1、聚羧酸減水劑的發展及工程應用

混凝土減水劑已經成為現代混凝土中必不可少的重要組分，減水劑的質量也成為影響混凝土質量的關鍵因素之一，而減水率是混凝土減水劑最關鍵的技術參數，也是評價減水劑產品性能和質量的關鍵指標。混凝土技術的發展催生了混凝土外加劑技術，外加劑技術的發展又反過來促進了混凝土技術的進步和生產效率的提高。2005年以后我國高鐵建設逐漸進入高潮，高鐵建設對高性能減水劑——聚羧酸減水劑的推廣應用起了至關重要的作用。由于鐵路項目大部分為野外暴露工程，對混凝土耐久性要求很高，而使用聚羧酸減水劑是保障混凝土耐久性的有效技術手段。在這種情況下，鐵路建設率先推廣使用了聚羧酸減水劑，催生了我國聚羧酸減水劑整個行業。

       我國的聚羧酸減水劑產品技術在2002年以前均停留在實驗室小試階段，重大工程主要依靠進口產品。之后由于中國高鐵建設的推進發展，先后出現了mＰＥＧ（甲氧基聚乙二醇）酯類聚羧酸減水劑（減水率為25%～35%），ＡＰＥＧ（烯丙基聚乙二醇）醚類聚羧酸減水劑（減水率為20%～30%），ＩＰＥＧ（異戊二烯基聚乙二醇）和ＨＰＥＧ（異丁烯基聚乙二醇）聚醚類聚羧酸減水劑（減水率高達35%～45%），聚羧酸減水劑的減水率大幅提高，其性能也十分優異。雖然國內聚羧酸減水劑技術得到了很大的發展與提高，但是在這些年聚羧酸減水劑使用過程中也暴露出許多問題，如何全面反映減水劑在當今混凝土中的性能，準確反映減水劑在混凝土中的表現，為混凝土減水劑技術發展指出正確的方向，是檢測工作亟待解決的重大問題。2000年王宇等做了萘系減水劑與聚羧酸減水劑減水率測試的對比，強調減水率測定時混凝土必須要具備好的和易性，在（80±10）mm坍落度下通過外摻粉煤灰改善混凝土和易性，得出了比較合適的聚羧酸減水劑減水率。

       2006年芮君渭做了萘系減水劑在不同水泥用量下的減水率測定，發現不同水泥用量對萘系減水劑的減水率影響很大。目前用量最大的商品混凝土均為大流動性（坍落度（210±10）mm）、高性能混凝土（大量使用礦物摻合料），膠凝材料使用量一般都大于400kg/m3，而現行的檢測標準與實際應用情況存在明顯差距，無法準確反映聚羧酸減水劑的減水率真實情況，因此，制定合適的檢測標準就變得十分迫切。

2、國家及行業標準中關于減水率檢測標準的討論及試驗驗證

       2.1國家標準中減水率的檢測方法

       我國現行國家標準ＧＢ8076—2008《混凝土外加劑》的6.2配合比一節中，規定了減水率的檢測方法為：基準混凝土配合比按JGJ55進行設計；摻非引氣型外加劑的受檢混凝土和其對應的基準混凝土的水泥、砂、石的比例相同；配合比設計應符合以下規定：

       （1）水泥用量：摻高性能減水劑或泵送劑的基準混凝土和受檢混凝土的單位水泥用量為360kg/m3；摻

其他外加劑的基準混凝土和受檢混凝土單位水泥用量為330kg/m3。

       （2）砂率：摻高性能減水劑或泵送劑的基準混凝土和受檢混凝土的砂率均為43%～47%；摻其他外加劑的基準混凝土和受檢混凝土的砂率為36%～40%；但摻引氣減水劑或引氣劑的受檢混凝土的砂率應比基準混凝土的砂率低1%～3%。

       （3）外加劑摻量：按生產廠家指定摻量。

       （4）用水量：摻高性能減水劑或泵送劑的基準混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在（210±10）mm，用水量為坍落度在（210±10）mm時的最小用水量；摻其他外加劑的基準混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在（80±10）mm。

       在國標中還是考慮到了使用大流動性混凝土來檢測聚羧酸高性能減水劑的減水率的，在2012年實施的JG/TＪ377—2012《混凝土防凍泵送劑》中，減水率檢測也采用了GB8076—2008《混凝土外加劑》中的試驗方法。但行業中對這種測試減水率的方法是有不同觀點的，比如：這種試驗方法使用水泥用量為360kg/m3，而現在混凝土發展方向是高性能混凝土，一般情況下其膠凝材料用量超過400kg/m3，甚至超過500kg/m3。在這種情況下，應該采用膠凝材料用量大的混凝土配合比來檢測減水劑的性能，而采用現行標準的膠凝材料用量無法體現減水劑在膠凝材料用量大的混凝土配合比中的性能優劣。考慮到全國經濟技術發展的不平衡問題，以后修訂標準再做考慮也不失為一種辦法。

       2.2鐵路標準中聚羧酸減水劑減水率的檢測標準

       聚羧酸減水劑最早是在高鐵建設中大量使用的，所以非常有必要詳細說明鐵路標準中的減水率測定要求，在TB10424—2010《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》中，聚羧酸系高性能減水劑的性能要求如表1所示。

       從表1中可以看出，鐵路混凝土中對高性能減水劑———聚羧酸減水劑的減水率檢測規定了使用（80±10）mm的坍落度，這顯然是與GB8076－2008《混凝土外加劑》中不一致的地方。以下我們進行試驗，探討哪種指標更適于聚羧酸系高性能減水劑的檢測與應用。

3、試驗與討論

       針對以上標準，設計了幾組試驗，結合試驗數據提出以下幾點討論及建議。

       （1）在TB10424中“抽檢試驗用水泥宜為工程用水泥”這個提法非常合理，因為水泥和混凝土外加劑存在適應性問題，而且這個問題越來越突出，所以使用工程水泥既可以對實際應用有指導意義，又可以同時考察外加劑和水泥適應性問題。

       （2）在TB10424中的表6.2.5－2中規定，減水率的檢測方法是按GB8076規定來檢驗，那么按GB8076中規定：“摻高性能減水劑或泵送劑的基準混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在（210±10）mm，用水量為坍落度在（210±10）mm時的最小用水量”，而這時就不應該是“混凝土坍落度宜為（80±10）mm”了。

       （3）關于減水劑減水率的檢測方法，基準混凝土和受檢混凝土的坍落度選擇越大越有利于高性能減水劑發揮其減水效果，其試驗結果如表2和圖1所示。

       由表2和圖1可以看出，高性能減水劑的作用在大流動性混凝土中表現尤為明顯，在塑性混凝土中較差，在干硬性混凝土中減水效果最差；摻外加劑的混凝土中即使增加少量的用水量就可以大幅提高混凝土坍落度，而不摻外加劑的混凝土沒有這種現象。

       （4）現在在全國范圍內泵送混凝土也是普遍使用的，目前泵送混凝土已經普遍使用坍落度為（180±30）mm（混凝土現場施工實際情況一般比較偏向大坍落度，基本都在200mm以上）。混凝土生產主要是大流動性混凝土，因此選擇“基準混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在（210±10）mm”這一標準明顯更為貼近工程實際。考察減水劑的減水效果，應該更重視減水劑在大流動性混凝土中的表現。

       （5）按“基準混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在（80±10）mm”來試驗，得出的減水率較低，而這樣的減水劑使用在大流動性混凝土中通常表現出極高的減水率，會造成混凝土離析、泌水，對用水量十分敏感，不易控制（用水量稍有波動就會出現流動度過小或者離析）等問題。這種情況下即使通過減少混凝土用水量也難以調整，用水量減少到一定程度會出現坍落度很大但混凝土流動速率很慢，混凝土發黏、“抓底”的現象，造成泵送和澆筑困難，并且混凝土成型后出現“蜂窩、麻面”等質量問題。

       （6）在鐵路混凝土中由于這樣的減水劑不適合工地現場使用，就出現了送檢樣和實際使用產品不符的情況，這樣反而是實際使用的外加劑處在不受控狀態。

       （7）在試驗操作中摻有高性能減水劑的混凝土在小坍落度范圍不易控制，坍落度控制在（80±10）mm

是非常困難的，一般需要多次的試驗嘗試，給試驗的可操作性帶來困難，也使試驗數據的再現性降低。

       （8）鐵路混凝土用聚羧酸減水劑要通過TB10424的檢驗，就要使用高濃度的聚羧酸減水劑，由于減水劑為高分子表面活性劑，引氣一般較多，這時含氣量就很容易超標（含氣量＞3%），需要使用大劑量的消泡劑進行消泡處理。符合鐵路混凝土標準的減水劑在實際工程中應用效果較差，與工程中使用的大流動性泵送混凝土的適應性問題突出。

       （９）GB8076中規定了不同類型減水劑的減水率測定時的水泥用量：摻高性能減水劑或泵送劑的基準混凝土和受檢混凝土的單位水泥用量為360kg/m3；摻其他外加劑的基準混凝土和受檢混凝土單位水泥用量為330kg/m3。為了驗證標準的局限性，設計了不同水泥用量下的減水率測定試驗（水泥用量分別為360kg/m3，460kg/m3，560kg/m3），其試驗結果如表3所示。

       由表3可以看出，聚羧酸減水劑在不同水泥用量下測定的減水率是有很大區別的，同一聚羧酸減水劑在不同水泥用量的配合比下測試其減水率，其減水效果差異很大，減水率最大差值為12%。

4、結論

       減水率的檢測方法應該準確反映減水劑的使用性能和效果，應該針對目前使用廣泛的混凝土進行，應科學的將檢測工作與工程實踐相結合，以有效的指導工程實踐。聚羧酸高性能減水劑是隨著高性能混凝土發展起來的，高性能混凝土其中最基本的一項性能就是高流動性，應該使高性能減水劑的檢測工作也統一到高流動性上面來。

       （1）對高性能減水劑檢測來說，摻高性能減水劑或泵送劑的基準混凝土和受檢混凝土的坍落度控制在（210±10）mm，用水量為坍落度在（210±10）mm時的最小用水量，才能最大限度發揮高性能減水劑的優勢和特點；

       （2）減水率的大小與減水劑種類、水泥用量和混凝土坍落度有密切關系；

       （3）聚羧酸減水劑減水率檢測標準的制定，應該結合實際使用情況，采用更加規范、合理的檢測方法，為聚羧酸減水劑的推廣應用提供支持。