鐵路混凝土用聚羧酸減水劑性能試驗(yàn)研究

韓侃， 牛迎國(guó)， 朱兆榮，3， 王偉星

（1. 中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000；2. 甘肅環(huán)通工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，甘肅蘭州 730000；3. 青海省凍土與環(huán)境工程重點(diǎn)試驗(yàn)室，青海格爾木 816000）

混凝土常用聚羧酸減水劑，具有減水率高、保坍性好、無(wú)氯、無(wú)氨、低堿、無(wú)三廢排放、對(duì)人體健康不構(gòu)成威脅且分子結(jié)構(gòu)可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)。聚羧酸減水劑按主、側(cè)鏈橋接基團(tuán)差異主要分為醚類和脂類2 種。脂類減水劑發(fā)展應(yīng)用較早，分子鏈短、保坍效果差、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，只有個(gè)別公司生產(chǎn)；醚類減水劑生產(chǎn)簡(jiǎn)單方便，配方工藝技術(shù)提高迅速，初期減水率就達(dá)到或超過(guò)脂類減水劑，已涌現(xiàn)出一批較高質(zhì)量、類型多樣的醚類減水劑品種。目前，各外加劑企業(yè)廣泛采用醚類工藝配方，并不斷改進(jìn)產(chǎn)品性能，在各種工程中廣泛地使用［1］。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和高速鐵路建設(shè)，大體積、高泵程混凝土的施工越來(lái)越多，拌合站對(duì)摻聚羧酸減水劑混凝土的流動(dòng)性、保持性提出更高要求。從生產(chǎn)工藝、品種、特性、適宜應(yīng)用領(lǐng)域和現(xiàn)場(chǎng)管理等方面闡述聚羧酸減水劑的性能特點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，為聚羧酸減水劑在混凝土工程中的正確使用提供借鑒。

1 質(zhì)量影響因素

（1）供應(yīng)合同價(jià)格。價(jià)格合理是供應(yīng)廠家配置較好技術(shù)及資源的基礎(chǔ)，質(zhì)量問(wèn)題通常是低價(jià)中標(biāo)導(dǎo)致。企業(yè)為了自身利益提高摻量（加膠凝材料和水來(lái)解決混凝土強(qiáng)度問(wèn)題），或以次充好，給工程施工和工程實(shí)體帶來(lái)較多隱患。

（2）原料質(zhì)量和穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)馗鞣N原材料的價(jià)格、質(zhì)量、穩(wěn)定性、供應(yīng)能力等都影響聚羧酸減水劑成本，如部分集團(tuán)公司沒(méi)有對(duì)項(xiàng)目的具體材料情況進(jìn)行調(diào)查，評(píng)標(biāo)方法偏差，導(dǎo)致成本價(jià)高于中標(biāo)價(jià)，廠家以次充好。

（3）母液和復(fù)配。某鐵路建設(shè)由于現(xiàn)場(chǎng)地材不穩(wěn)定，不能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)變化，曾試行過(guò)由聚羧酸減水劑生產(chǎn)廠家直供。但因距離較長(zhǎng)，增加運(yùn)輸成本，不能實(shí)施推廣。聚羧酸減水劑廠家就近復(fù)配仍然為供應(yīng)項(xiàng)目的優(yōu)選措施，但人員技術(shù)能力、母液質(zhì)量都會(huì)對(duì)聚羧酸減水劑的配制產(chǎn)生影響［2］，復(fù)配廠需要全方位監(jiān)管，提高技術(shù)人員素質(zhì)，精準(zhǔn)計(jì)量復(fù)配大貨；施工單位要對(duì)質(zhì)量嚴(yán)格把控，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

（4）工程實(shí)施偏差。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及鐵路標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于混凝土拌合物中的減水劑、水泥、砂、石等材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都有詳細(xì)規(guī)定。由于技術(shù)人員對(duì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的表述不能準(zhǔn)確理解，在實(shí)際工作中會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。如施工項(xiàng)目上批準(zhǔn)的配合比叫做“理論配合比”，而真正要生產(chǎn)時(shí)是“現(xiàn)場(chǎng)配合比”，技術(shù)人員要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料的變化有所調(diào)整才能生產(chǎn)出合格的混凝土拌含物。

2 聚羧酸減水劑性能試驗(yàn)

聚羧酸減水劑的性能試驗(yàn)分為本體性能試驗(yàn)和應(yīng)用性能試驗(yàn)2 個(gè)部分。通過(guò)對(duì)在建5 條鐵路試驗(yàn)檢測(cè)和調(diào)研發(fā)現(xiàn)，本體性能試驗(yàn)結(jié)果一致性較好，而應(yīng)用性能試驗(yàn)結(jié)果吻合度稍差。本體性能試驗(yàn)按照GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中提供的方法與查質(zhì)量證明文件的方式進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)地點(diǎn)及人員差異對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較小，僅含固量［3］測(cè)試值略有波動(dòng)。

聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)室很難檢測(cè)其分子結(jié)構(gòu)評(píng)判其應(yīng)用性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，主要按照GB 8076—2008《混凝土外加劑》［4］中提供的方法，通過(guò)拌合混凝土性能間接表征。從聚羧酸減水劑抽檢結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，不同批次的混凝土原材料對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用性能試驗(yàn)結(jié)果影響較大。

2.1 原材料對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用性能影響

在鐵 路 建設(shè)項(xiàng)目（YX-1、YX-2、ZL-1、LL-1、KG-2）中，隨機(jī)抽取3 種聚羧酸減水劑產(chǎn)品，混凝土原材料（水泥、砂、石、水）按照GB 8076—2008《混凝土外加劑》要求進(jìn)行聚羧酸減水劑應(yīng)用性能試驗(yàn)；按照TB 10424—2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》［5］中“標(biāo)準(zhǔn)型高性能減水劑的性能指標(biāo)”進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用不同工程原材料的聚羧酸減水劑應(yīng)用性能試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同工程原材料的聚羧酸減水劑應(yīng)用性能試驗(yàn)結(jié)果 %

PCE-1#采用同一混凝土配合比、不同混凝土原材料、在同一間實(shí)驗(yàn)室由相同的試驗(yàn)人員操作，混凝土拌合物性能試驗(yàn)第1 組數(shù)據(jù)全部合格；第2 組數(shù)據(jù)除含氣量指標(biāo)外，其他檢測(cè)項(xiàng)目均不合格。PCE-2#采用同一混凝土配合比、相同混凝土原材料、在不同實(shí)驗(yàn)室由不同試驗(yàn)人員操作，混凝土拌合物性能試驗(yàn)第1組數(shù)據(jù)只有減水率合格，其他指標(biāo)一定程度超限，而第2組數(shù)據(jù)全部合格。PCE-3#采用同一混凝土配合比、不同混凝土原材料、在不同實(shí)驗(yàn)室由不同試驗(yàn)人員操作，現(xiàn)場(chǎng)混凝土拌合物性能試驗(yàn)2組數(shù)據(jù)均全部合格，但測(cè)試結(jié)果相差較大。

由表1可知，原材料對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用性能影響較大，實(shí)驗(yàn)室和人員操作對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用性能影響較小。

2.2 水泥用量對(duì)混凝土含氣量影響

混凝土配和比要根據(jù)減水劑的種類和水泥用量來(lái)確定，GB 8076—2008《混凝土外加劑》規(guī)定“高性能減水劑測(cè)試時(shí)水泥用量為360 kg/m3，高效減水劑及普通減水劑測(cè)試時(shí)水泥用量為330 kg/m3”。而實(shí)際工程混凝土中水泥用量會(huì)偏大，隨著水泥總量的增加，混凝土的黏聚性會(huì)提高，內(nèi)部的氣泡聚并、上浮、散逸較困難，含氣量受較大影響［6］。

改變聚羧酸減水劑檢測(cè)混凝土配合比中水泥用量［7］，保持混凝土用水量不變，測(cè)試摻PCE-3#聚羧酸減水劑的混凝土含氣量變化（見表2）。隨著水泥用量的增加，摻聚羧酸減水劑的混凝土含氣量呈逐漸增大趨勢(shì)，所以水泥用量的波動(dòng)會(huì)間接影響摻聚羧酸減水劑的混凝土含氣量。

表2 不同水泥用量下?lián)絇CE-3#聚羧酸減水劑的混凝土含氣量

2.3 骨料含泥量對(duì)混凝土減水率影響

通過(guò)外摻黏土的方式調(diào)整細(xì)骨料含泥量，并按照GB 8076—2008《混凝土外加劑》方法測(cè)試摻PCE-3#聚羧酸減水劑的混凝土在不同含泥量下的減水率（見表3）。隨著細(xì)骨料含泥量的增加，聚羧酸減水劑減水率呈下降趨勢(shì)［8］，細(xì)骨料含泥量超過(guò)2.4%后，PCA-3#聚羧酸減水劑的減水率不能滿足鐵路工程建設(shè)用高性能減水劑的要求。隨骨料進(jìn)入混凝土拌合物中的黏土吸附聚羧酸減水劑，造成減水劑不能有效地分散水泥顆粒，宏觀表現(xiàn)為聚羧酸減水劑的減水率下降［9］，所以骨料含泥量波動(dòng)會(huì)間接影響聚羧酸減水劑混凝土減水率。

表3 不同含泥量下?lián)絇CE-3#聚羧酸減水劑的混凝土減水率%

2.4 骨料含氣量對(duì)混凝土含氣量影響

測(cè)試3種不同含氣量的骨料對(duì)摻PCE-3#聚羧酸減水劑的混凝土含氣量影響（見表4）。隨骨料含氣量的增加，摻聚羧酸減水劑的混凝土含氣量呈下降趨勢(shì)，所以骨料含氣量的波動(dòng)會(huì)間接影響摻聚羧酸減水劑的混凝土含氣量。

表4 骨料不同含氣量下?lián)絇CE-3#聚羧酸減水劑的混凝土含氣量 %

2.5 骨料種類對(duì)混凝土28 d抗壓強(qiáng)度比影響

卵石與碎石是土建工程應(yīng)用量最大的2 類粗骨料，不同種類骨料下?lián)絇CE-3#聚羧酸減水劑的混凝土28 d抗壓強(qiáng)度比見表5。同一聚羧酸減水劑采用卵石粗骨料時(shí)，其28 d 抗壓強(qiáng)度比測(cè)試值較碎石粗骨料降低6%，所以不同粗骨料類型會(huì)影響摻聚羧酸減水劑的混凝土28 d抗壓強(qiáng)度比。

表5 不同種類骨料下?lián)絇CE-3#聚羧酸減水劑的混凝土28 d抗壓強(qiáng)度比 %

3 結(jié)論

根據(jù)不同產(chǎn)地、不同材料對(duì)比檢測(cè)的結(jié)果分析，混凝土原材料波動(dòng)對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用性能測(cè)試值有較大影響。為保證聚羧酸減水劑檢測(cè)結(jié)果，需加強(qiáng)檢測(cè)用混凝土原材料的穩(wěn)定性控制，并根據(jù)實(shí)際原材料品質(zhì)針對(duì)性的調(diào)整聚羧酸減水劑成分，使減水劑性能滿足設(shè)計(jì)、施工要求、成為混凝土質(zhì)量保障的調(diào)節(jié)劑。

（1）對(duì)減水劑行業(yè)的準(zhǔn)入門檻要適當(dāng)提高，減少市場(chǎng)惡意競(jìng)爭(zhēng)，從源頭保證減水劑質(zhì)量的可靠穩(wěn)定。

（2）復(fù)配廠的人員技術(shù)能力和母液質(zhì)量都會(huì)對(duì)減水劑配制產(chǎn)生影響，提高各方技術(shù)人員素質(zhì)，把好母液質(zhì)量關(guān)才能確保減水劑質(zhì)量。

（3）不同原材料對(duì)減水劑應(yīng)用性能的影響較大，加強(qiáng)對(duì)混凝土各種原材料質(zhì)量檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存管理。

（4）技術(shù)人員要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)聚羧酸減水劑的成分進(jìn)行調(diào)整，滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。