功能型聚羧酸外加劑在混凝土預制構(gòu)件中的應(yīng)用

蘇嘉

（山西省路杰公路工程技術(shù)咨詢有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

高效減水劑是混凝土結(jié)構(gòu)件的一個重要構(gòu)成成分，可以極大程度改善混凝土的工作性能，使混凝土預制構(gòu)件產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及質(zhì)量得到進一步的提升。

目前在混凝土預制構(gòu)件生產(chǎn)過程中，大部分的生產(chǎn)廠家使用的是萘系減水劑，只有小部分的生產(chǎn)廠家使用氨基橫酸鹽作為混凝土減水劑。作為第三代高效減水劑的聚羧酸減水劑產(chǎn)品，在改善混凝土工作性能方面具有獨特的性能優(yōu)勢。例如西卡公司研發(fā)的ViscoCrete 20 HE型聚羧酸系減水劑，該減水劑使得混凝土的早期強度得到了有效的提升，有效縮短了混凝土預制構(gòu)件的蒸汽養(yǎng)護工作時間，不僅生產(chǎn)成本大大降低，而且節(jié)省了能源，促進了混凝土預制構(gòu)件的綠色化發(fā)展。

1 功能型聚羧酸外加劑概述

根據(jù)聚羧酸外加劑主鏈結(jié)構(gòu)的差異，可以將聚羧酸高效減水劑產(chǎn)品分為兩大類型。一類是丙烯酸或者甲基丙烯酸為主鏈結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈為聚醚的聚羧酸高效減水劑產(chǎn)品。另一類是以馬來酸酐為主鏈，側(cè)鏈為聚醚的聚羧酸高效減水劑產(chǎn)品。這兩大類產(chǎn)品的差異就在于其主鏈結(jié)構(gòu)的不同，以這一差異為基礎(chǔ)也延伸出了許多種類的高性能減水劑產(chǎn)品。

在出現(xiàn)聚羧酸外加劑之前，混凝土生產(chǎn)中使用的外加劑主要有木質(zhì)素橫酸鹽類外加劑，萘系外加劑、三聚氰胺甲醛縮聚物等。后來在上世紀八十年代初期，日本首次研發(fā)出了聚羧酸系減水劑，克服了傳統(tǒng)高效減水劑的一些弊端，提高了混凝土預制構(gòu)件摻量、保坍性、收縮率以及分子結(jié)構(gòu)可調(diào)性等性能，杜絕了甲醛在生產(chǎn)過程中的使用。在很多混凝土施工中，萘系等傳統(tǒng)高效混凝土外加劑會受到技術(shù)性能的局限，使其制備的混凝土產(chǎn)品無法滿足工程施工的質(zhì)量需求，目前備受國內(nèi)外關(guān)注的聚羧酸系高性能減水劑產(chǎn)品可以對混凝土的分子結(jié)構(gòu)進行有效的設(shè)計，具有高分散作用，有效提高混凝土的塑化效果，使混凝土保持良好的流動性，提高水泥分子結(jié)構(gòu)的自由度，對混凝土工作性能的改善效果十分顯著，能夠使混凝土有效收縮，降低混凝土中有害物質(zhì)的含量，有效提升混凝土施工的和易性、強度、耐久性。并且聚羧酸系高性能減水劑還具有一定的環(huán)保優(yōu)勢，符合現(xiàn)階段國家提倡的節(jié)能環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的需求。因此，聚羧酸系高性能減水劑也就慢慢發(fā)展成為了混凝土制備首選的外加劑。

有關(guān)報道顯示，日本高性能外加劑的使用中有80%都是聚羧酸系高性能減水劑。北美、歐洲國家的使用占比也達到了50%以上。在我國，聚羧酸系減水劑也有了一定的成果。但是，聚羧酸減水劑產(chǎn)品也存在著一些弊端，比如：在高溫環(huán)境下保坍性會有所下降，對溫度比較敏感，相同種類的聚羧酸外加劑，在不同的季節(jié)施工，混凝土的保坍性差別極大；功能性產(chǎn)品也十分少，超高、超長距離的混凝土泵送施工很難完成；粘度也十分高，在低水膠比混凝土配制過程中，混凝土的粘度如果過高的話，對于施工來說十分不利；對砂石集料的含泥量要求也比較高，有著較強的敏感性，對機制砂的適應(yīng)性也十分差，這些對施工的影響非常大。

2 聚羧酸外加劑的應(yīng)用分析

2.1 在PHC管樁中的應(yīng)用

近幾年里，PHC管樁得到了快速的發(fā)展，是目前高強混凝土制備產(chǎn)品中應(yīng)用極為廣泛的一種產(chǎn)品。該產(chǎn)品在強度等級、承載力以及抗沖擊性能等方面都具有較好的技術(shù)優(yōu)勢。

PHC管樁的生產(chǎn)工藝為：

①將水泥、礦物摻合料、河砂、碎石以及減水劑混合進行攪拌，直至混合均勻，然后再用布料車將其運送到模具中，等待合模離心成型。

②將成型后的混凝土產(chǎn)品，靜置一到兩個小時，然后再將管樁返到90攝氏度的蒸汽中進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為六至八個小時，然后脫模。

③將管樁放置到180攝氏度的蒸壓釜中，進行二次蒸壓養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為四至六個小時，這樣就完成了整個PHC管樁的制作過程。

我國在很長的一段時間里使用的PHC管樁，其制作工藝流程中，采用的都是坍落度為30毫米到50毫米的塑性混凝土，選用的混凝土減水劑也大多是萘系減水劑，這主要是因為萘系減水劑的減水率較高，可以適應(yīng)不同品種的水泥，具有較好的穩(wěn)定性能，并且價格也十分合適。

近幾年來，隨著管樁生產(chǎn)新工藝的不斷發(fā)展，PHC管樁混凝土預制構(gòu)件正在逐步應(yīng)用一些坍落度較高的混凝土產(chǎn)品，開始使用泵送技術(shù)來運輸混凝土，降低施工的強度，提升生產(chǎn)效率，而在這一方面，聚羧酸系減水劑的使用優(yōu)勢要遠遠大于萘系減水劑產(chǎn)品，聚羧酸系減水劑在調(diào)整混凝土構(gòu)件外觀以及控制裂縫等方面有著較好的技術(shù)優(yōu)勢，可以通過選用低引氣以及減縮型的聚羧酸系減水劑來控制這一問題。在不增加膠凝材料的使用量與降低混凝土力學性能的前提下，聚羧酸系減水劑可以很好地取代萘系減水劑的作用，可以確?；炷恋奶涠却笥?60毫米，實現(xiàn)泵送技術(shù)。

PHC管樁混凝土的坍落度和強度指標見表1。

表1 PHC管樁混凝土的坍落度和強度指標

2.2 在地鐵盾構(gòu)管片中的應(yīng)用

混凝土管片是隧道盾構(gòu)技術(shù)中的一個關(guān)鍵構(gòu)成部分，混凝土管片質(zhì)量的好壞與否會對整個隧道的施工質(zhì)量造成直接的影響，就目前而言，影響混凝土管片質(zhì)量的原因主要有兩個。一個是氣泡問題，氣泡過大會使構(gòu)件的外觀受到影響，甚至混凝土管片的抗?jié)B性能下降；另一個是裂縫，裂縫的寬度如果超過0.2毫米，會使混凝土的結(jié)構(gòu)性能與防水性能受到嚴重的影響。

管片生產(chǎn)的效率也是相關(guān)廠家極為關(guān)注的一個問題，管片的生產(chǎn)效率的影響主要是在這兩個階段，一個是混凝土靜置預備蒸汽養(yǎng)護階段，也就是混凝土的收光抹面階段，另一個是混凝土蒸汽養(yǎng)護階段，也就是混凝土強度提升階段。

針對混凝土管片生產(chǎn)過程中存在的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率問題，外加劑生產(chǎn)廠家針對性地開發(fā)出了一種適合管片生產(chǎn)的聚羧酸系減水劑。據(jù)有關(guān)的報道顯示，VIVD早強型聚羧酸系減水劑可以很好地提高混凝土管片制備的減水率，降低含氣量，加快混凝土強度增長的速度，提高混凝土的和易性，使混凝土管片生產(chǎn)中存在的質(zhì)量問題以及效率問題得到有效的解決。

此外，管片在生產(chǎn)的過程中，混凝土澆筑成型后的靜置階段是不能省略的，這是提高混凝土表面外觀質(zhì)量的一個重要步驟，為了確保管片的質(zhì)量，提高生產(chǎn)的效率，通常會通過降低水灰比與減小塌落度的方式來縮短靜置階段的時間，但是這樣一來，混凝土的坍落度就會達不到施工要求，導致提高了施工的難度，甚至是出現(xiàn)管片缺角的問題，VIVD聚羧酸系減水劑可以有效地降低混凝土管片生產(chǎn)的水灰比，將其調(diào)整在0.28到0.31之間，控制其坍落度，確保坍落度在30毫米到70毫米之間。同時還可以有效降低靜置預制預蒸的時間。

3 結(jié)語

在國外混凝土預制構(gòu)件生產(chǎn)中使用的高效減水劑主要有甲醛縮聚物、聚羧酸系減水劑以及小分子減水劑三大類，其中甲醛縮聚物主要由BNS和PMS。

我國的高強度混凝土預制構(gòu)件生產(chǎn)中主要使用的是BNS，對PMS的使用比較少。近幾年來，隨著聚羧酸系減水劑應(yīng)用的不斷推廣，人們對該類型產(chǎn)品的認識也在不斷的提升，聚羧酸系減水劑的使用在混凝土制備領(lǐng)域得到了長遠的發(fā)展。