淺談聚羧酸減水劑的復配技術

要

：

聚羧酸減水劑作為第三代高效能減水劑，具有優異的分散效能、良好的坍落度保持能力、低毒和環保等特點，但在混凝土工業中的應用卻存在著很多亟待解決的問題

，如適應性等，為了解決諸如此類的問題，而將聚羧酸減水劑進行復配以提高聚羧酸減水劑的適應能力，有著廣闊的發展前景。

關鍵詞：

減水劑：聚羧酸減水劑/減水劑/聚羧酸粉劑

砂漿：溼拌砂漿新增劑/穩塑劑/修補砂漿/特種砂漿新增劑

塗料：內牆無機塗料 無機塗料 無機耐火塗料 弗克風無機塗料 矽質漆 內牆矽質漆

前言

混凝土減水劑是降低水泥用量、提高工業廢渣利用率、實現混凝土耐久性和高效能的技術途徑之一，也是混凝土向高科技領域發展的關鍵材料之一

［1］

。而聚羧酸型減水劑（

PC）由於其低毒、環保特點已成為目前發展最為迅速、市場潛力最大的一類高效減水劑。與傳統外加劑相比

，

由於具有優異的分散效能、良好的坍落度保持能力已成為了世界性的研究熱點和發展重點。我國由於核電、水利、橋樑、隧道等大型基礎設施的興起，尤其是國家鐵路客運專線網工程的規劃實施，對高效能外加劑的市場需求也持續增長。雖然聚羧酸外加劑優異的減水效能和良好坍落度保持能力已被業界廣泛認可，但由於存在對水泥礦物組成、水泥細度、石膏形態和摻量、外加劑新增量、配合比、用水量以及混凝土拌合工藝具有極高的敏感度，嚴重影響了現有產品在工程中的廣泛應用。特別是我國水泥種類繁多，集料質量地區差異很大，往往造成新拌混凝土坍落度損失大，難以保證混凝土的質量。那麼只有根據當地當時各原材料的具體情況進行適配才能有效降低諸如此類問題的產生，因此就對減水劑的復配提出了很高的要求，在此本文就復配技術做一下淺顯的探討。

一 聚羧酸系減水劑概述

聚羧酸系減水劑是一種分子中含有羧基接枝共聚物的表面活性劑，其分子呈梳形，具有較高的空間位阻效應。作為繼木質素磺酸鹽類普通減水劑、萘系脂肪族、氨基磺酸鹽類等高效減水劑之後的第三代高效能減水劑，自

2000年左右在國內混凝土領域開始應用以來，以其分子結構設計效能好、高減水、低摻量、保坍性好、增強性好、含鹼量低、對凝結時間影響小、與大多數水泥相容性好且無汙染等優點被視為最有發展潛力的減水劑品種，且一直佔據著國內的新生市場。因此近10年來關於聚羧酸系減水劑的合成、研發、生產和應用也一直是混凝土工程界的研究熱點和重點。

從

2000年起我國混凝土工程界逐漸認識聚羧酸系減水劑，到現在廣大鐵路系統混凝土工程和越來越多的海工工程、隧道重點工程以及市政重點工程的全面推薦應用，聚羧酸系減水劑的用量快速遞增

。

我國聚羧酸減水劑年用量的統計（包括進口和國產產品按

20%濃度計）

聚羧酸系減水劑作為繼萘系、蜜胺系、脂肪族系和氨基磺酸鹽系減水劑之後研製生產成功的新型高效減水劑，以其在摻量較低時

（固體摻量0。15%-0。25%）就能產生理想的減水和增強效果、對混凝土凝結時間影響較小、坍落度保持性較好、與水泥和摻合料適應性相對較好、對混凝土幹縮性影響較小（指通常不過分增加幹縮）、生產過程中不使用甲醛和不排出廢液、SO

4

2-

和

Cl

-

含量低等突出特點，從一開始就受到研究者和部分應用者的推崇。目前，我國制定的《聚羧酸系高效能減水劑》

JG/T 223-2007標準已於2007年12月1日起開始實施，而我國鐵道部科學技術司早在2006年9月印發的《客運專線高效能混凝土用外加劑產品檢驗細則》，主要就是為強制使用聚羧酸系減水劑實施的一次重要舉措。已經修定完成的《混凝土外加劑》GB8076-2008標準中，也對聚羧酸系高效能減水劑的效能指標和試驗方法做出了明確規定。

與萘系等高效減水劑相比，雖然聚羧酸減水劑在減水保坍環保等方面具有明顯優勢，但在實際工程應用中也存在一些技術難題，如減水效果對混凝土原材料、配合比、減水劑摻量依賴性很大，新拌混凝土效能對用水量很敏感，配製大流動性混凝土易離析分層，與其他的減水劑和改性組分相容性差，產品穩定性不好，這極大的限制了聚羧酸系減水劑的廣泛應用和發展。為克服聚羧酸系減水劑在應用時存在的技術缺陷，或者為改善混凝土的某種或某幾種效能（和易性、保坍性、減少泌水、提高早強、低收縮等），就必須對其進行改性。實際中常用的改性辦法包括合成工藝和復配技術兩種，相比於合成工藝，復配方法具有操作簡單、成本低等優點，因此在實際應用中被廣泛的使用。聚羧酸系復配技術，就是將聚羧酸系減水劑與其他組分（如緩凝、消泡、引氣、早強等組分）按一定比例的組合復配，以達到各組分的協調疊加作用。

二 聚羧酸系減水劑的復配應用

2

。

1聚羧酸系減水劑與緩凝組分的復配

聚羧酸系減水劑自身也對混凝土存在一定的緩凝作用，其遵循

“吸附

-

絡合

”機理。聚羧酸分子被吸附在水泥顆粒表面，阻止了C

3

A的早期水化；減水劑分子與鈣離子形成絡合物，抑制了氫氧化鈣的結晶過程；減水劑分子中的親水基團與水分子形成氫鍵，生成締合分子束縛了水分子運動，從而降低水化反應速度；上述因素共同作用促使水泥水化誘導期延長，形成緩凝作用。

目前常用的緩凝組分有葡萄糖酸鈉、檸檬酸（鈉）、無機磷酸鹽、有機磷酸鹽、糖鈣、木質素等。畢化泗

［2］

等通過幾種常用緩凝組分與聚羧酸減水劑復配，研究了復配後對混凝土的工作性、泌水率、含氣量和強度等效能的影響，實驗結果發現檸檬酸不適於與聚羧酸減水劑複合使用，檸檬酸鈉和葡萄糖酸鈉、木鈉與聚羧酸減水劑適應性較好。劉尊明

［3］

也發現葡萄糖酸鈉與聚羧酸復配能夠改善水泥漿體流動性、提高膠砂強度、解決聚羧酸減水劑與水泥的適應性問題。柴天紅

［4］

透過對常用的幾種緩凝劑與聚羧酸減水劑復配進行試驗研究發現：聚羧酸減水劑復配木鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、硼砂出現沉澱不適合實際應用；復配葡萄糖酸鈉、檸檬酸鈉、六偏磷酸鈉保塑增強效果較好、對減水有增強、對

28d強度均有下降。此外，聚羧酸復配緩凝劑會降低早期強度、增大泌水和含氣量。

綜上，聚羧酸系減水劑和緩凝組分複合後，複合體系的緩凝協調作用因組分而異，實際應用中因根據緩凝組分種類和工程需求復配優選。

2。2聚羧酸系減水劑與消泡引氣組分的復配

聚羧酸系減水劑表面活性高、保泡性好，在混凝土中會導致含氣量過大從而影響強度。因此實際使用時因根據施工和使用要求選取消泡組分降低含氣量，此外有時還需加入引氣成分保證混凝土內部起泡的細小穩定和均勻性，以滿足混凝土的使用效能。

（

1）聚羧酸系減水劑

—

消泡劑

賀奎

［5］

等研究了油型、乳化型、溶解型和固體消泡劑與聚羧酸系減水劑的復配效果，結果發現溶解型消泡劑能與聚羧酸系相容性好，可以復配出高流動高保坍高強的泵送劑；如果貯存時間短，乳化型也可以進行復配使用；而其他類消泡劑不宜復配，只能單摻使用。

（

2）聚羧酸系減水劑

—

消泡劑

—

引氣劑

張永恆

［6］

透過研究採用消泡劑、引氣劑和聚羧酸減水劑復配技術，優選出滿足清水混凝土要求的復配減水劑體系。復配技術關鍵是消泡劑和引氣劑的摻量問題，透過優選消泡劑和引氣劑摻量可以達到改善工作性、提高強度、增加緻密性、減少起泡等效能要求。

（

3）聚羧酸系減水劑

—

消泡劑

—

引氣劑

—

緩凝劑

張永恆

［7］

等採用聚羧酸系減水劑和消泡劑、引氣劑、緩凝劑的復配技術，透過調節各組分的摻量，達到複合體系對混凝土和易性、保坍性和凝結時間的協同疊加作用。試驗發現消泡劑摻量控制在聚羧酸系減水劑質量的

0。2%時可有效消除起泡提高強度，引氣劑可控制在聚羧酸系減水劑質量的0。3%可顯著改善保坍性，緩凝劑（葡萄糖酸鈉）為聚羧酸系減水劑質量的0。4%時效果較好。

2。3聚羧酸系減水劑與早強組分復配

隨著聚羧酸系減水劑應用的廣泛化，實際工程中對混凝土的早強要求越來越突出，因此早強型聚羧酸高效減水劑一直是滿足早強效能混凝土的研究重點。早強型聚羧酸減水劑可有早強劑和聚羧酸減水劑復配而成，常用早強劑主要包括強電解質無機鹽類早強劑（硫酸鹽、硫酸複鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯鹽等）和水溶性有機化合物（三乙醇胺、甲酸鹽、乙酸鹽等）及其複合物。

石龍龍

［8］

透過對

MPEG型聚羧酸減水劑和5種早強劑復配研究發現：硫酸鈉早強劑與聚羧酸減水劑相容性很差且使水泥早期強度下降；硝酸鈣、亞硝酸鈉、三乙醇胺和三異丙醇胺與聚羧酸復配使淨漿流動度保持能力顯著下降，但都可以提高水泥早強強度，但是其效果因早強劑種類略有差異，其中三乙醇胺增強作用最明顯。趙明明

［9］

也透過聚羧酸減水劑和早強劑復配研究發現：

NaCl、CaCl

2

、

NaNO

2

、

NaNO

3

等早強劑與聚羧酸復配效能良好，摻入一定量早強劑後，復配體系對新拌混凝土流動性和保塑效能幾乎無不利影響，但都能明顯提高混凝土各齡期強度；而

Na

2

SO

4

、

Na

2

S

2

O

3

復配後會降低流動性和保塑性，但對混凝土則同樣有明顯的增強作用。

結論

雖然聚羧酸系外加劑具有的優異效能已被業界廣泛認可，但由於存在對水泥礦物組成、水泥細度、石膏形態和摻量、外加劑新增量、配合比、用水量以及混凝土拌合工藝具有極高的敏感度，嚴重影響現有產品在工程中的廣泛應用。特別是我國水泥種類繁多，集料質量地區差異很大，往往造成新拌混凝土坍落度損失大，難以保證混凝土的質量。因此不僅需對聚羧酸系減水劑作用機理和應用深入研究，還需從機理和效能上研究其餘其他外加劑之間的相容性和作用機理，以便為復配技術提供理論和試驗依據，從而促進符合實際工程應用的高效能低成本的新產品研發，最終實現加快聚羧酸系減水劑應用和推廣的目的

。