聚羧酸减水剂在高强混凝土当中缓释问题的探讨

随着社会的发展和经济水平的提高，人们对房屋的要求越来越高，随之而来的就是高强混凝土在当今的应用越来越多。以木钙为代表的第一代普通减水剂和以萘系为代表的第二代高效减水剂已经不能满足当前的混凝土要求，聚羧酸作为之后发展起来的第三代高性能减水剂，正在受到越来越广泛的应用。特别是高强混凝土，已经是离不开聚羧酸减水剂了。目前聚羧酸高性能减水剂的应用也从以往的重点工程逐渐发展到普通工民建工程当中。

聚羧酸高性能减水剂属于新一代超塑化剂，是一类分子结构为含羧基接枝共聚物，表面活性分子结构呈梳形，主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚而获得，主链系由含羧基的活性单体聚合而成、侧链由含功能性官能团的活性单体与主链接枝共聚而成，具有高减水率及良好的保塑性能、低收缩性等性能特点。这不仅能提高混凝土的力学性能，而且能提供简便易行的施工工艺，推动当今混凝土施工技术的进步。另外，聚羧酸减水剂在提高混凝土的耐久性、降低能耗、节约水泥和减少环境污染等低碳环保方面起着重要的作用。

聚羧酸减水剂具有缓释功能，这是建立在延缓C3A对外加剂吸附的基础之上的，可以有效的减轻混凝土的经时损失。但是如果缓释功能过于严重的话，就会产生不良的后果，首先会造成混凝土的离析泌水，和易性变的很差。其次会给泵送和施工操作方面带来困难，大大增加堵泵和爆管的几率。最后在混凝土成型拆模以后，也会影响其外观、强度和耐久性。

本文以山东济南某工地C60混凝土为研究基础，以聚羧酸减水剂的缓释导致混凝土泌水离析为研究内容，结合商品混凝土公司和施工单位的实际情况，以及外加剂企业的应对措施，对这个问题作出了详细的研究分析，总结了一套行之有效的解决办法。

1．工程概况

本工程为山东济南地区某大型酒店地下车库，采用框架结构，基础形式为筏板基础，为地下1层结构。建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级，地下工程防水等级为二级，设计使用年限为50年。顶板覆土厚度为1.5米，层高3.75米，跨度9米，柱子设计需要的混凝土标号为C60，属于高强混凝土。

商品混凝土公司与建筑工地距离较近，只有十分钟的车程。

2．出现的问题

(1)混凝土方面

混凝土在初始塌落度很小的情况下，放进罐车两三分钟以后取样就会泌水(如图1所示)。到达工地以后泌水离析严重，泵车泵送起来十分困难；而且不能停止泵送，停止之后就会十分容易堵泵和爆管。实际情况是工地由于各种各样的原因，如工人吃饭交接班，意外停电，捣棒出现问题，泵车转换场地等等，会不可避免的出现不能连续泵送的情况，从而导致堵泵事故的发生。

如果混凝土的初始塌落度很小，不可避免的就会增加搅拌时间，卸料时间也会相应增长，这样混凝土的搅拌机出量就会大大减少，从而无法跟上泵车的泵送速度，在一定程度上又加据了连续泵送的困难，产生恶性循环。

商品混凝土公司生产部工作人员责任心不强，不能长时间的严格控制初始塌落度。工作人员以自己低标号的混凝土生产经验为依据，认为初始混凝土太稠属于不正常现象，对过长的搅拌时间和卸料时间也会产生烦躁情绪。再加上搅拌机的生产速度跟不上泵车的泵送速度，现场调度人员催促尽快发车，就会综合导致生产部工作人员不自觉地放大初始塌落度，从而减少卸料时间而增加产量。结果由于初始塌落度的增加，混凝土在达到工地以后泌水离析的情况就会更加严重。

(2)施工方面

施工现场由于场地有限的限制，有的施工部位超出了泵车的泵送范围，只能利用塔吊。塔吊的施工时间比泵送要长很多，这也给了聚羧酸减水剂充分的缓释时间，导致混凝土泌水离析加重(如图2所示)。由于料斗没有搅拌设施，经过放料后的静置和塔吊期间的颠簸，使得混凝土离析更加严重，和易性受到了严重破坏，混凝土的质量也很难得到保证。

施工现场有很多模板中间的链接缝隙较大，振捣的时候会加剧浆体的流出(如图3所示)。

施工过程中有的工人为了自己轻松方便，不愿挪动泵管，只让泵管在一个部位打料，靠自然的重力和捣棒的振捣来使混凝土浇满模板，没有按照相关规定施工，从而加剧了混凝土不均匀现象的产生。

施工的时问恰巧在农历新年前夕，工人思乡心切，急于回家，对待工作产生了应付了事的态度和行为。

(3)外加剂方面

商品混凝上公司一共收了两车外加剂，都出现了问题，但是当时并没有被实验人员发现。第一车检验时混凝上初始泌水，实验人员按照以往经验，以为外加剂减水组分已经足够了，只要适当降掺就可以满足生产要求，所以就收了。但是生产的时候发现外加剂缓释作用严重．初始正常的混凝土到达工地以后产生离析现象，严重影响了现场的泵送和施工。

第二车聚羧酸外加剂由外加剂厂家的实验人员作出了调整，检验的时候初始混凝土没有泌浆，半小时之内混凝土也没有泌浆，半小时之后开始搅拌。在搅拌完之后的一两分钟内没泌浆，实验人员认为没有问题，所以就收下了。但是生产当中仍然缓释作用严重，经过重新取样实验，终于发现问题所在。搅拌完之后的混凝上在两分钟之内的确是没有浆体泌出，但是在四五分钟之后，泌出浆体就能被十分明显的观察出来。实验人员由丁经验不够丰富，以为搅拌完之后一两分钟没有泌浆就可以了，最终导致了疏忽的发生。

在混凝土开盘以前所有的原材料都已经准备齐全，外加剂企业应经把聚羧酸减水剂送达商品混凝土公司，并且占满了聚羧酸产品的存储罐。等在生产中发现问题的时候，外加剂企业再来调整或者再次来货都没有时间了，工程施工开始之后又万万不能停止．所以商品混凝土公司只能通过自身的调整来最大限度的减轻聚羧酸外加剂的缓释作用．提高混凝士的和易性。

1商品混凝土方面

(1)配合比方面

商品混凝土公司结台实际问题，本着实事求是和认真负责的态度，在第一时问对混凝土的配合比作出了调整，以尽量减轻聚羧酸的缓释作用带来的影响．提高混凝上的和易性，特别是粘聚性和保水性。

第一、降低外加剂掺量和降低水的用量。无数实践经验表明，混凝上在泌水离析的情况下，首先要降低外加剂的掺量，这是最为有效的办法。但是如果掺量过低，叉会导致漏凝土的和易性变差，而且肯定会加入过多的水，从而影响混凝土的强度。所以实验人员采用，双降的办法，将外加剂的掺量和用水量都适当降低了，让混凝土初始塌落度变小。

第二、适当增加水泥用量和粉煤灰用量，降低矿粉用量，增加胶凝材料的总量。矿粉由于内部微观结构致密，会在一定程度上加剧混凝土的泌水现象。胶凝材料在混凝土的微观体系中具有很高的比表面积，会显著增加吸附水的能力，降低泌水现象的发生。

第三、适当增加砂率。增加砂率，也会增加细集料的比例，提高集料的比表面积，在提高混凝土和易性的同时，也会增加保水性。

(2)原材料方面

第一、适当加入石粉，取代部分黄砂，约10—20％左右。因为石粉与黄砂相比，颗粒更细，比表面积更大，会更加容易吸附游离水从而减轻泌水。

第二、适当选用较小的石子。现场的一二石子为5-25mm连续粒级，但是不同厂家的石子在具体颗粒大小方面还是有所不同。实验人员选用了相对较小的石子，实验分析为接近5-20mm连续粒级。

(3)生产方面

第一、混凝土初始塌落度尽量放小，以不堵混凝土罐车落料口为准则。将初始塌落度控制在160mm左右。

第二、适当延长搅拌时间，从90秒增加到120秒，最后达到了140秒。

第三、派专门的实验员陪同质检员共同监督生产操作员的操作，让生产的混凝土持续保持在低塌落度的水平上，保证产品质量的稳定。防止操作员慢慢放松自我要求，不自觉的不断放大初始塌落度。

(4)现场调度方面

第一、联系好施工单位的具体施工时间，提前一小时生产，保证罐车在出发之前在站内等待半小时以上。由于聚羧酸的缓释作用在半小时左右最为严重，这样罐车在等待之后再到达工地，会有效减轻外加剂缓释作用的影响，提高混凝土的和易性。同时这种办法还可以大大地弥补搅拌机生产速度跟不上泵车泵送速度的问题。

第二、调低泵车的泵送能力，从而增加泵送时间，使得泵送可以连续进行。

第三、让罐车在路上适当增加转速，在放料之前增加快速搅拌的时间，从1分钟增加到1.5分钟左右，并且交代好放料的工作人员一定要坚持每车都要如此。

2．施工方面

第一、尽量在泵车上接泵管，扩大泵送的范围，减少塔吊的使用，从而提高工作效率，同时也避免了塔吊会加重混凝土离析现象的发生。

第二、加大检查力度，尽全力减少减轻拼接处的裂缝。如果在泵送的过程中发现问题，则应马上采取应急措施，如用沾布、木条封堵裂缝等，尽一切可能提高模板的拼接质量。

第三、加大施工技术人员的管理力度和监理人员的监督力度，保证工人每时每刻的按要求施工，把一切非标准施工消灭在萌芽状态。

第四、提高工人的工资，做通思想教育工作，让工人坚持完工，并且要保质保量地完成任务。同时施工单位承诺给工人集体包车回家，让大家回家过年没有后顾无忧。

1．复配方面的实验调整

(1)实验混凝土的原材料和配合比

原材料：水泥为济南山东水泥厂P·O52.5水泥；矿粉为济南济钢产S95级矿粉；粉煤灰为济南黄台电厂产质量较好的II级粉煤灰；黄砂为泰安产河砂，含泥量2.5％，细度模数2.8；碎石为济南当地产5-25mm连续粒级：外加剂为山东华迪建筑科技有限公司研制的聚羧酸系高效高性能减水剂。

配合比：混凝土配合比由商品混凝土公司提供，具体如表1所示。

(2)聚羧酸与萘系复配

聚羧酸与萘系按照一定比例复配之后，与空白聚羧酸混凝土相比，混凝土初始塌落度减小，5分钟的时候塌落度有损失，但是半小时之后缓释作用开始显现，出现泌浆的情况。总结来说就是萘系减水剂延缓了聚羧酸减水剂的缓释作用，但是并没有使得缓释作用减轻或者消失。具体如表2所示。

(3)聚羧酸与无机硫酸盐复配

聚羧酸减水剂在加入一定量的无机硫酸盐之后，初始略有降低，但是半小时之后的塌落度与空白混凝土相比基本没有变化，也就是说无机硫酸盐对缓释作用基本没有影响，可以说是效果不大。具体如表4．2所示。

2．合成方面的实验调整

无数次实验证明，要想快速有效的解决聚羧酸减水剂的混凝土问题，通过单纯的复配技术是比较困难的，作用有限而且不稳定，也会对聚羧酸减水剂本身造成损害，从而造成了物质上和经济上浪费。最有效的办法就是从聚羧酸减水剂的分子结构入手，如改变大单体的种类和调整分子量的大小等等方法。

外加剂厂家最终就是通过重新合成了合适的聚羧酸母料，从而从根本上解决了缓释严重的问题。现将主要的合成步骤介绍如下：

(1)试验原材料

甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MAA)，烯丙基聚乙二醇单甲醚(APEG)，工业级，辽宁科隆化学股份有限公司产；甲基丙烯磺酸钠(SMAS)，寿光松川I工业助剂有限公司；丙烯酸(AA)，工业级，天津化学试剂三厂；丙烯酰胺(AM)，工业级，天津化学试剂三厂；氧化还原剂(双氧水与维生素C)、链转移剂，均为市售化学试剂；相对分子质量调节剂，工业级；30％的氢氧化钠溶液，工业级。

(2)试验仪器

BQ50—1J蠕动泵，保定兰格恒流泵有限公司；DJlC型增力电动搅拌器；1000ml四口烧瓶；1000mlKDM型调温电热套；聚四氟乙烯搅拌浆；电动搅拌器电机；水银温度计；蛇形冷凝管；分析天平；水泥净浆搅拌机；游标卡尺；数显式含气量测定仪等。

(3)合成方法

(1)在1000ml的四口烧瓶中加入131.69去离子水，按一定比例加入总质量为197.49的甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯和烯丙基聚乙二醇单甲醚。

(2)将四口烧瓶固定于铁架台上置于KDM型调温电热套上，安装搅拌器后，通电升温加热并搅拌。

(3)待温度升高到60℃时加入一定量浓度的氧化剂(双氧水)。

(4)温度控制在60℃搅拌十分钟后，用两个蠕动泵分别同时滴加一定浓度的丙烯酸和一定浓度的相对分子质量调节剂和还原剂(维生素C)，丙烯酸滴加时间控制在3h，不超过士10min；相对分子质量调节剂和还原剂滴加时间控制在3.5小时，不超过士10min；

(5)温度控制在60士2℃，滴完后保温老化1h。

(6)反应结束后，冷却至室温，加氢氧化钠溶液中和，控制聚合物的pH值为6.5～7，即得到成品。

(4)水泥净浆流动度试验

实验选取了济南市场上最长见到的四种水泥，用最新合成的聚羧酸减水剂母料作净浆流动性实验。按照《混凝土外加剂匀质性试验方法》(GB8077.2000)规定的方法，在水灰比为0.29时测定水泥净浆流动度，具体实验结果如表3所示。

从净浆流动性可以看出，最新合成的聚羧酸减水剂母料，缓释作用已经完全解决，达到了预定的实验要求。由于净浆的趋势不能够非常准确的预测混凝土的变化，因此还需要通过混凝土来验证实验结论。

(5)混凝土试验

混凝土配合比如表1所示，测试方法参照GB／T50080—2002和GB／T50081-2002进行。具体实验结果如表4所示。

表4．4表明，用最新合成的聚羧酸减水剂母料拌制混凝土状态良好，混凝土初始坍落度可达到240mm，1小时坍落度的经时损失也很小，仍保持在200mm以上。与原来的聚羧酸系混凝土相比，缓释的问题已经完全解决。

外加剂企业之后提供的产品都是用最新合成的聚羧酸减水剂母料为基础而生产的，通过商品混凝土公司的实际生产证明，缓释问题的确被解决了。

高强混凝土采用了聚羧酸减水剂之后，可能会出现严重的缓释问题。文章先是讨论了缓释作用导致的各种问题，又重点介绍了不同方面的解决办法。商品混凝土公司从混凝土配合比、混凝土原材料、生产控制、现场调度等方面入手；施工单位从规范工人施工步骤和提高模板拼接质量等方面入手；外加剂企业从聚羧酸成品的复配和母料的合成等方面入手；这些都会使得问题得到减轻或者缓解。最终通过实验和实践找到了最有效的解决办法，就是合成新的聚羧酸母料，提高减水剂和水泥的适应性，从而提高混凝土的和易性。

2017第二届中国建筑防水、保温、砂浆一体化高端论坛暨机械化施工现场观摩交流会

真诚欢迎您的到来！