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【摘 要】 近年来，聚羧酸系高性能减水剂以其优异的性能，成为国家重大重点工程优先选用的混凝土外加剂。结合中铁建设集团有限公司商品混凝土分公司京西搅拌站的实际生产情况发现在生产C50强度等级以上混凝土时，会出现泵送困难、坍落度损失快、掺量过高等问题。使用聚羧酸系高性能减水剂与工业聚羧酸系减水剂剂和萘系减水剂进行性能对比，通过试验设计研究，体现出聚羧酸高性能减水剂在混凝土技术及搅拌站生产中的优势及良好应用前景。
【关键词】 聚羧酸系高性能减水剂;混凝土;特点;应用
1 概述
现代混凝土减水剂技术的发展是现代混凝土技术发展的关键，并对于混凝土技术发展有决定性作用，所以混凝土减水剂技术的创新与发展一直是混凝土外加剂行业发展的重点与热点[1]。
减水剂发展分三个阶段：以木钙为代表的第一代普通减水剂阶段、以萘系为主要代表的第二代高效减水剂阶段和目前以聚羧酸盐为代表的第三代高性能减水剂阶段。目前国内使用最广泛的仍是萘系高效减水剂，市场占有率在90%以上[2]。
结合我搅拌站实际生产来说，以萘系为代表的第二代高效减水剂难以满足高性能混凝土对外加剂性能的要求。近两年来，京西搅拌站在生产C50强度等级以上混凝土时，会出现泵送困难、坍落度损失快、掺量过高等问题。而聚羧酸系高性能减水剂的性能更优越、更接近于高性能混凝土对外加剂性能的要求。因此，推广应用聚羧酸系高性能减水剂是混凝土质量向高性能化方向发展的必然要求。
2 有关聚羧酸系高性能减水剂的试验研究
2.1试验用原材料情况
2.1.1水泥：北京立马P.O42.5
（1）安定性指标合格;标准稠度用水量：29.0%
（2）3天胶砂强度：26.6MPa;28天胶砂强度：52.5MPa
（3）初凝时间：2h10min，终凝时间：3h15min;
2.1.2粉煤灰：三河Ⅱ级粉煤灰
（1）细度：18.7%
（2）需水量比：102%
（3）烧失量：5.5%
2.1.3矿粉：三河磨细矿渣粉
（1）比表面积410m2/kg
（2）7天活性指数：81%;28天活性指数：99%
（3）流动度比：100%
2.1.4砂：河北涞水达盛天然砂
（1）颗粒级配：Ⅱ区中砂
（2）含泥量：3.0%
（3）泥块含量：0.5%
2.1.5石：河北涞水达盛碎石
（1）级配情况：5-25mm连续级配，最大粒径为25
（2）含泥量：0.6%
（3）泥块含量：0.2%
（4）针片状含量：6%
（5）压碎指标值：4.3%
2.1.6外加剂
个人通过不同工艺、材料制备的三个质量较好的聚羧酸减水剂成品PC1、PC3、PC15，利力鹏程外加剂厂生产的聚羧酸高性能减水剂（工业PC）与萘系高效减水剂（萘系）。
2.2试验目的及试配方案、结果
2.2.1试验目的
（1）根据GB8076—2008《混凝土外加剂》，将PC1、PC3、PC15按一定比例掺入混凝土中测定这三种超塑化剂的减水率、坍落度及其保持能力、混凝土的抗压强度（3d、7d、28d），并与工业聚羧酸系高性能减水剂及萘系减水剂进行检测比较。
（2）通过PC1、PC3、PC15在C50混凝土中的应用，与工业聚羧酸系高性能减水剂及萘系减水剂进行比较，进一步研究聚羧酸系高性能减水剂的性能。
2.2.2试验方案及结果
（1）用外加劑检测方法研究聚羧酸系减水剂
①依据GB8076—2008《混凝土外加剂》可知：
a.水泥用量
掺高性能减水剂基准混凝土和受检混凝土的单位水泥用量为360kg/m3
b.砂石用量
掺高性能减水剂的基准混凝土和受检混凝土的砂率为43%～47%，本文选取砂率为45%，砂用量为837kg/m3，石子用量为1023kg/m3
c.外加剂掺量
受检混凝土聚羧酸系超塑化剂的掺量均为2.0%，萘系减水剂的掺量为2.8%
d.用水量
掺高性能减水剂的基准混凝土和受检混凝土的坍落度控制在（210+10）mm，用水量为坍落度在（210+10）mm时的用水量，掺高性能减水剂的基准混凝土和受检混凝土用水量见表1
②试验数据如表1所示
表1 聚羧酸系减水剂的性能测定
项目
编号 掺量
% Wkg/m3 初始
坍落度mm 1h后
坍落度mm 减水率% 抗压强度（MPa）/抗压强度比%
3d7d28d
基准 / 259 200 / / 12.5 19.4 29.0
工业PC 2.0 198 200 180 24.0 22.2/177 23.7/122 40.1/138
PC1 2.0 205 200 175 21.1 23.2/185 29.2/151 40.8/141
PC3 2.0 212 210 180 17.5 20.6/165 24.0/124 37.9/131
PC15 2.0 184 210 185 28.4 23.1/184 28.7/148 39.7/137
萘系 2.8 216 200 170 16.8 15.9/127 19.9/102 31.0/107 由以上数据可见：
a.减水率：PC15>工业PC>PC1>PC3>萘系
b.坍落度损失：萘系=PC3>PC15=PC1>工业PC
c.3d抗压强度，PC1>PC15>工业PC>PC3，均大于掺萘系减水剂的混凝土
7d抗压强度，PC1>PC15>PC3>工业PC，均大于掺萘系减水剂的混凝土
28d抗压强度，PC1>工业PC>PC15>PC3，均大于掺萘系减水剂的混凝土
（2）试拌C50混凝土来研究聚羧酸系减水剂
①C50混凝土配合比设计
依据JGJ55-2011《混凝土配合比设计规程》，通过计算，得到C50混凝土配合比如表2所示。
表2 C50混凝土每m3材料用量（单位：kg）
C FA FS S G W W/B
295 62 128 696 1072 160 0.33
注：聚羧酸系高性能减水剂的掺量均为2.5%，萘系减水剂的掺量为3.3%
②试配结果
表3 C50混凝土的配制试验结果
项目
编号 掺量（%） 坍落度/扩展度（mm） 抗压强度（MPa）
初始 1h后 3d 7d 28d
工业PC 2.5 220/560 165/500 34.3 44.0 63.4
PC1 2.5 220/550 190/480 34.8 49.2 65.2
PC3 2.5 230/570 180/450 35.6 47.5 61.6
PC15 2.5 215/530 200/500 28.5 44.7 62.4
萘系 3.3 200/510 140/350 30.9 44.9 62.0
由以上数据可见：
a.初始坍落度，PC3>PC1=工业PC>PC15>萘系
坍落度损失，萘系>工业PC>PC3>PC1>PC15
b. 3d抗压强度，PC3>PC1>工业PC>萘系>PC15
7d抗压强度，PC1>PC3>萘系>PC15>工业PC
28d抗压强度，PC1>工业PC>PC15>萘系>PC3
2.3小结
综上所述，聚羧酸系高性能剂掺入混凝土中，既能提高混凝土的工作性，又可大大减少拌合用水量，同时使混凝土的早期和后期强度均有不同程度的提高。并增强混凝土坍落度保持能力。以高强、高耐久性、高工作性为特点的高性能混凝土是混凝土技术发展的新方向，在配制高性能混凝土的过程中，高性能减水剂是至关重要的[3]。采用高品质、多功能的聚羧酸系高性能减水剂能赋予高性能混凝土良好的工作性，能大幅度降低混凝土的用水量，使得硬化后混凝土更加密实，从而提高强度和耐久性。
3 聚羧酸系高性能减水剂的特点的总结
根据以上对聚羧酸系高性能减水剂的研究以及平时工作经验，总结出聚羧酸系高性能减水剂的几方面特点：
（1）掺量低、减水率高且较为经济。减水率最高可在25%以上;与萘系减水剂相比，掺量大幅降低，并且带入混凝土中的有害成分大幅度减少。
（2）分子结构变化自由度大，许多羧酸类聚合物都可以作为高性能减水剂，原材料品种极其多样[4]。
（3）与水泥、掺合料及其它外加剂的相容性好，混凝土拌合物的和易性、坍落度损失低。不过由于我国水泥品种和质量总体上复杂多变，所以该类减水剂仍然存在与水泥、粉煤灰、矿粉等胶凝材料的适应性问题。这也是聚羧酸系高性能减水剂需要重点研究并实践的内容之一。
（4）對提高混凝土强度增长有益。试验中掺聚羧酸系高性能减水剂的混凝土各龄期强度比掺萘系高效减水剂的混凝土均有较大幅度的提高。
（5）低收缩。掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土的体积稳定性与萘系减水剂混凝土相比，有较大提高。这方面是聚羧酸系高性能减水剂的显著特点之一[5]，如果聚羧酸系高性能减水剂在原材料选择与配方设计方面对此性能继续加以改善与提高，将会显著提高混凝土的体积稳定性，大大降低结构混凝土的开裂几率。
（6）总碱含量低。与萘系高效减水剂相比，大大降低了外加剂引入混凝土中的碱含量，降低了发生碱骨料反应的可能性，提高了混凝土的耐久性。
（7）聚羧酸系减水剂可用于配制普通、高强、高流动性、高耐久性混凝土，应用范围非常广[6]。
（8）聚羧酸系减水剂的合成生产不使用甲醛和其他任何有害原材料，造成环境污染的有害物质少，有利于建筑工程材料的可持续发展，利于搅拌站的绿色生产。
4 对聚羧酸系减水剂应用前景的展望
设想如果搅拌站广泛使用聚羧酸系高性能减水剂，尤其在较高强度等级、对耐久性要求高德混凝土中应用，对提高混凝土的品质、赋予高性能混凝土良好的工作性以及提高混凝土的使用性能都有极大的帮助。遥想不久的将来，聚羧酸系高性能减水剂将会普遍应用在各种建设工程中，并进一步朝着多功能化、生态化、国际标准化的方向发展。
参考文献：
[1]张冠伦，王玉吉，孙振平.混凝土外加剂原理与应用.中国建筑工业出版社，1996.6
[2]刘秉京.国内外混凝土外加剂现状.中国港湾建设.2002.2
[3]王子明，王亚丽.聚羧酸系减水剂面临的问题与系列化发展趋势.北京工业大学.2008.6
[4]李崇智，冯乃谦，李永德.现代高性能混凝土的研究与发展.建筑技术，2003，34（1）
[5]赵磊，孙振平，陈柯柯.聚羧酸系高性能减水剂研究发展.同济大学材料科学与工程学院.2003.6
[6]李崇智，李永德.21世纪的高性能减水剂.混凝土.2001，（5）
【关键词】 聚羧酸系高性能减水剂;混凝土;特点;应用
1 概述
现代混凝土减水剂技术的发展是现代混凝土技术发展的关键，并对于混凝土技术发展有决定性作用，所以混凝土减水剂技术的创新与发展一直是混凝土外加剂行业发展的重点与热点[1]。
减水剂发展分三个阶段：以木钙为代表的第一代普通减水剂阶段、以萘系为主要代表的第二代高效减水剂阶段和目前以聚羧酸盐为代表的第三代高性能减水剂阶段。目前国内使用最广泛的仍是萘系高效减水剂，市场占有率在90%以上[2]。
结合我搅拌站实际生产来说，以萘系为代表的第二代高效减水剂难以满足高性能混凝土对外加剂性能的要求。近两年来，京西搅拌站在生产C50强度等级以上混凝土时，会出现泵送困难、坍落度损失快、掺量过高等问题。而聚羧酸系高性能减水剂的性能更优越、更接近于高性能混凝土对外加剂性能的要求。因此，推广应用聚羧酸系高性能减水剂是混凝土质量向高性能化方向发展的必然要求。
2 有关聚羧酸系高性能减水剂的试验研究
2.1试验用原材料情况
2.1.1水泥：北京立马P.O42.5
（1）安定性指标合格;标准稠度用水量：29.0%
（2）3天胶砂强度：26.6MPa;28天胶砂强度：52.5MPa
（3）初凝时间：2h10min，终凝时间：3h15min;
2.1.2粉煤灰：三河Ⅱ级粉煤灰
（1）细度：18.7%
（2）需水量比：102%
（3）烧失量：5.5%
2.1.3矿粉：三河磨细矿渣粉
（1）比表面积410m2/kg
（2）7天活性指数：81%;28天活性指数：99%
（3）流动度比：100%
2.1.4砂：河北涞水达盛天然砂
（1）颗粒级配：Ⅱ区中砂
（2）含泥量：3.0%
（3）泥块含量：0.5%
2.1.5石：河北涞水达盛碎石
（1）级配情况：5-25mm连续级配，最大粒径为25
（2）含泥量：0.6%
（3）泥块含量：0.2%
（4）针片状含量：6%
（5）压碎指标值：4.3%
2.1.6外加剂
个人通过不同工艺、材料制备的三个质量较好的聚羧酸减水剂成品PC1、PC3、PC15，利力鹏程外加剂厂生产的聚羧酸高性能减水剂（工业PC）与萘系高效减水剂（萘系）。
2.2试验目的及试配方案、结果
2.2.1试验目的
（1）根据GB8076—2008《混凝土外加剂》，将PC1、PC3、PC15按一定比例掺入混凝土中测定这三种超塑化剂的减水率、坍落度及其保持能力、混凝土的抗压强度（3d、7d、28d），并与工业聚羧酸系高性能减水剂及萘系减水剂进行检测比较。
（2）通过PC1、PC3、PC15在C50混凝土中的应用，与工业聚羧酸系高性能减水剂及萘系减水剂进行比较，进一步研究聚羧酸系高性能减水剂的性能。
2.2.2试验方案及结果
（1）用外加劑检测方法研究聚羧酸系减水剂
①依据GB8076—2008《混凝土外加剂》可知：
a.水泥用量
掺高性能减水剂基准混凝土和受检混凝土的单位水泥用量为360kg/m3
b.砂石用量
掺高性能减水剂的基准混凝土和受检混凝土的砂率为43%～47%，本文选取砂率为45%，砂用量为837kg/m3，石子用量为1023kg/m3
c.外加剂掺量
受检混凝土聚羧酸系超塑化剂的掺量均为2.0%，萘系减水剂的掺量为2.8%
d.用水量
掺高性能减水剂的基准混凝土和受检混凝土的坍落度控制在（210+10）mm，用水量为坍落度在（210+10）mm时的用水量，掺高性能减水剂的基准混凝土和受检混凝土用水量见表1
②试验数据如表1所示
表1 聚羧酸系减水剂的性能测定
项目
编号 掺量
% Wkg/m3 初始
坍落度mm 1h后
坍落度mm 减水率% 抗压强度（MPa）/抗压强度比%
3d7d28d
基准 / 259 200 / / 12.5 19.4 29.0
工业PC 2.0 198 200 180 24.0 22.2/177 23.7/122 40.1/138
PC1 2.0 205 200 175 21.1 23.2/185 29.2/151 40.8/141
PC3 2.0 212 210 180 17.5 20.6/165 24.0/124 37.9/131
PC15 2.0 184 210 185 28.4 23.1/184 28.7/148 39.7/137
萘系 2.8 216 200 170 16.8 15.9/127 19.9/102 31.0/107 由以上数据可见：
a.减水率：PC15>工业PC>PC1>PC3>萘系
b.坍落度损失：萘系=PC3>PC15=PC1>工业PC
c.3d抗压强度，PC1>PC15>工业PC>PC3，均大于掺萘系减水剂的混凝土
7d抗压强度，PC1>PC15>PC3>工业PC，均大于掺萘系减水剂的混凝土
28d抗压强度，PC1>工业PC>PC15>PC3，均大于掺萘系减水剂的混凝土
（2）试拌C50混凝土来研究聚羧酸系减水剂
①C50混凝土配合比设计
依据JGJ55-2011《混凝土配合比设计规程》，通过计算，得到C50混凝土配合比如表2所示。
表2 C50混凝土每m3材料用量（单位：kg）
C FA FS S G W W/B
295 62 128 696 1072 160 0.33
注：聚羧酸系高性能减水剂的掺量均为2.5%，萘系减水剂的掺量为3.3%
②试配结果
表3 C50混凝土的配制试验结果
项目
编号 掺量（%） 坍落度/扩展度（mm） 抗压强度（MPa）
初始 1h后 3d 7d 28d
工业PC 2.5 220/560 165/500 34.3 44.0 63.4
PC1 2.5 220/550 190/480 34.8 49.2 65.2
PC3 2.5 230/570 180/450 35.6 47.5 61.6
PC15 2.5 215/530 200/500 28.5 44.7 62.4
萘系 3.3 200/510 140/350 30.9 44.9 62.0
由以上数据可见：
a.初始坍落度，PC3>PC1=工业PC>PC15>萘系
坍落度损失，萘系>工业PC>PC3>PC1>PC15
b. 3d抗压强度，PC3>PC1>工业PC>萘系>PC15
7d抗压强度，PC1>PC3>萘系>PC15>工业PC
28d抗压强度，PC1>工业PC>PC15>萘系>PC3
2.3小结
综上所述，聚羧酸系高性能剂掺入混凝土中，既能提高混凝土的工作性，又可大大减少拌合用水量，同时使混凝土的早期和后期强度均有不同程度的提高。并增强混凝土坍落度保持能力。以高强、高耐久性、高工作性为特点的高性能混凝土是混凝土技术发展的新方向，在配制高性能混凝土的过程中，高性能减水剂是至关重要的[3]。采用高品质、多功能的聚羧酸系高性能减水剂能赋予高性能混凝土良好的工作性，能大幅度降低混凝土的用水量，使得硬化后混凝土更加密实，从而提高强度和耐久性。
3 聚羧酸系高性能减水剂的特点的总结
根据以上对聚羧酸系高性能减水剂的研究以及平时工作经验，总结出聚羧酸系高性能减水剂的几方面特点：
（1）掺量低、减水率高且较为经济。减水率最高可在25%以上;与萘系减水剂相比，掺量大幅降低，并且带入混凝土中的有害成分大幅度减少。
（2）分子结构变化自由度大，许多羧酸类聚合物都可以作为高性能减水剂，原材料品种极其多样[4]。
（3）与水泥、掺合料及其它外加剂的相容性好，混凝土拌合物的和易性、坍落度损失低。不过由于我国水泥品种和质量总体上复杂多变，所以该类减水剂仍然存在与水泥、粉煤灰、矿粉等胶凝材料的适应性问题。这也是聚羧酸系高性能减水剂需要重点研究并实践的内容之一。
（4）對提高混凝土强度增长有益。试验中掺聚羧酸系高性能减水剂的混凝土各龄期强度比掺萘系高效减水剂的混凝土均有较大幅度的提高。
（5）低收缩。掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土的体积稳定性与萘系减水剂混凝土相比，有较大提高。这方面是聚羧酸系高性能减水剂的显著特点之一[5]，如果聚羧酸系高性能减水剂在原材料选择与配方设计方面对此性能继续加以改善与提高，将会显著提高混凝土的体积稳定性，大大降低结构混凝土的开裂几率。
（6）总碱含量低。与萘系高效减水剂相比，大大降低了外加剂引入混凝土中的碱含量，降低了发生碱骨料反应的可能性，提高了混凝土的耐久性。
（7）聚羧酸系减水剂可用于配制普通、高强、高流动性、高耐久性混凝土，应用范围非常广[6]。
（8）聚羧酸系减水剂的合成生产不使用甲醛和其他任何有害原材料，造成环境污染的有害物质少，有利于建筑工程材料的可持续发展，利于搅拌站的绿色生产。
4 对聚羧酸系减水剂应用前景的展望
设想如果搅拌站广泛使用聚羧酸系高性能减水剂，尤其在较高强度等级、对耐久性要求高德混凝土中应用，对提高混凝土的品质、赋予高性能混凝土良好的工作性以及提高混凝土的使用性能都有极大的帮助。遥想不久的将来，聚羧酸系高性能减水剂将会普遍应用在各种建设工程中，并进一步朝着多功能化、生态化、国际标准化的方向发展。
参考文献：
[1]张冠伦，王玉吉，孙振平.混凝土外加剂原理与应用.中国建筑工业出版社，1996.6
[2]刘秉京.国内外混凝土外加剂现状.中国港湾建设.2002.2
[3]王子明，王亚丽.聚羧酸系减水剂面临的问题与系列化发展趋势.北京工业大学.2008.6
[4]李崇智，冯乃谦，李永德.现代高性能混凝土的研究与发展.建筑技术，2003，34（1）
[5]赵磊，孙振平，陈柯柯.聚羧酸系高性能减水剂研究发展.同济大学材料科学与工程学院.2003.6
[6]李崇智，李永德.21世纪的高性能减水剂.混凝土.2001，（5）