編制聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的重大意義及其內(nèi)容*

孫振平，吳小琴，羅瓊，姜愛峰，劉樸，劉海峰

(1.同濟(jì)大學(xué)先進(jìn)土木工程材料教育部重點實驗室，上海 200092； 2.上海市浦東新區(qū)建交委，上海 200135；3.上海浦東工程建設(shè)管理有限公司，上海 201203)

2009年12月，國務(wù)院總理溫家寶在哥本哈根氣候變化大會上鄭重承諾：中國決定到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40%～45%。要實現(xiàn)這一承諾，必須加快推進(jìn)我國水泥混凝土工業(yè)節(jié)能減排的步伐，提高混凝土應(yīng)用外加劑的比例。而聚羧酸系減水劑作為繼萘系、密胺系、脂肪族系和氨基磺酸鹽系減水劑之后一種新型高性能減水劑，以其在摻量較低(固體摻量0.15%～0.25%)時就能產(chǎn)生理想的減水和增強(qiáng)效果、大幅度降低混凝土中的水泥用量、提高混凝土對固體廢棄物的利用率，加之生產(chǎn)過程中又不使用甲醛和不排放出廢液等突出特點，在我國混凝土行業(yè)中必將得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。

然而，聚羧酸系減水劑作為一種特殊的外加劑品種，要想規(guī)范、安全、高效地為混凝土實際工程和混凝土行業(yè)的節(jié)能減排服務(wù)，必須編制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，指導(dǎo)其正常的生產(chǎn)和規(guī)范使用。鑒于混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范編制工作正在展開，本文結(jié)合目前國內(nèi)聚羧酸系減水劑的應(yīng)用技術(shù)特點，就聚羧酸系減水劑的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的編制提出作者的觀點，供有關(guān)部門參考。

1 聚羧酸系減水劑的產(chǎn)品檢驗標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)國家和鐵道部有關(guān)規(guī)定，鐵路工程混凝土必須具備高耐久性、高穩(wěn)定性、高保塑性、高強(qiáng)度和高環(huán)保等特性，所以，鐵道部科技司于2006年發(fā)布了《客運專線高性能混凝土用外加劑產(chǎn)品檢驗細(xì)則》，規(guī)定只有經(jīng)各項考核達(dá)標(biāo)的企業(yè)，其產(chǎn)品也經(jīng)檢驗符合該檢驗細(xì)則規(guī)定的各項技術(shù)指標(biāo)時，該產(chǎn)品才可用于客運專線工程。盡管鐵道部的細(xì)則包括13條之多，但并沒有考慮產(chǎn)品的應(yīng)用特性、技術(shù)難題和工程事故時有發(fā)生。2007年，由中國建筑科學(xué)研究院組織編制并頒布了建工部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JGC/T223-2007 聚羧酸系高性能減水劑》[1]，這是國內(nèi)外第一部專門針對聚羧酸系減水劑的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)將聚羧酸系高性能減水劑分為緩凝型(HN)和非緩凝型(FHN)兩類。2008年發(fā)布并于2009年12月開始實施的《GB8076-2008 混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)中也增加了“高性能減水劑”的產(chǎn)品，將其分為標(biāo)準(zhǔn)型(HPWR-S)、早強(qiáng)型(HPWR-A)和緩凝型(HPWR-R)三類[2]。

目前我國聚羧酸系減水劑的產(chǎn)量占減水劑總產(chǎn)量的比例已開始大幅上升。據(jù)統(tǒng)計，2005年我國聚羧酸系減水劑使用量約5萬噸，2006年上升為15萬噸，2007年這一紀(jì)錄被41.3萬噸刷新。這兩年高鐵和城市地鐵的大規(guī)模建設(shè)投資更大，2008年和2009年聚羧酸系減水劑的用量已分別超過80萬噸和120萬噸，增幅十分顯著。

盡管聚羧酸系減水劑用量很大，但其在工程應(yīng)用中的具體表現(xiàn)卻并不盡如人意。究其原因，是缺少對其應(yīng)用特性歸納分析基礎(chǔ)上制定的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。

2 聚羧酸系高性能減水劑在工程應(yīng)用中的技術(shù)特點

筆者根據(jù)這些年聚羧酸系減水劑的實際應(yīng)用情況，將其技術(shù)特點歸納為以下幾點：

（1）混凝土減水率與凈漿流動度、砂漿減水率關(guān)系不密切

聚羧酸系減水劑在混凝土中的減水率測試結(jié)果與其凈漿流動度、砂漿減水率之間的關(guān)系不密切，這一點對工程中常用凈漿流動度或/和砂漿減水率評價減水劑的減水率的做法提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

（2）混凝土坍落度保持性與凈漿流動度保持性關(guān)系不密切

坍落度保持性是聚羧酸系減水劑的一項重要的技術(shù)指標(biāo)。為簡便起見，許多混凝土攪拌站通過測定摻聚羧酸系減水劑的凈漿流動度的保持性，來間接考查混凝土的坍落度保持性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們之間不存在對應(yīng)性。

（3）混凝土抗壓強(qiáng)度比與減水率之間的關(guān)系不甚密切

所有減水劑的抗壓強(qiáng)度比測試結(jié)果與減水率并不呈正比關(guān)系，其原因在于減水劑通常有一定的引氣性，不同減水劑的引氣量不同，而即使引氣量相同，氣泡結(jié)構(gòu)也有很大差異。此外，減水劑中活性基團(tuán)、游離的離子不同，這些因素對水泥水化進(jìn)程均有不同程度的影響，因而會影響混凝土的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。

（4）減水增強(qiáng)效果對混凝土原材料和配合比的依賴性大

聚羧酸系減水劑在較低摻量情況下就具有較好的減水效果，其減水率比其它品種減水劑大得多。但必須注意的是，與其它減水劑相比，聚羧酸系減水劑的減水效果與試驗條件的關(guān)系更大?；炷林屑系念w粒級配以及砂率，對聚羧酸系減水劑的塑化效果影響也非常大。另外，聚羧酸系減水劑和其它減水劑一樣，“減水率”還取決于攪拌工藝，如果采用手工拌合，測得的“減水率”往往比機(jī)械攪拌低2～4個百分點。

（5）減水效果對減水劑摻量的依賴性很大

聚羧酸系減水劑的作用效果對其摻量十分敏感，使用時只有達(dá)到它的飽和摻量，才能起到良好的減水效果，摻量過大則會引起離析、泌水而使減水、增強(qiáng)效果下降。

（6）所配制的混凝土拌合物的性能對用水量十分敏感

當(dāng)使用萘系減水劑、木質(zhì)素磺酸鹽減水劑配制混凝土?xí)r，一般用水量增加10～15 kg/m3，混凝土拌合物不會出現(xiàn)泌水、離析現(xiàn)象。而采用聚羧酸系減水劑制備的混凝土拌合物，其性狀對用水量十分敏感。有時用水量即使增加1～3kg/m3，混凝土拌合物便立刻嚴(yán)重泌水，采用這種拌合物絕對無法保證澆注體的均勻性，而易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物表面出現(xiàn)麻面、起砂、孔洞等難以接受的缺陷，且結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度和耐久性嚴(yán)重下降。

（7）所配制混凝土的和易性同時依賴于減水劑摻量和用水量

現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，采用聚羧酸系減水劑配制的混凝土，其和易性同時依賴于減水劑摻量和用水量，若減水劑摻量稍高，可能用水量減少了一些，但卻容易出現(xiàn)扒底、露石，且坍落度損失迅速，此時只要稍微減少減水劑用量而增加部分水就可以解決問題。

（8）所配制的大流動性混凝土容易分層離析

大部分情況下，采用聚羧酸系減水劑配制的大流動性混凝土，即使減水劑摻量、用水量控制都是最佳的，混凝土拌合物也不泌水，但卻非常容易出現(xiàn)分層、離析現(xiàn)象，具體的表現(xiàn)是粗集料全部下沉，而砂漿或凈漿位于集料的上部。采用這種混凝土拌合物進(jìn)行澆注，即使不振動，分層、離析也明顯存在。所以，采用聚羧酸系減水劑配制清水混凝土、自密實混凝土絕非易事。

（9）與其它品種減水劑的相溶性很差，甚至無疊加的作用效果

傳統(tǒng)的減水劑，如木質(zhì)素磺酸鹽減水劑、萘系高效減水劑、密胺系高效減水劑、脂肪族系高效減水劑以及氨基磺酸鹽高效減水劑，完全可以任何比例復(fù)合摻加，以滿足不同工程的特殊配制要求，或獲得更好的經(jīng)濟(jì)性。這些減水劑復(fù)配使用都能得到疊加的(大多數(shù)情況下優(yōu)于單摻)使用效果，且這些減水劑的溶液都可以互溶(除了木質(zhì)素磺酸鹽減水劑與萘系減水劑互溶產(chǎn)生部分沉淀但并不影響使用效果外)。但聚羧酸系減水劑與其它品種減水劑復(fù)合使用，卻不易得到疊加的效果，且聚羧酸系減水劑溶液與其它品種減水劑溶液的互溶性本身就很差。筆者對這一問題的研究結(jié)果表明[3]：

1）從溶液的互溶性來看，聚羧酸系減水劑與密胺系減水劑或脂肪族系減水劑溶液不能復(fù)配在一起摻加，而不考慮復(fù)合使用效果的情況下，聚羧酸系減水劑存在與木質(zhì)素磺酸鹽、萘系、氨基磺酸鹽系減水劑復(fù)配使用的可能性。

2)從復(fù)合摻加后的疊加效果來看，聚羧酸系減水劑與木質(zhì)素磺酸鹽減水劑和脂肪族系減水劑存在復(fù)合摻加使用的可能性，但由于聚羧酸系減水劑與脂肪族系減水劑不互溶，實際上聚羧酸系減水劑只能與木質(zhì)素磺酸鹽減水劑進(jìn)行復(fù)配。

（10）與常用改性組分的相容性較差

目前關(guān)于對減水劑的復(fù)配改性技術(shù)措施，基本上都是建立在對木質(zhì)素磺酸鹽系、萘系高效減水劑等傳統(tǒng)減水劑改性措施的基礎(chǔ)上的。試驗證明，過去的改性技術(shù)措施并不一定適合于聚羧酸系減水劑，如對萘系減水劑進(jìn)行改性的緩凝成分中，檸檬酸鈉就不適合聚羧酸系減水劑，它不僅起不到緩凝作用，反而有可能促凝，且檸檬酸鈉溶液和聚羧酸系減水劑的互溶性也很差。再者，許多品種的消泡劑、引氣劑和增稠劑也不適合于聚羧酸系減水劑。

3 關(guān)于聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的討論

由于聚羧酸系減水劑存在以上技術(shù)特點和應(yīng)用難題，工程中不能簡單地參照《GB50119-2003 混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[4]中的高效減水劑條目指導(dǎo)應(yīng)用，必須盡快編制專門的聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范。下面是作者對該規(guī)范編制的一些初步看法：

（1）根據(jù)工程實際的需求，聚羧酸系減水劑可分為標(biāo)準(zhǔn)型、緩凝型、超緩凝型、引氣型和早強(qiáng)型五類。

目前，早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑已開始有較成熟的產(chǎn)品，為推進(jìn)其在預(yù)制混凝土中的應(yīng)用，增加這一產(chǎn)品類別是比較有利的。而引氣型產(chǎn)品則適合于對抗凍融循環(huán)性要求高的混凝土工程。因為聚羧酸系減水劑產(chǎn)品的引氣量測試值從1%到10%甚至10%以上，變化范圍很大，所以建議這項規(guī)定，以便將它們區(qū)分開來。

根據(jù)形態(tài)，聚羧酸系減水劑有水溶液和粉劑兩類。

（2）關(guān)于產(chǎn)品類別的選擇，應(yīng)作如下規(guī)定：

1) 聚羧酸系減水劑產(chǎn)品類別的選擇應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計和施工要求選擇，通過試驗及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的比較確定。

2) 嚴(yán)禁使用對人體產(chǎn)生危害、對環(huán)境產(chǎn)生污染的聚羧酸系減水劑。

3) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土所用水泥，宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥，并應(yīng)采用合適的摻量檢驗外加劑與水泥的適應(yīng)性，符合要求方可使用。

4) 摻聚羧酸系減水劑的混凝土所用摻合料，宜采用礦渣粉、粉煤灰、硅灰、石灰石粉以及它們的復(fù)合產(chǎn)品等，并應(yīng)檢驗外加劑與摻合料的適應(yīng)性，符合要求方可使用。

5) 摻外加劑混凝土所用材料如水泥、砂、石、摻合料、外加劑均應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。試配摻聚羧酸系減水劑的混凝土?xí)r，應(yīng)采用工程使用的原材料，檢測項目應(yīng)根據(jù)設(shè)計及施工要求確定，檢測條件應(yīng)與施工條件相同，當(dāng)工程所用原材料或混凝土性能要求發(fā)生變化時，應(yīng)再進(jìn)行試配試驗。

6) 嚴(yán)禁在工地現(xiàn)場不經(jīng)檢驗，將聚羧酸系減水劑與其它品種外加劑復(fù)配在一起使用。

（3）關(guān)于產(chǎn)品的檢驗，應(yīng)作如下規(guī)定：

1) 聚羧酸系減水劑進(jìn)場時，必須提供以下技術(shù)文件：產(chǎn)品說明書，并應(yīng)標(biāo)明產(chǎn)品類別及其主要成分；出廠檢驗報告及合格證；摻外加劑混凝土性能檢驗報告；產(chǎn)品應(yīng)用范圍及特性等。

2) 聚羧酸系減水劑運到工地（或混凝土攪拌站）應(yīng)立即取代表性樣品進(jìn)行檢驗。

3) 檢驗所用材料如水泥、砂、石、摻合料均應(yīng)為工程取樣材料，且應(yīng)符合國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。檢驗采用的混凝土配合比、檢測條件應(yīng)與施工條件相同，當(dāng)工程所用原材料或混凝土性能要求發(fā)生變化時，應(yīng)再進(jìn)行檢驗。

（4）生產(chǎn)混凝土?xí)r，聚羧酸系減水劑的計量要求如下：

聚羧酸系減水劑應(yīng)用時，應(yīng)嚴(yán)格計量，配料控制系統(tǒng)標(biāo)識應(yīng)清楚、計量應(yīng)準(zhǔn)確，計量誤差不應(yīng)大于外加劑用量的1%。

（5）關(guān)于產(chǎn)品的復(fù)配使用，應(yīng)該作強(qiáng)制性的規(guī)定：

1) 除木質(zhì)素系減水劑和膨脹劑外，不應(yīng)將聚羧酸系減水劑與其它品種外加劑復(fù)配使用。

2) 當(dāng)與其它品種外加劑復(fù)合使用時，必須密切注意它們的相容性及對混凝土性能的影響，并進(jìn)行嚴(yán)格的試驗進(jìn)行復(fù)配效果的評價，滿足要求方可使用。

（6）聚羧酸系減水劑的運輸與貯存應(yīng)滿足如下要求：

1) 聚羧酸系減水劑的輸送、運輸和貯存不得采用鐵制材料(不銹鋼除外)，而應(yīng)采用塑料、玻璃等材質(zhì)。

2) 產(chǎn)品運輸、貯存過程中防止水分蒸發(fā)和遭受污染。

（7）聚羧酸系減水劑可以采用后摻法或二次添加法，但應(yīng)作如下規(guī)定：

《GB50119-2003 混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)摻加泵送劑的混凝土從預(yù)拌混凝土廠運送至澆注現(xiàn)場，可能由于路途遙遠(yuǎn)、堵車或等待澆注的時間過長，混凝土坍落度損失過大，以致于不適于泵送或澆注施工時，可以采用二次添加泵送劑的方法，將一定量泵送劑摻入混凝土運輸攪拌車中快速運轉(zhuǎn)，至攪拌均勻，測定坍落度符合要求后進(jìn)行泵送和澆注。

摻加聚羧酸系減水劑的混凝土，因不可預(yù)測的原因造成其坍落度損失過大時，也可以采用二次添加減水劑的方法，恢復(fù)混凝土的流動性，以免造成混凝土拌合物的浪費。但是由于混凝土拌合物性能對聚羧酸系減水劑的摻量相當(dāng)敏感，一旦過量很易造成離析、泌水，甚至分層。實際施工時，關(guān)于聚羧酸系減水劑二次添加與否、二次添加的數(shù)量等，應(yīng)遵照專家意見，并進(jìn)行嚴(yán)格試驗，充分驗證其可行性后方可進(jìn)行。

（8）關(guān)于混凝土的振搗，也應(yīng)作嚴(yán)格規(guī)定。

由于摻加聚羧酸系減水劑制備的混凝土坍落度一般較大，再加上拌合物粘度較低，所以混凝土拌合物澆注后的振搗半徑和振搗時間應(yīng)通過試驗確定，或應(yīng)聽從專家指導(dǎo)。振搗半徑過小，或振搗時間過長，都很易造成混凝土含氣量嚴(yán)重下降、集料相與漿體相嚴(yán)重分層等結(jié)構(gòu)缺陷。

（9）關(guān)于混凝土的初期養(yǎng)護(hù)，更應(yīng)引起注意。

從本文所參考的標(biāo)準(zhǔn)都可看出，聚羧酸系減水劑對混凝土干縮性能影響較小，或者說摻加聚羧酸系減水劑不過分增加混凝土的干縮。但這決不代表摻加聚羧酸系減水劑的混凝土可以放松甚至取消養(yǎng)護(hù)。

與摻加其它外加劑的混凝土一樣，摻加聚羧酸系減水劑的混凝土澆注振搗密實后的表面二次抹壓、薄膜覆蓋或噴霧等，對防止其塑性收縮裂縫非常有效。而連續(xù)的7d或14d的保濕養(yǎng)護(hù)則不僅是混凝土強(qiáng)度正常增長的需要，也是防止其干燥收縮裂縫的保障。

（10）其它方面。

關(guān)于產(chǎn)品的檢驗，應(yīng)堅決取消凈漿流動度和砂漿減水率，避免這些試驗結(jié)果的誤導(dǎo)作用，并應(yīng)增加混凝土減水率與抗壓強(qiáng)度比的結(jié)合。

另外，是否對摻聚羧酸系減水劑混凝土原材料中砂、石的含泥量作進(jìn)一步限制，是否對粉煤灰的燒失量作進(jìn)一步限制，尚需大量的驗證試驗。

4 結(jié)語

對任何一項新產(chǎn)品，其應(yīng)用技術(shù)規(guī)程都是十分重要的。即使當(dāng)前有不成熟的地方，今后還會很快被修訂。廣大工程應(yīng)用單位希望聚羧酸系減水劑的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范能盡快編制發(fā)行。

[1]JG/T223-2007.聚羧酸系高性能減水劑[S].中華人民共和國建設(shè)部發(fā)布，2007.8.

[2]GB8076-2008.混凝土外加劑[S].中國人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布，2008.

[3]孫振平，蔣正武，王建東.聚羧酸系減水劑與其他減水劑復(fù)配性能的研究[J].建筑材料學(xué)報，2008，11(5)，585-590[4]GB50119-2003.混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].中華人民共和國建設(shè)部發(fā)布，2003.9.1