大桥杭州湾跨海大桥杭州湾跨海大桥跨海大桥跨海大桥三峡大坝三峡大坝其它其它百百年年寿寿命命设设计计一一. 聚羧酸系减水剂的重大意义聚羧酸系减水剂的重大意义2、混凝土的耐久性、混凝土的耐久性强度等级：强度等级：c40，c50坍落度：坍落度：(160+30)mmw/b：0.35电通量：电通

5、量：1000库仑库仑掺合料：矿渣粉、粉煤灰、硅灰掺合料：矿渣粉、粉煤灰、硅灰掺合料比例：掺合料比例：60%-70%外加剂：聚羧酸系高性能减水剂外加剂：聚羧酸系高性能减水剂一一. 聚羧酸系减水剂的重大意义聚羧酸系减水剂的重大意义2、混凝土的耐久性、混凝土的耐久性坍落度：坍落度：(180+20)mmw/b：0.33(c50)电通量：电通量：1000库仑库仑450kg/m3 b 500kg/m3掺合料：矿渣粉、粉煤灰、硅灰掺合料：矿渣粉、粉煤灰、硅灰掺合料比例：掺合料比例：60%-70%外加剂：外加剂：聚羧酸系高性能减水剂聚羧酸系高性能减水剂一一. 聚羧酸系减水剂的重大意义聚羧酸系减水剂的重大意义2

6、、混凝土的耐久性、混凝土的耐久性一一. 聚羧酸系减水剂的重大意义聚羧酸系减水剂的重大意义2、混凝土的耐久性、混凝土的耐久性近期，国务院批复近期，国务院批复2222个城市地铁规划个城市地铁规划 总投资近总投资近9 9千亿元千亿元 至至20162016年我国将新建轨道交通线路年我国将新建轨道交通线路8989条，总建设里程为条，总建设里程为25002500公里，投资规模达公里，投资规模达9937.39937.3亿元亿元 19951995年至年至20082008年年1212年间，我国建有轨道交通的城市，从年间，我国建有轨道交通的城市，从2 2个增加到个增加到1010个，投资以每年个，投资以每年1001

7、00多亿元的速度在推进。迄多亿元的速度在推进。迄今为止，已有今为止，已有1010个城市开通了个城市开通了3131条城市轨道交通线，运营条城市轨道交通线，运营里程达到里程达到835.5835.5公里。公里。3、混凝土的体积稳定性、混凝土的体积稳定性上海磁悬浮列车轨道梁上海磁悬浮列车轨道梁三峡大坝工程三峡大坝工程应应用用梁轨长20米，要求永久变形+9090+120+9090+9090+120+9090+12090+90+9090+120终凝抗压强度比，%，不小于170180170140135135160170160130130115-115-1309515014515014012512511011

8、51101101151101009514013014013012012010011011010011010010090收缩率比，%，不大于110110110110135135135135135135135135135135相对耐久性（200次），%，不小于80801小时经时变化量坍落度-806025%)l坍落度损失小l凝结时间影响小l不受掺加顺序影响等l某些性能还可以通过生产合成而达到，如活用聚合方法可调整分散性能和引气性能l不使用甲醛和其他有害原材料l强度、耐久性、节约水泥lcl- c4af c3s c2s。l铝酸盐（ c3a、 c4af ）在水化初期其动电位呈正值，对外加剂分子吸附较强，而

9、c3s、 c2s在水化初期其动电位呈负值，其吸附外加剂的能力较弱。因此，在混凝土外加剂掺量相同的情况下， c3a、 c4af 含量高的水泥浆体中，混凝土外加剂的分散效果就较差，混凝土单方用水量大幅增加，坍落度损失加快。（2）水泥中石膏形态和掺量的影响）水泥中石膏形态和掺量的影响l石膏在水泥生产中用于调节水泥凝结时间，常采用天然的或合成caso42h2o,石膏掺量控制在1.32.5%(以so3%计)。如果石膏掺量不够或细度不够使石膏不能充分溶解，当溶解度含量小于1.3%时，则容易产生速凝的现象，但如果溶解度含量大于2.5%时，凝结时间的增长也很少。l在混凝土中，caso4.2h2o的缓凝效果优于

10、 caso4.0.5h2o，但水泥生产过程中，石膏与熟料的温度通常较高，从而使二水石膏脱水生成半水石膏再脱水生成硬石膏，影响了石膏的缓凝效果，有些水泥厂为了节约成本，采用无水石膏代替caso4.2h2o，这种水泥在碰到以木钙和糖钙为主要成分的外加剂时会表现出严重的不适应性。石膏对坍落度损失的影响石膏对坍落度损失的影响（3）水泥碱含量的影响）水泥碱含量的影响l水泥中碱含量主要来源于生产所用的原材料，是按na20+0.658k20计算的重量百分率来表示。水泥中过量的碱会和集料中的活性si02反应，生成膨胀性的碱硅酸盐凝胶，一方面会导致混凝土开裂，另一方面碱含量的增大降低了外加剂对水泥浆体的塑化作用

11、，使水泥浆体流动性损失加快，凝结时间急剧缩短，减弱了高效外加剂的作用。l当可溶性碱的含量过低时，不仅当外加剂剂量不足时坍落度损失较快，而且当剂量稍高于饱和点时，会出现严重的离析和泌水。l大量的数据表明，碱含量在0.40.8%以内时对外加剂与水泥的适应性的影响较小，在国家标准中，低碱水泥的碱含量不得大于0.6%，因此为了使外加剂与水泥的适应性较好，碱含量宜控制在0.40.6%。（4）水泥细度的影响）水泥细度的影响l试验表明：随着水泥细度的增加，外加剂的塑化效果下降。在水泥生产过程中，许多产家为了满足强度的要求，一味的提高水泥的细度，细度越小比表面积越大，而水泥对外加剂的吸附性随比面积的增加而增加

12、，在相同的外加剂的掺量下，水泥的需水量随比表面积的增大而增大，混凝土坍落度损失也随比面积的增大而加快，所以本来在一定掺量下表现为适应的外加剂在水泥细度的提高下会表现出不适应现象。300350400450500250300350400450水泥细度（m 2 / k g )流动度（m m )相同水灰比下不同细度的水泥对水泥浆体流动度的影响水灰比为0.274，高效减水剂掺量为0.7%c相相同同流流动动度度下下不不同同细细度度的的水水泥泥浆浆体体的的流流动动度度损损失失情情况况流动度(mm)水泥细度（m2/kg）高效减水剂掺量(%c)水灰比0 min30 min60 min120 min2990.70

13、0.254003803652803290.700.263853603452473590.700.283953703503523920.700.284103953502604220.700.29400385310215（5）掺合料种类及掺量的影响）掺合料种类及掺量的影响l在水泥及混凝土的生产过程中，均掺有一定量的掺合料，如矿渣、粉煤灰、硅灰等，由于这些掺合料的品质及掺量的不同，对混凝土外加剂的作用效果也会产生一定的影响。l单掺一定量的粉煤灰，由于粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起到“滚珠轴承作用”，随着掺量的增加混凝土的流动性增加，外加剂的适应性表现较好。l由于粉煤灰中的碳会吸附较多的外加剂而使混

14、凝土坍落度下降，因此，当粉煤灰掺量一定时，级粉煤灰烧失量较小（含碳量低），对外加剂的适应性表现较好，而、 级粉煤灰烧失量大（含碳量高），对外加剂的适应性表现较差。l单掺矿粉对外加剂的适应性与粉煤灰相似但没有粉煤灰表现那么明显，由于“微集料效应”，矿粉的粒径比水泥小，填充了水泥颗粒间的空隙，使水泥颗粒间的水分得到释放，提高了混凝土的流动性，但掺量超过一定量时，随着比面积的增加会表现出坍落度损失加快等不适应现象。混合材或掺合料煤矸石粉煤矸石粉coal gangue powder钢渣粉钢渣粉steel slag powder粉煤灰粉煤灰 fly ash矿渣粉矿渣粉 (ggbfs)ground gra

15、n. blast-furnace slag3003504004505000306090120时间（m i n )流动度（m m )01020304050矿渣粉替代水泥百分率对外加剂作用效果的影响3003504004505005506000306090120时间（m i n )流动度（m m )010305070粉煤灰替代水泥百分率对外加剂作用效果的影响1001502002503003504004505000306090120时间（m i n )流动度（m m )05101520沸石粉替代水泥百分率对外加剂作用效果的影响1001502002503003504004505000306090120时

16、间（m i n )流动度（m m )0351015硅灰替代水泥百分率对外加剂作用效果的影响煤矸石、偏高岭土替代水泥百分率对外加剂作用效果的影响海螺水泥拉法基水泥（6）水泥新鲜程度、温度的影响）水泥新鲜程度、温度的影响l由于粉磨时会产生电荷，新鲜的水泥出磨时间短，颗粒间相互吸附凝聚的能力强，正电性强，吸附阴离子表面活性剂多，因此表现出外加剂减水率低，混凝土坍落度损失快的现象，与外加剂的适应性差。l另一方面刚磨出来的水泥温度很高，当水泥温度小于70时对外加剂的塑化效果影响不大，当水泥温度超过80时对外加剂的塑化效果降低明显，坍落度损失也会明显加快，使外加剂适应性明显变差。6 6、与其它品种减水剂的

17、相溶性很差，叠加效果不、与其它品种减水剂的相溶性很差，叠加效果不佳佳 l性能的叠加效应性能的叠加效应l溶液互溶性溶液互溶性l混合液的稳定性混合液的稳定性l经济性经济性减水率减水率保水性保水性粘聚性粘聚性其它其它聚羧酸与其它几种减水剂的互溶性聚羧酸与其它几种减水剂的互溶性pc+ls良好良好pc+msf分层分层pc+nsf良好良好pc+asf良好良好pc+saf分层分层1 1）木质磺酸盐（）木质磺酸盐（ls)ls)相溶性好相溶性好净浆净浆 砼砼 ：相容性好，可以复配：相容性好，可以复配2 2）脂肪族）脂肪族(saf)(saf)相溶性差，有分层相溶性差，有分层净浆净浆 砼砼 ：相容性好：相容性好不能

18、混配成一种溶液使用，可以分别加不能混配成一种溶液使用，可以分别加3 3）氨基磺酸盐）氨基磺酸盐(asf)(asf)相溶性好相溶性好净浆净浆 砼砼 ：选择性相容：选择性相容4 4）密胺类（）密胺类（msf)msf)相容性差，有分层相容性差，有分层净浆净浆 砼砼 ：选择性相容：选择性相容5 5）萘系减水剂）萘系减水剂(nsf)(nsf)相溶性好相溶性好净浆净浆 砼砼 ：均不相容，无坍落度；且容器不能混用：均不相容，无坍落度；且容器不能混用pc: 0.10%pclsmsfnsfasfsafpc互溶性叠加性7 7、与常用改性组分的相容性较差、与常用改性组分的相容性较差 l改善产品性能，满足具体工程要求

19、 l扩充产品种类，方便使用l形成系列化产品，满足市场需求l降低产品成本，提高竞争力-与缓凝、早强、引气等化学组分复配使用（1）聚羧酸减水剂与缓凝剂的复配聚羧酸的凝结时间：可通过主链上羧基的调整聚羧酸的凝结时间：可通过主链上羧基的调整来实现；同时含羧基的化合物也与聚羧酸复配来实现；同时含羧基的化合物也与聚羧酸复配可达到缓凝效果，如：可达到缓凝效果，如：葡萄糖酸钠，柠檬酸，酒石酸、醣类等化合葡萄糖酸钠，柠檬酸，酒石酸、醣类等化合物物相溶性好，有效果；相溶性好，有效果；三聚磷酸钠，焦磷酸钠三聚磷酸钠，焦磷酸钠相溶性差，有沉淀相溶性差，有沉淀产生；产生；膦羧酸膦羧酸掺量最小，效果好。掺量最小，效果好。

20、（2）与引气剂和消泡剂的复配聚羧酸减水剂为什么既需要引气又需要消泡？聚羧酸减水剂为什么既需要引气又需要消泡？l这主要是因为聚羧酸减水剂加入混凝土中，引入的气这主要是因为聚羧酸减水剂加入混凝土中，引入的气泡质量不好，同时气泡也不稳定，对混凝土的质量有泡质量不好，同时气泡也不稳定，对混凝土的质量有影响。影响。l因此目前许多工程上采用先消泡后引泡的技术，来保因此目前许多工程上采用先消泡后引泡的技术，来保证气泡的质量。证气泡的质量。常用的消泡剂和引气剂常用的消泡剂和引气剂l消泡剂：有机硅类、嵌段聚醚消泡剂：有机硅类、嵌段聚醚l引气剂：烯基磺酸盐引气剂：烯基磺酸盐 、松香造化物、三萜皂苷类、松香造化物、

21、三萜皂苷类引气剂适应顺序：引气剂适应顺序：烯基磺酸盐烯基磺酸盐 三萜皂苷三萜皂苷 松香造化物松香造化物8 8、通过其它组分进行改性的手段不多、通过其它组分进行改性的手段不多 在当前母体种类较少的情况下如何解决在当前母体种类较少的情况下如何解决保水性抗离析性早强缓凝引气9 9、与某些水泥出现严重的不适应现象、与某些水泥出现严重的不适应现象 案例案例工工程程强度强度等级等级p042.5(kg/m3)砂砂(kg/m3)石石(kg/m3)ii级级粉煤灰粉煤灰(kg/m3)s95矿渣粉矿渣粉(kg/m3)外加剂外加剂(kg/m3)水水(kg/m3)性状性状西西格格线线c4025075610807090p

22、c-1，4.10175无坍落度无坍落度25075610807090pc-1，4.10pc-2，6.15pc-1，7.38215200182180cm，坍损大，坍损大无坍落度无坍落度230cm，坍损大，坍损大甬甬台台温温c4023078010456080pc-a，3.70178210cm，坍损大，坍损大23078010456080pc-b，3.70pc-c，4.44180175180cm，坍损大，坍损大220cm，坍损大，坍损大内蒙某厂水泥内蒙某厂水泥浙江金圆水泥浙江金圆水泥1010、技术深度和产品的性能稳定性值得关注、技术深度和产品的性能稳定性值得关注 减水剂减水剂原材料原材料合成合成工艺工艺复配复配措施措施混凝土混凝土原材料原材料混凝土混凝土配合比配合比工作性工作性力学性能力学性能耐久性耐久性经济性经济性四、四、pcpc复配技术应用实例复配技术应用实例l漕河渡槽混凝土漕河渡槽混凝土lc40 c40 l20052005年年8 8月月l离析、泌水、扒底离析、泌水、扒底l粘度低，对用水量敏感粘度低，对用水量敏感粗骨料粗骨料(31.5-16)mm)： 739kg/m3 (5-16)mm)： 317kg/m3中砂：中砂： 718kg/m3水泥水泥(42.5po)： 373kg/m3粉煤灰：粉煤灰： 93kg/m3 水水 140kg/m3