论文(最终版)：聚羧酸在预拌混凝土中的应用-1

1、聚羧酸系高性能减水剂在预拌混凝土中的应用王骁敏1，郭执宝2, 谢雯1，张如勤2，陆继光1 （1.上海市建筑科学研究院；2.上海华联建筑外加剂厂有限公司；）摘要： 聚羧酸系高性能减水剂已在上海市预拌混凝土中开始大量应用，但在应用时还存在一些问题，本文介绍了在实际施工中解决混凝土保坍性的方法，在中、低标号混凝土中大量使用的方式，表明聚羧酸系高性能减水剂可在预拌混凝土中普遍使用，具有非常广阔的应用前景。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.关键词： 绿色混凝土；聚羧酸系高性能减水剂；预拌混凝土；混凝土的保坍性；中、低标号混凝土近年来，中国的建设规模越来越大，各种重点、重大基础设施，超高层建筑，高速铁路、高速公路，地铁车站，核电站等工程，对混凝土的施工性能和综合性能要求越来越高，传统的木质素磺酸盐减水剂和萘系高效减水剂由于技术的局限性已不能满足现代工程的需要。况且当今世界，绿色环保是国际化的一个大趋

4、势。绿色混凝土作为新型的建筑材料，也受到越来越多的关注，聚羧酸系减水剂是一种“环保、节能、降耗”新理念的高性能减水剂，其生产过程无废弃物，对周边环境无危害，其出色的施工和易性、良好的强度发展和优异的耐久性等性能是配制高性能、绿色环保混凝土的首选外加剂。1 聚羧酸高性能减水剂的发展及在上海市的应用我国聚羧酸高性能减水剂的研究始于二十世纪90年代中期，工业化与应用始于21世纪初期，2000年上海市建筑科学研究院率先在国内研制成功聚羧酸系高性能减水剂，投入工业化生产，开始在上海磁悬浮轨道、东海大桥工程中应用，并在2003年获得上海市科学技术进步二等奖。2002年2005年，聚羧酸高性能减水剂开始在国

5、家重点工程中初步应用，如杭州湾大桥，南水北调中线总干渠漕河渡槽段工程等；2005年随着国家高速铁路网的兴建，聚羧酸高性能减水剂开始出现迅速发展的趋势，应用在如京沪高铁，武广客运专线，合武高铁，各个省际高铁等；2006年以来，致力于聚羧酸高性能减水剂在预拌混凝土中应用技术的研究与开发。上海市在预拌混凝土中使用聚羧酸高性能减水剂也是顺应以上的发展趋势，施工的实例主要有：（1）标志性建筑，如上海环球金融中心（高492米，101层，2008年竣工），全部采用聚羧酸高性能减水剂，在第三层28000m3基础混凝土施工中，40小时一次性连续浇注，由8个预拌混凝土站、19部混凝土泵、350辆搅拌车同时供应；上

6、海中心大厦（高632米，127层，2008年开工），拟采用聚羧酸高性能减水剂配制C100的混凝土。（2）市政、港口等基础设施，如沪崇苏越江通道（总长25.497公里），洋山国际深水港，上海浦东机场二期等；（3）上海轨道交通工程，上海将新建10条城市快速轨道交通线路（总长389公里）。在发布的”上海地铁车站结构混凝土的配制要求和混凝土结构耐久性设计与施工指南”中，规定了分布在上海各处的预拌混凝土公司为轨道交通工程地下车站、盾构管片、高架轻轨等工程提供的预拌混凝土均采用聚羧酸系高性能减水剂。（4）工业、民用与公共建筑，聚羧酸系高性能减水剂在预拌混凝土中的应用取得了搅拌站和施工单位的认可，如施工中的

7、上海世博会中国馆，上海世纪花园秋菊坊，鸿益千秋三期等地区新建楼盘的基础工程，这些工程的混凝土施工质量良好，深得客户的好评。2 在预拌混凝土中应用的技术难点与对策聚羧酸高性能减水剂可以广泛应用在各种强度要求的预拌混凝土中。通过在预拌混凝土中试验和应用实践，巳证明在预拌混凝土强度等级高于C35 (含等级不低于C30 的水下灌注桩)的工程中，聚羧酸高性能减水剂可取代萘系减水剂，提高混凝土性能，还可有效、合理的降低混凝土的综合成本。但在预拌混凝土中全面取代萘系减水剂还存在一些有待解决的技木难点。2.1 混凝土的保坍性在预拌混凝土中，混凝土的坍落度保留值这一性能尤其重要。聚羧酸高性能减水剂虽然是最新型的

8、减水剂，但同样存在对水泥的适应性问题，而且我国的水泥品种比较复杂，使用水泥变化比较快。加上混凝土砂、石料、矿物掺合料等受市场资源影响具有不确定的因素，因此在预拌混凝土生产中,特别是中、低标号（C30及以下）混凝土，经常发生由材料波动影响坍落度保留值。解决这一难题的对策：主要通过在聚羧酸高性能减水剂生产工艺方面的改进，如采用优质的原料，更好的分子结构设计、嫁接合成等工艺来制备出满足预拌混凝土混凝土要求的聚羧酸高性能减水剂-水泥适应性广、掺量低而坍损小的的聚羧酸减水剂。除此之外，在实际的施工应用中，可以有以下几个方法解决保坍性问题：(1)不同聚羧酸母料混合现在市场上的聚羧酸高性能减水剂种类繁多，每

9、一类母料的具体性能不同，有的体现在减水率方面，有的在凝结时间方面，有的在保坍性能方面，可以将两种或两种以上的聚羧酸减水剂复合，使之优缺点相互互补，可得到性能较全面的聚羧酸高性能减水剂。在保坍性能方面也这样，如下表1为两种聚羧酸高性能减水剂复合后的性能对比：表1类型复合比例(A :B)水泥比表面积384水泥比表面积455水泥比表面积 500减水率%1h损失mm减水率%1h损失mm减水率%1h损失mmA10 : 029.92525.65520.8115AB7 : 324.54026.03528.815从上表看出，随着水泥比表面积（m2/Kg）的增大，单一聚羧酸减水剂母料A的坍损逐渐增大，复合聚羧酸

10、减水剂母料B后的AB产品，坍损可明显减小。(2)添加聚羧酸型保坍剂随着聚羧酸高性能减水剂的大量应用，专门用于聚羧酸减水剂的聚羧酸型保坍剂也开发出来，此类保坍剂对有些水泥应用效果尚可。如下表2为添加聚羧酸型保坍剂后的混凝土性能表现：表2（试验水泥：海门海螺P.O52.5水泥）编号混凝土配合比 kg/m3坍落度 mm抗压强度MPa水泥水砂率减水剂保坍剂0h1h2h7D28D1420180444.20020070-43.449.72420180444.200.0842131818545.154.23420178444.200.33620519018045.754.6 从上述数据看出，不添加保坍剂，1

11、 h坍损为130mm，添加2.0%(以减水剂质量计)保坍剂后，1 h坍损为32mm，2 h坍损为128mm；添加8.0%(以减水剂质量计)保坍剂后，1 h坍损为15mm，2 h坍损为25mm，保坍性能得到大大提高，并且后期抗压强度也得到了提高。(3)非聚羧酸型保坍剂(改良剂) 萘系减水剂外加剂厂常用的保坍剂-葡萄糖酸钠，在聚羧酸高性能减水剂中，除在有限的几个水泥品种中有些效果外，在许多水泥中其保坍性能并没有作用，因此必须添加特种的非聚羧酸型改良剂，如上海华联建筑外加剂厂有限公司研发的TK-502改良剂等，经大量试验研究得出：此类的改良剂效果已能够满足一般工程中的需要。具体试验如下表3、4所示：

12、表3（试验水泥：联合P.O42.5水泥，海门海螺P.O42.5水泥）编号混凝土配合比 kg/m3聚羧酸减水剂组分坍落度mm水泥砂石水聚羧酸20%萄钠改良剂0h1h1324联合76310361633.24100-2101902324海门76310631663.24100-180753324海门76310631663.561002.0-180854324海门76310631663.56100-1.0205175从上述数据看出，不同的水泥，聚羧酸减水剂的适应性不同，在联合P.O42.5水泥中，不添加任何保坍剂，混凝土的坍落度保留值都非常好，在海门海螺水泥中，添加常规的改良剂葡萄糖酸钠，效果不明显，添

13、加特种的非聚羧酸型改良剂后，1 h坍损为30mm，可以满足一般性施工需求。2.2. 减水率与中、低标号混凝土的匹配这几年上海市混凝土标号的分布情况来看，C35以上的混凝土只占30%多，C30及 C30以下的中、低标号混凝土，约占65%多。聚羧酸高性能减水剂(高减水率)如何在中、低标号预拌混凝土中得以应用，可分为以下2种情况：(1)调节混凝土级配、直接使用聚羧酸减水剂在中、低标号预拌混凝土中直接使用时，应注意到聚羧酸系减水剂高减水率的特点和应用时调节混凝土配合比。即使降低聚羧酸系减水剂掺量，也可得到比萘系更高的减水率。减水率的增大，混凝土用水量可少了，根据水胶比的关系，配合比中的水泥用量理论上可

14、大大减少。但混凝土总浆量太少，影响混凝土工作性。因此直接使用聚羧酸减水剂时，应调节混凝土配合比,适当调整粉煤灰等矿物掺合料和砂率大小，控制浆体总量，可得到流动性和强度较好的混凝土,总体计算，混凝土成本不会升高，反而有可能大大降低。下表4为江都市钱江混凝土制品有限公司在中、低标号混凝土中应用聚羧酸系减水剂与萘系减水剂的对比情况：表4（试验水泥：铜陵海螺P.O42.5水泥）强度等级混凝土配合比 kg/m3坍落度 mm抗压强度MPa水泥粉煤灰砂石水减水剂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 从上述数据来看，在中、低标号混凝土中应用聚羧酸系减水剂，与萘系减水剂相比，其原来配合比中的水泥用量可大大减少，同时增加粉煤灰的用量，使混凝土中浆体总量基本不变，混凝土的工作性能可大大提高，在C25配合比中抗压强度最高比用萘系减水剂的高出4.8 MPa，经过长时间的应用和计算，混凝

16、土的成本比用萘系的要低，体现出聚羧酸系减水剂良好的经济效益。 (2)配制成中效减水剂对于有些水泥配制中、低标号混凝土中，直接使用聚羧酸系减水剂时,出现掺量调低，减水率下降，但混凝土保坍性不能满足要求。因此，必须把聚羧酸系减水剂来配成中效型外加剂。上海华联建筑外加剂厂有限公司根据现在的市场需求，已成功开发出了JRC-B型聚羧酸系中效减水剂，其性能与萘系中效减水剂HL-II相比如下表5所示：表5(试验水泥：编号1、2为联合P.O42.5，编号3、4为海门海螺P.O42.5，强度等级C30)编号中效减水剂掺量%用水量Kg/m3泌水率%含气量%坍落度/mm抗压强度/MPa0h1h7D28D1HL-II

17、萘系1.2190无3.01808024.138.02JRC-B聚羧酸1.2190无3.118014025.639.43HL-II萘系1.2190无3.21608024.637.34JRC-B聚羧酸1.2190无3.117.513025.339.8从上表看出，聚羧酸系中效减水剂(JRC-B比萘系中效减水剂HL-II)无论在工作性能，坍落度保持还是后期抗压强度方面，都有着无可比拟的优势。在聚羧酸系中效外加剂方面，几家外资企业也有同样的经验，如西卡ViscoCrete1245系列聚羧酸系改性减水剂，格雷斯公司(Grace)聚羧酸中效减水剂MIRA-P80，其已在工程中大量应用。3 在预拌混凝土中的应

18、用前景 随着国家拉动内需与基础建设的发展规划，聚羧酸系减水剂的发展趋势已从国家重点工程和铁路应用转移到预拌混凝土中来，聚羧酸高性能减水剂在预拌混凝土中的应用具有广阔的前景。3.1 潜在市场大2008年我国预拌混凝土产量64600万M3 ，国外统计：2007年美国预拌混凝土产量估计10000万M3，俄罗斯预拌混凝土产量为2580万M3，英国预拌混凝土产量约为2750万M3。上海市在2008年预拌混凝土产量5500万M3，几乎相当与俄罗斯和英国2007年预拌混凝土产量的总和，可见我国预拌混凝土市场是非常巨大的。3.2 国外有经验可借鉴2008年我国聚羧酸高性能减水剂用量约为45万吨，但仅占我国减水

19、剂总量的14%，应用在如高铁.桥梁等国家重点工程中，萘系减水剂几何独占预拌混凝土市场。而在日本和韩国，聚羧酸系减水剂的使用率高达90%左右，在美国也达60%70%，从国外聚羧酸系高性能减水剂的发展来看，聚羧酸高性能减水剂已经是国外高效减水剂的主要品种，在预拌混凝土中，其低标号采用木质素磺酸盐减水剂来做，其他全部采用聚羧酸系高性能减水剂或聚羧酸系减水剂与木质素复合的产品，做到了既环保又节能，国外的发展经验可供我们借鉴。3.3 优良的性能聚羧酸高性能减水剂有许多优良的性能，是其他系的外加剂不能相比的，在工程应用中，这些优良的性能一旦被施工管理部门采纳，规定在工程技术要求或规范中，可使聚羧酸减水剂得

20、到广泛的应用。(1)氯离子含量、碱含量低在许多的工程应用，特别在高速铁路和水下工程中，外加剂中氯离子含量、碱含量含量要很低，常规外加剂是满足不了这个要求的。例如铁道部2005年发布的“客运专线高性能混凝土暂行技术条件”对外加剂的性能要求：减水率20%，氯离子0.04% (浓度20%计) ，碱含量2.0% (浓度20%计)，聚羧酸系减水剂可以完全满足这一对外加剂的要求。(2)混凝土低收缩、徐变小应用聚羧酸系高性能减水剂的混凝土收缩率比比萘系明显要低30%50%，其徐变也小。上海市建科院等单位进行的收缩与徐变试验也证实上述性能。常用的萘系减水剂的收缩率过大，不能满足公路工程中大量的薄壁结构抗裂及抗

21、疲劳的要求。因此全国公路工程混凝土外加剂应用技术委员会即将审定的”公路薄壁结构混凝土”部标中,专门规定了的应用于公路外加剂一个减缩型号，这将为聚羧酸系减水剂在公路中的使用开阔了道路。(3)聚羧酸的防冻性经过应用实践发现，聚羧酸高性能减水剂比萘系产品具有更好的防冻性能，在低温-50下，混凝土强度增长较快，这一特性可应用在北方寒冷的地区和高原地区，聚羧酸系减水剂成为这些地区预拌混凝土首选的外加剂。3.4费用有降低的空间聚羧酸系高性能减水剂在预拌混凝土中广泛应用尚处于起步阶段。随着研究技术的进步，可以针对某一特性进行研制，通过聚合物分子设计，嫁接合成，共聚等反应，还可通过后期的复配技术制备出符合预拌混凝土要求的产品，现在聚羧酸系减水剂的原材料有越来