聚羧酸減水劑導致混凝土瞬間坍損的原因分析

聚羧酸減水劑是當前國際上最環(huán)保的，減水率最高的第四代減水劑，我們也把聚羧酸減水劑稱為“減水劑4.0"。通過以下篇幅，我們來討論導致混凝土瞬間坍損的綜合成因。

范孟嶺（深圳高速工程顧問工程有限公司，高級工程師）

商品混凝土減水劑的使用，在提高混凝土和易性的同時，也成為混凝土和易性波動的影響因素，其中對保坍性能影響尤為明顯。保坍性能不良多數是混凝土運輸和在工地等待時流動性顯著降低，還有出現(xiàn)經泵送后施工性能大大降低的情況。坍損具有多方面的原因，包括環(huán)境因素（高溫、大風、強陽光照射等）、拌制混凝土時材料溫度高（尤其是水泥）、減水劑配方不良、減水劑和膠凝材料適應性不良?；炷凉炯夹g人員應統(tǒng)計各品牌減水劑拌制混凝土供應過程的保坍情況，作為供方再評審的依據，優(yōu)勝劣汰，向減水劑供應商施加壓力，以期能夠做到提高減水劑和不同水泥的適應能力，并隨季節(jié)變化調整減水劑配方，從而減少因減水劑配方不良而造成混凝土和易性不良或坍損嚴重的情況。

減水劑的驗收依據為 GB8076—2008《混凝土外加劑》、JG/T223—2007 《聚羧酸系高性能減水劑》、GB50119—2003《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》、GB/T8077—2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》。其中 GB8076、JG/T223 規(guī)定了減水劑的合格標準，GB/T8077、JG/T223 規(guī)定了試驗方法，GB50119 規(guī)定了減水劑進場所要進行的檢測項目。如果地方標準規(guī)定了當地使用減水劑時的驗收項目及合格標準，也應成為混凝土公司對減水劑的驗收依據。

混凝土公司應學習、熟悉上述標準規(guī)定，明確各種減水劑的驗收項目、試驗方法、合格標準，然后進行策劃，形成本公司的減水劑驗收作業(yè)指導書。

混凝土公司對減水劑的驗收不能“一刀切”，也不能避重就輕，應規(guī)定每次進場、每批、定期等不同檢測頻率對應的檢測項目，不同種類的減水劑應在驗收內容上有所側重。

凈漿流動度檢測一般不能代替混凝土性能檢測，因為減水劑的凈漿指標更容易滿足，所以會出現(xiàn)同一減水劑凈漿流動度高、保持性能好，但拌制的混凝土擴展度和保坍性能不良的情況。建議混凝土公司根據減水劑性能和使用要求，每種減水劑設置相對固定的混凝土配合比，和生產配合比接近（如砂率、流動性、摻合料的使用等），每次進場拌制 15L，檢測混凝土的和易性和保坍性能。試驗樣品若能夠從攪拌樓即時取樣，對減水劑的驗收效果更佳。

對于驗收時發(fā)現(xiàn)的減水劑性能波動、適應性不良的情況，最好能及時和減水劑廠家技術人員溝通，解決后再投入生產。

趙恒樹（山東億辰混凝土有限公司，高級工程師）

近年來由于聚羧酸減水劑技術的迅速發(fā)展，生產成本大幅下降，甚至低于萘系減水劑，導致使用聚羧酸的用戶快速增加，使用聚羧酸減水劑的實際問題也越來越突出。下面就筆者使用聚羧酸減水劑以來所遇到的問題談幾點體會：

1：進廠檢驗

(1）當聚羧酸減水劑的大貨過磅后，應立即取樣試驗。試驗時必須采用生產配合比（砂石可曬干），不得采用水泥凈漿法試驗；水泥樣品的存放時間不得超過一周（若取樣時間過長，水泥中的化學成分有變化，試驗出的結果與生產實際不符，不利于指導生產）；礦粉和粉煤灰也應是近期取出的樣品；進行檢測時的試拌數量不宜少于 10L，若使用攪拌機攪拌，試拌數量不宜少于 15L，并且在試拌前應用同配比砂漿粘糊攪拌機內壁和鐵盤，防止失準。

（2）在試驗過程中，若發(fā)現(xiàn)混凝土拌合物和易性良好，并且坍落度經時損失不超過 50mm 時，即可卸貨。若發(fā)現(xiàn)混凝土拌合物在攪拌后出現(xiàn)泌漿，并且抓地（稀漿泌至表面，砂石下沉且緊貼地面，很難鏟動）時，要看 1h 后的狀況，若 1h 后不再離析，經時坍落度損失不超過 50mm 時，也可評為合格，通知卸貨；若 1h 后混凝土拌合物還離析時，說明減水劑的摻量過大，可根據稀漿流出拌合物的距離大小而降低 0.1%～0.3% 的摻量（距離在 50mm 以內取 0.1%，距離在 120mm 以上取 0.3%，中間值取 0.2%）再重做，合格時再卸貨。若發(fā)現(xiàn)混凝土拌合物的經時損失過大，應退貨（說明減水劑與水泥或粉煤灰的某些成分不適應），請廠家重新調整配方再行試驗，直至合格后再用。今年有些水泥廠家為了節(jié)約成本，使用了部分工業(yè)廢石膏或無水石膏，導致拌合物的經時坍損過快，應及時與水泥廠家溝通，禁止摻加上述礦物。

2：進廠水泥的溫度控制

（1）在 5 至 9 月份，出廠水泥的溫度較高，運至攪拌站的水泥溫度最高可達 83℃。若是當日最高溫度超過 30℃ 以上時，拌制 C30 以上的混凝土就會出現(xiàn)坍損過快的現(xiàn)象；混凝土拌合物的出機溫度達到 32～34℃，運到工地時就達到 35℃ 以上。使用聚羧酸減水劑時，若遇到出機溫度較高時（大于 32℃）就會產生坍損過快的現(xiàn)象。出廠坍落度為 220～230mm，而半小時后就只有 150mm 左右。在聚羧酸減水劑進廠檢驗時，經時損失為零，3h 后才損失 50mm。后來專門取了熱水泥立即進行減水劑試驗，經時損失仍很小。分析原因后得出如下結論：試驗量太小，在攪拌過程中溫度就降下來了；而在生產時，由于方量大，在攪拌過程中水泥開始水化，產生水化熱，使拌合物的溫度繼續(xù)升高，從而導致拌合物的坍損過快。

（2）在暑期生產時，應控制進廠水泥溫度不得大于 60℃，混凝土拌合物的出機溫度不得大于 30℃。如能達到上述條件，將不會出現(xiàn)坍損過快的現(xiàn)象。

（3）當水泥溫度無法達到要求時，可采用地下水沖洗砂石降溫；把水池子上方苫蓋鋁箔面反射陽光，使生產用水溫度控制在 20℃ 以下。

3：聚羧酸減水劑的適應性

聚羧酸減水劑與其他減水劑相比，與混凝土原材料的適應性較差，對水泥的溫度、砂石的含泥量、礦物摻合料的成分、外加劑的摻量等都比較敏感。因此，在使用聚羧酸減水劑之前，一定要用生產所用的大貨進行試驗，合適后再投入生產。

戴會生(天津港保稅區(qū)航保商品混凝土公司，工程師）

聚羧酸系外加劑在應用之初就打著“高于萘系一族”的旗號，從宣傳方面也過多地強調了其優(yōu)點而弱化甚至只字不提其缺點，因此使用者便對其寄予過高的期望，在實際應用時發(fā)現(xiàn)廣告有水分。筆者覺得每種材料都是有優(yōu)缺點的，兩個方面的性能是同時存在的。聚羧酸系外加劑與膠凝材料的適應性以及與骨料的適應性和其他系列的外加劑相比，沒有明顯的優(yōu)勢。首先，與膠凝材料的適應性，與不同品種、不同品牌的水泥適應性也是千差萬別，適應性并不是很好，往往在混凝土拌合物的粘聚性方面、保水方面還要差。對摻合料，如粉煤灰的品質要求還比較高，使用符合Ⅱ級或者 Ⅲ 級品質的粉煤灰，部分指標比較高的時候，混凝土拌合物的性能明顯變差，包括流動性、坍落度、含氣量、坍落度損失等。與骨料的適應性也是比較敏感的，砂中的含泥量和石中的石粉含量或者含泥量甚至砂石的粒徑大小，都會明顯地影響拌合物狀態(tài)。實際應用表明：在固定外加劑摻量時，石粉的含量在 1% 時，僅坍落度指標便可減小 50～60mm，砂的含泥量相差 2% 時，為達到相同的坍落度，用水量至少增加 30kg，而骨料粒徑的變化可以致使整盤混凝土離析，可見其敏感程度。所以，在使用聚羧酸系外加劑時，應根據使用的原材料變化情況，適時調整生產用配合比。外加劑自身的減水率不宜過高，保坍的時間不宜過長，否則，將事與愿違。建議一般的混凝土，采用中低減水率，配合比設計時的用水量不少于 165kg，監(jiān)控摻合料的品質，檢測指標若有明顯變化，尤其是變差時，應及時減少這種材料的使用量，以保證拌合物性能。定期抽取原材料，進行試驗室內的混凝土試拌，檢測指標若有明顯變化，應重新設計配合比以指導生產。

胡永杰（天津市達鑫混凝土公司，工程師）

冠創(chuàng)商砼ERP

聚羧酸減水劑在混凝土中的應用越來越廣泛，但是由于目前國內各地區(qū)原材料品種錯綜復雜，在聚羧酸減水劑的實際應用中存在坍落度損失、泌水等諸多問題。筆者在多年混凝土企業(yè)技術管理及外加劑復配應用技術服務實踐中發(fā)現(xiàn)，許多商品混凝土公司技術部門對聚羧酸減水劑的作用機理及特點不夠了解，以致不知道如何進行進廠檢測以及正確合理使用。聚羧酸減水劑是由含有羧基的不飽和單體共聚而成，使混凝土在減水、保坍、增強、收縮及環(huán)保方面具有良好性能的減水劑。聚羧酸減水劑屬于表面活性劑，表面活性劑分子由親水基團和憎水基團二部分組成，加入水中后親水基團指向溶液，憎水基團指向空氣、固體或非極性液體并作定向排列，形成定向吸附膜而降低水的表面張力和二相間的界面張力。它的基本作用機理是，當水泥漿體中加入減水劑后，減水劑分子中的憎水基團定向吸附于水泥質點表面，降低表面能。親水基團指向水溶液，在水泥顆粒表面形成單分子或多分子吸附膜，使水泥顆粒表面帶上相同的電荷，表現(xiàn)出斥力，吸附在水泥顆粒表面的減水劑分子之間的空間位阻斥力使水泥顆粒分散，破壞了水泥絮凝結構，釋放出大量游離水，增大了混凝土拌合物的流動性。

聚羧酸減水劑對水泥堿含量較敏感，水泥與聚羧酸減水劑相容性從流變性的角度考慮，水泥存在一個最佳的可溶堿含量。過低或過高時，對減水劑與水泥的相容性都帶來不利影響。有些水泥廠家為了滿足低堿水泥的指標要求，水泥中的可溶性堿含量達不到其最佳值，這樣不僅當減水劑摻量不足時會使坍落度有較大損失，而當摻量稍高于飽和點時，還會出現(xiàn)嚴重的離析與泌水；水泥中堿含量高，會使凝結時間縮短，早期強度提高。

水泥中石膏的存在形態(tài)、水灰比、溫度等因素的綜合作用影響其溶解度，C3A 和石膏反應時生成的鈣礬石較少，不能有效控制 C3A 的水化速度，使凝結時間加快，混凝土坍落度損失變快。

減水劑與水泥適應性取決于水泥可溶性堿、細度、C3A 含量和石膏類型，減水劑在水泥顆粒上的吸附率和水泥水化速率均受這些參數影響。如遇到水泥凈漿流動性好，但混凝土坍落度大情況，可能由于混凝土配合比變化，如水灰比、用水量變小，使可溶性 SO3 總量減少，導致混凝土坍落度損失快。另外，減水劑摻量過小，使其不能持續(xù)發(fā)揮作用，必然導致坍落度損失過快。

目前，許多商品混凝土公司技術部門對外加劑的進廠檢測多采用固含量、密度、凈漿流動度等技術指標檢測，很少進行混凝土試驗。

筆者經過多年來在混凝土企業(yè)和外加劑公司的工作經驗，建議商品混凝土技術人員在使用外加劑時，首先根據攪拌站原材料和配合比情況，確定合理的外加劑技術指標并制定適用的檢測指標及方法。然后，從采購環(huán)節(jié)遴選外加劑供應商，綜合考慮廠家生產規(guī)模、運輸能力、質量穩(wěn)定性、技術服務能力、價格等因素，但不能把價格作為篩選的唯一指標。最后，在減水劑進廠時要嚴格把關。有些攪拌站技術人員對聚羧酸減水劑的收樣檢測辦法比較迷惑。經過大量實踐經驗，筆者建議攪拌站技術人員把外加劑進廠必測項目定為：密度、混凝土減水率或膠砂減水率，也可用常用配合比如 C30 的實際使用配合比驗證。參考指標項目定為：水泥凈漿流動度和固含量、pH 值等。

以上僅為筆者在混凝土攪拌站和外加劑公司實際工作經驗心得之談，期望能與同行、專家共同學習進步、取長補短。

龍宇（江蘇鑄本建設股份有限公司，高級工程師）

加聚羧酸減水劑的水泥凈漿流動度很大，而混凝土擴展度很??；或者出機坍落度很大，但損失很快。一般來說，水泥和減水劑的相容性不好，問題出在如下兩方面：

一是混凝土中減水劑的摻量不足，或者說低于飽和點摻量，導致減水劑沒能充分發(fā)揮出減水、保坍性能。在做水泥凈漿流動度試驗時，除了要檢測初始凈漿流動度，還要檢測半小時或 1 小時的凈漿流動度經時損失。宜選擇凈漿流動度基本上不再隨著減水劑摻量的增加而明顯增長，且經時損失最小時所對應的減水劑摻量為飽和點摻量，用以指導在混凝土中的摻量。

圖 1 為飽和點摻量確定示意圖。對于Ⅰ、Ⅱ和 Ⅳ 三種減水劑來說，單純就初始凈漿流動度而言，飽和點摻量為 0.5%。但從 1 小時凈漿流動度經時損失來看，Ⅰ、Ⅱ減水劑飽和點摻量宜取 0.7%。而 Ⅳ 減水劑在 0.7% 摻量下的經時損失仍然較大。如果用 Ⅳ 減水劑在摻量為 0.5% 時拌制混凝土，雖然水泥凈漿流動度很大，混凝土出機坍落度可能很大，但損失一定會很快。

二是如果不存在上述第一個問題的情況下，混凝土工作性能不好，那說明問題出在其它原材料質量指標或配合比參數上。如骨料含泥量及泥塊含量或砂細度模數、礦物摻合料的需水性或與減水劑的相容性、膠凝材料用量、砂率、用水量等等。在這些指標或參數里，對加聚羧酸減水劑的混凝土工作性能影響最大、最常見的指標就是砂子的含泥量及泥塊含量。聚羧酸減水劑對泥非常敏感，砂含泥量不宜大于 2%，否則混凝土工作性能很難滿足要求。

表 1 為砂含泥量對混凝土坍落度或減水劑摻量的影響試配（來自筆者在國外的實際工程數據），砂含泥量從 1.5% 增加到 3.5%，混凝土出機坍落度從 195mm 降低到 100mm，已無擴展度。而砂含泥量從 1.5% 降低到 1%，混凝土工作性能在基本保持不變的情況下，減水劑摻量可從 1.9% 降低到 1.4%，其影響之大可見一斑。目前國內很多地方的潔凈優(yōu)質天然砂資源基本枯竭，砂子的含泥量及泥塊含量普遍超標，這是影響聚羧酸減水劑推廣應用的最大障礙。

表 1 砂含泥量對混凝土坍落度或減水劑摻量的影響

減水劑的檢測指標非常多，分為受檢混凝土性能指標和勻質性指標兩大類。受檢混凝土性能指標是在標準規(guī)定試驗條件下（原材料質量和配合比參數都要滿足標準要求），以受檢混凝土和基準混凝土性能的比值或差值表示，是用來評定不同外加劑質量的。勻質性指標是指外加劑本身的性能，是用來判定或控制產品質量穩(wěn)定性的。

在實際生產過程中，由于生產條件與標準規(guī)定試驗條件差異巨大，因此從使用角度來說，個人認為只需每批次檢測勻質性指標，沒必要按標準要求檢測受檢混凝土性能指標，其指標可參考出廠檢測報告或型式檢驗報告，并按生產條件在混凝土實際配比試配時檢測或驗證，根據實際情況調整外加劑摻量。

對于勻質性指標，最重要的是含固量和凈漿流動度，并應找到飽和點摻量。正如前面所言，在實際工程應用中，凈漿流動度大并不代表混凝土坍落度也大。但這至少說明，造成坍落度異常的主要原因不是水泥與外加劑的問題，應及時從其它原材料質量指標以及配合比參數等方面排查。另外外加劑應用時，其摻量不宜低于飽和點摻量，以充分發(fā)揮外加劑的減水及保坍效能，可以最大限度地減少膠凝材料的用量，降低混凝土成本。由于骨料含泥等吸附作用，其在混凝土中的實際摻量也不宜低于飽和點摻量。

高國成（威海市威龍建筑安裝有限公司，技術經理）

近期我攪拌站分公司承接本建筑總公司的一項水工混凝土工程，工程情況如下：混凝土強度等級為 C25W4F150 的水工混凝土，方量為 2000m3 、分段分次進行混凝土的澆筑，采用攪拌運輸車運輸，運距為 50km（路上基本情況較為暢通，但需要經過集市），全部采用汽車泵泵送。根據以上工程情況，需要長距離運輸混凝土，途中還會遇到一些其他耽誤運輸時間的情況，這就要求混凝土必須要經過很長時間的運輸，再加上工地上也可能會遇到一些意外的耽誤混凝土澆筑的時間，累加起來說明混凝土必須要求有很長的初凝時間或者是混凝土的坍落度損失不能過大，根據現(xiàn)有的攪拌站泵送劑（萘系）從坍落度損失來看是不能滿足要求的。再看該工程抗凍融循環(huán)為 150 次，這就要求在泵送劑的基礎上需要再引入一部分引氣劑來滿足工程的要求，另外還要求抗?jié)B等級為 W4。結合以上幾點情況，如果采用現(xiàn)有的泵送劑（萘系）需要做一系列的調整，甚至來說可能也會面臨不能滿足實際的需求和成本上的壓力，鑒于此，攪拌站決定采用第三代新型減水劑——聚羧酸高性能減水劑。

1：實驗情況

實驗 1：由于聚羧酸外加劑對砂石料的含泥量要求非常嚴格，我攪拌站嚴格控制骨料的總含泥量＜2%（本地良好的材料），其它材料也嚴格控制。首先攪拌站根據外加劑廠家的聚羧酸性價比的要求下，配制摻量為 1.8%～2%，減水率為 24% 以上的。我攪拌站技術人員首先做了外加劑與水泥的適應性試驗，凈漿流動度為 240～260mm，1h 為 250～260mm。從基本試驗來看基本滿足適應性要求。但這只是一個基本的實驗，只能反映外加劑與水泥的部分情況，不能反映混凝土拌合物的性能情況，還需要嚴格按照實驗要求進行聚羧酸混凝土的試配。只有通過試配才能直觀地反響混凝土的和易性和混凝土后期的力學性能。通過實驗發(fā)現(xiàn)，混凝土的初始和易性令人非常滿意，混凝土出機的狀態(tài)滿足要求，但經過 5～30s 的人工拌合后發(fā)現(xiàn)混凝土突然就失去流動性，混凝土表面慢慢發(fā)干，15min 后混凝土一片散渣。根據以上實驗情況，重復實驗一次，發(fā)現(xiàn)兩次實驗結果基本一致：出機坍落度很好，但是短短的數秒時間內坍落度損失較大，以至于 15min 左右混凝土基本從大流動混凝土直接變化到干硬性混凝土了。使用該混凝土制作試塊發(fā)現(xiàn)經過人工搗棒振搗，稀漿全部流走，致使試塊表面無法抹平。至此說明該混凝土與外加劑不適應。

實驗 2：經與外加劑廠協(xié)調，由外加劑廠家技術人員帶了一部分葡萄糖酸鈉進行調整實驗，摻加 7% 左右的葡萄糖酸鈉實驗，發(fā)現(xiàn)混凝土出機坍落度及 1 小時的坍落度基本沒有大的變化，滿足實驗要求，但是混凝土會有少量泌漿（漿體從骨料從流出），即保水性差一些。又經過幾次實驗，包括小料葡萄糖酸鈉會對這方面造成一定影響和對凝結時間也會造成一定影響，經過幾次實驗決定摻加 5% 左右的葡萄糖酸鈉，但是還是有少部分泌水。后期的混凝土試塊壓力實驗也基本滿足要求。由于工程急需供應混凝土，為此我攪拌站決定使用稍微有些泌漿的聚羧酸外加劑投入使用。

2：實際工程情況

根據實驗數據和對聚羧酸性能的掌握，應對攪拌站操作全體人員進行了技術交底。開始投入生產時，發(fā)現(xiàn)混凝土運送到工地坍落度一點也不損失，和易性非常好。過程中有兩輛車出現(xiàn)問題，混凝土足足等候 4 個小時，坍落度還是非常好。這種實際生產基本和實驗一致，滿足了混凝土長距離運送混凝土，在時間上滿足了施工的要求，但是發(fā)現(xiàn)澆筑到大壩底板的混凝土經過振搗出現(xiàn)大量的泌漿現(xiàn)象，甚至汽車泵泵送到底板混凝土流動的過程中就會出現(xiàn)泌漿，經過估算混凝土澆筑 30min 后就會出現(xiàn)凝固。給后期的混凝土施工造成了一定麻煩。最后經過后期的觀察，混凝土外觀基本滿足要求，強度回彈也基本滿足要求。

3：結論

通過以上實驗和工程實際的應用我們不難發(fā)現(xiàn)聚羧酸外加劑的實驗不能完全采用原來的一些實驗方法來進行，有的時候甚至根本就不能反映外加劑與水泥的關系。但是作為實驗人員，筆者認為實驗工作不僅要對一些原材料做一些基本的實驗外，最終的實驗目的就是混凝土本身。無論檢查哪種材料，但是最終的膠合材料還是混凝土本身，這才是作為混凝土攪拌站實驗的最終宗旨。保證生產就是保證混凝土本身的狀態(tài)。經過實驗發(fā)現(xiàn)聚羧酸確實有自己的一些特點，比如說攪拌的滯后性，材料的敏感性等應該納入一些國家規(guī)范中，這樣才能更好地指導混凝土的實驗生產工作。