聚羧酸高性能减水剂应用中的问题综述

2 掺合料、骨料对聚羧酸高性能减水剂应用效果的影响
试 验 证实，聚羧酸高性能减 水剂对粉 煤 灰的品种选择 十 分敏感。使用Ⅰ级灰效果较好，当使用Ⅱ级灰或Ⅲ级灰时混凝 土流动性较差。有时甚至会失去流动性。这主要是烧失量较高 的Ⅱ级、Ⅲ级粉煤灰碳含量较大，碳粒子对外加剂的吸附量大， 从而降低了外加剂对水泥的吸附，影响了混凝土流动性。我们 曾试验在采用Ⅲ级粉煤灰时，将聚羧酸高性能减水剂的掺量增 大 50% 以上，才能达到掺用一级粉煤灰时的减水率，而在使 用脂肪族类高效减水剂时虽然含碳量对减水率也有影响，但只 需增加 20% 即可达到设计减水率，见表 1。
表 1 两种减水剂使用不同粉煤灰达到一定减水率时的掺用量
减水剂品种
Ⅰ级灰减水率 18% 时外 Ⅲ级灰减水率 18% 时 加剂掺用量（%） 外加剂掺用量（%）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
聚羧酸高性能减水剂
0.2（干品）
0.32
脂肪族高效减水剂
0.34（干品）
0.41
试 验 也 发 现， 在 使 用火山灰 或 火山灰 水泥 时， 掺聚羧 酸 高性能 减 水剂减 水效 果 较 差。 骨 料对聚羧 酸高性能 减 水剂使
研究也发现聚羧酸高性能减水剂产生气泡与它大幅度降 低水的表面张力有关。萘系减水剂不引气是由于它对表面张力 影响较小，而木钠大量引气也是由于它显著的降低了液相的表 面张力。如果采用一种能提高表面张力的化合物应该有一定的 抑泡效果。目前日本、德国都研制了多种能明显提高液相表面
5 聚羧酸高性能减水剂与其它外加剂的相容性
由于聚羧酸高性能减水剂对水泥浆溶液中的离子类型和 浓度不敏感，较长的侧链不易被水泥水化物覆盖，因此能较长 时间发挥其分散性，它对多种水泥适应性好于萘系等高效减水 剂。但这只是相对而言，我们曾在江苏、上海收集到十五种在 该地区使用较多的水泥，用于做对比聚羧酸高性能减水剂和萘 系高效减水剂的适应性试验，试验结果发现萘系不适应水泥的 占 20%，而聚羧酸高性能减水剂也有 13% 对水泥不适应。这 就说明聚羧酸高性能减水剂同样存在水泥适应性的问题，并非
当然混凝土适量引气可改善混凝土流动性，可泵性，保 水性及耐久性。但过量引气对混凝土不但达不到上述改善目标， 混凝土强度反而会由于含气量过高而降低，主要是这些气泡 泡径过大，同时又因掺聚羧酸高性能减水剂的混凝土一般较为 粘稠，这些气泡在施工中很难通过振捣来排除，使混凝土表 面产生较多的蜂窝状麻面，影响了混凝土的外观。
聚羧酸高性能减水剂对混凝土用水量十分敏感。广州某 工程在配制 C50 混凝土时原设计水灰比为 0.34%，试验发现流 动性不好，将水灰比调整为 0.35%，用水量每 m3 只增加了几公 斤。虽然坍落度增大了，却又出现大量泌水甚至有点离析，影 响了混凝土的整体匀质性。后经增用少量保水剂才解决，这就 给施工单位带来了不少麻烦。
而上述影响因素在使用聚羧酸高性能减水剂时也同样存 在，更重要的问题是水泥中硫酸根离子含量对聚羧酸高性能减 水剂的应用效果影响极大。这主要是大量的硫酸根离子与聚羧 酸高性能减水剂分子对水泥粒子争相吸附，减少了聚羧酸高性 能减水剂的吸附量，因此当水泥中硫酸盐含量较高时聚羧酸高 性能减水剂减水功能会急剧下降，一定时间后又会出现大量泌 水。也有人认为当水中硫酸根离子大量存在时会使聚羧酸高性 能减水剂中的 EO 链收缩，进而会减弱了 EO 链的体积排斥效应。 上述高硫酸盐含量的水泥中掺入萘系高效减水剂却因三氧化硫 抑制了 C3A 的水化，混凝土保坍性会得到改善。
[ 摘要 ] 聚羧酸高性能减水剂虽然具有极好的减水增强性能，较好的保坍性能，较低的收缩率，但施工实践发现，该产品却存在 比常用高效减水剂更难掌握的应用技术问题。如对水泥的适应性、与其它外加剂的相容性、过量的引气、对混凝土用水量及骨料 中含泥率的敏感性。只有掌握产生上述问题的规律，正确应用才能取得更好的技术经济效益。 [ 关键词 ] 聚羧酸高性能减水剂 ；适应性 ；相容性 ；引气性
近年来，我们调查了我公司及上述三地共六个品种聚羧酸 系列高性能减水剂产品的应用情况，并同时进行了长时间的应 用试 验， 试 验 发现， 聚羧 酸高性能 减 水剂虽然 具 有极 好的减 水增强性能，较好的保坍性能及较低的收缩率，但并非只要掺 用了此类产品就能取得好的技术经济效益，它的应用技术比常 用高效减水剂更复杂，使用不当不但达不到预期的技术效果， 甚至会出现工程事故。现将我们收集到的聚羧酸高性能减水剂 在应用中的问题综述如下。
目前虽然有不引气的聚羧酸高性能减水剂产品研制成功 的报道，但笔者一直未见到实物，故目前最好的解决办法仍是 掺消泡剂。
从表面活性剂的作用机理分析，凡是有消泡作用的化合物 应该是不溶于水的，如常用硅油消泡剂，由于此类产品与聚羧 酸高性能减水剂互相不能相溶，消泡剂一般都只能飘浮在液体 表面，因此不能作为聚羧酸高性能减水剂的消泡剂使用。
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2010 年第 6 期
商品混凝土 Beton Chinese Edition ——Ready-mixed Concrete
综述评论
外加剂品种掺量 萘系 0.7%
脂肪族高效 0.4% 聚羧酸高性能 0.22%
表 2 含泥率对不同减水剂流动性能的影响
含泥率 0.5% 坍落度（cm） 18 18 19
聚羧酸高性能减水剂与葡萄糖酸钠及糖类缓凝剂能相容， 与多种磷酸盐及柠檬酸缓凝剂不能相容。常用减水剂与缓凝剂 复配后混凝土减水率会随着缓凝剂用量的增加而增大，而在 聚羧酸高性能减水剂中掺入缓凝剂后混凝土坍落度却随着缓 凝剂的掺量增加而降低，表 3 为萘系高效减水剂与聚羧酸高性 能减水剂在调整葡萄糖酸钠掺量后混凝土坍落度变化情况。
混凝土砂率也会影响聚羧酸高性能减水剂应用效果。在 使用常用高效减水剂时，适当增大砂率，混凝土流动性有所改 善，而当掺用聚羧酸高性能减水剂时砂率越大混凝土流动性却 越差。
4 聚羧酸高性能减水剂的引气性
聚羧酸高性能减水剂产品主链都含有羧基吸附基因，而支 链上多接有大量聚醚侧链以提供空间位阻作用，而聚醚多具有 引气性。由于不同厂家所采用的生产工艺及原材料分子量差别 极大，引气量差别也较大。从我们所测试的几种聚羧酸高性能 减水剂产品看，引气量最低的只有 3% 左右，最高为 6%，有些 产品甚至达 8%。
脂肪族高效减水剂是目前国产高效减水剂中性价比最高的 产品，试验发现当脂肪族高效减水剂中掺入少量聚羧酸高性能 减水剂后，混凝土减水率增大，保坍性能提高，含气量也不高， 还改善了脂肪族高效减水剂易泌水的缺陷，聚羧酸高性能减水 剂与脂肪族高效减水剂的复配比例应通过实验确定。
木钠减水剂与聚羧酸高性能减水剂可以相溶。我们试验 的国产木钠及俄罗斯进口木钠与聚羧酸高性能减水剂复配使用 后减水率增大，保坍性能较好，更可喜的是虽然木钠引气量也 较大，但与聚羧酸高性能减水剂复合使用后未见含气量比单一 使用聚羧酸高性能减水剂增加，形成了 1+1<2 的效果。复配产 品保水性好于掺保水剂者，至今未见有掺用该产品混凝土出现 过泌水现象。
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2010 年第 6 期
掺 0.12% 24 25
酸盐类早强剂会大幅度降低混凝土早期流动性，一定时间后更 会出现大量泌水。试验发现，三乙醇胺与聚羧酸高性能减水剂 相溶性较好，并能有效提高混凝土早期强度。采用硫氰酸钠与 三乙醇胺同掺效果最佳。
当混凝土需要一定含气量时，在聚羧酸高性能减水剂中， 可以掺入少量消泡（抑泡）剂后再同掺引气剂，目前国内使用 较多的松香热聚物引气剂及三萜皂苷与聚羧酸高性能减水剂不 能 相 溶， 而使 用脂肪 醇 硫 酸 酯或 聚醚 复合型引气 剂应 用效 果 较好。
为进一步改善聚羧酸高性能减水剂的性能，降低使用成 本，最好将聚羧酸高性能减水剂与其它外加剂复配使用，目前 的问题是多数外加剂与聚羧酸高性能减水剂不能相容，表现为 产品不能互溶或互溶后无叠加效应，有时会使聚羧酸高性能减 水剂的流动性或保坍性降低，还有的会增大混凝土的泌水离析。
聚羧酸高性能减水剂与萘系高效减水剂，蒽系高效减水剂 及氨基磺酸盐高效减水剂完全不能相溶，与三聚氰胺高效减水 剂按一定比例尚可相溶。只有与脂肪族高效减水剂相溶性较好。
3 水灰比及混凝土配合比对聚羧酸高性能减水剂使用 效果的影响
张力的消泡剂，用于聚羧酸高性能减水剂中抑泡效果较好。我 公司最近也研制成功了此类产品。
从 应 用实际效 果考虑， 聚羧 酸高性能 减 水剂掺用消泡 剂 也无需一定要使聚羧酸高性能减水剂一点不引气。减少消泡剂 掺用量并能达到抑制大气泡产生并留下适量细密气泡为最佳 效果，特别是用于有一定引气要求的混凝土。目前也有一些厂 家增大消泡剂的用量，使聚羧酸高性能减水剂一点不引气，如 有引气需要再掺入引气剂，此法当然可行，但消泡剂对引气剂 也有抑制作用，这就增加了引气剂的用量，增大了使用成本。
从表 3 可以看出，萘系高效减水剂加入葡萄糖酸钠后减 水率 增 加并随 着葡 萄 糖 酸 钠 掺用量的增 加而增大， 但 聚羧 酸 高性能减水剂掺入葡萄糖酸钠后减水率先增加，后随着葡萄糖 酸钠用量的增加减水率却直线下降。这就给需要较长缓凝时 间的混凝土工程带来了困难。
当配制有一定早强要求的混凝土时，使用聚羧酸高性能减 水剂很困难，只有同掺有一定促凝性的早强剂（如硫氰酸钠） 才有效果。但此类产品掺用量较大，使用成本也高，而改用硫
我公司于 2005 年开始研制聚羧酸高性能减水剂，并于 2006 年通过省级技术鉴定，产品在广东省水泥制品与混凝土 外加 剂产品质 量 监 督检验 站 检 测 显 示， 该 产品常用掺 量 时减 水率为 32% 以上，增大掺用量可达 40%。混凝土 1d、3d、7d、 28d 抗压强度比分别为 190%、183%、168%、155%，远远高 于有关标准中对高性能减水剂的技术要求，主要技术性能与我 们收集到的上海、北京、江苏几个厂家的产品相近。
聚羧酸高性能减水剂是指含有羧基的不饱和单体和其 它单体 共聚而成， 用于水泥混 凝 土中具 有 较高的减 水、 增 塑、 保 坍及较低的收 缩 性 能的减 水剂。 根 据我国最 新实 施的 GB8076-2008《混凝土外加剂》标准高性能减水剂的定义为“比 高 效减 水剂具 有更 高的减 水率， 更 好的 坍 落度保 持 性能， 较 小的干燥收缩且具有一定引气性能的减水剂”。由于该产品的 综合性能优异，它的作用机理也有别于常用高效减水剂，因此 被称为第三代减水剂。此高性能减水剂又简称 PCA。据不完全 统计，目前国内已有六七十个厂家在生产此类产品，产量在逐 年增大，生产品种也在逐年增多。