聚羧酸系高性能减水剂在不同工程中的应用

　　随着混凝土高性能化的发展，特别是今后混凝土不仅仅是高性能化，而是向着绿色、低碳，与环境和谐相处的可持续发展方向发展。我国聚羧酸系高性能减水剂的广泛应用，正是符合混凝土这一发展趋势。目前聚羧酸系高性能减水剂的应用也从以往的重点工程、大型工程、特殊工程逐渐发展到普通工民建工程中。一方面因为聚羧酸系高性能减水剂合成技术与复配技术得到一定提高，与缓凝组分、消泡组分、引气组分、防冻组分等复配后，基本满足了生产各种混凝土的技术要求；另一方面聚羧酸系高性能减水剂合成成本和复配成本也有大幅度降低，经过混凝土配合比优化设计后，混凝土生产成本也大大下降，混凝土性能还有一定提升。尽管聚羧酸系高性能减水剂的应用还没有像萘系高效减水剂应用那么成熟，目前还不可能完全取代萘系高效减水剂，但其使混凝土较易实现低碳化、高性能化的显著特点，已逐渐成为外加剂行业发展的主角。

　　聚羧酸系高性能减水剂在使用过程也遇到了许多与使用萘系高效减水剂相同的问题，常见的有坍落度损失快(无论是高温的夏季，还是低温的冬季)、外观质量差(如气泡等)、工作性能差(泵送性、流动性等)等。一方面因为各品牌的聚羧酸系高性能减水剂的质量差异较大，另一方面因为环境条件、混凝土技术要求、其他原材料的质量、混凝土配合比设计及施工工艺等也存在较大差异。因此使用聚羧酸系高性能减水剂与使用萘系高效减水剂一样，也需要根据环境条件、原材料、配合比、混凝土技术要求、施工工艺等进行不断调整，系统解决出现的问题。

　　针对不同的环境条件、原材料、技术要求和施工工艺等，设计合理的、满足性能要求的混凝土配合比是至关重要的。在混凝土配合比设计中，合适的聚羧酸系高性能减水剂可以更好地实现混凝土低碳化和高性能化。

　　混凝土低碳化和高性能化的配合比设计理念

　　混凝土低碳化和高性能化的配合比设计理念是以性能设计为目标，强度只作为设计评价的基础，针对不同的环境条件和原材料，优先选用聚羧酸系高性能减水剂和优质矿物掺和料，实现混凝土低碳化和高性能化，成就混凝土的绿色发展道路。

　　目前各类工程中常见的混凝土有耐久性能、工作性能、力学性能、经济性能、低碳性能等性能要求，混凝土以性能设计为目标能很好实现这些性能要求。混凝土的耐久性性能设计则包含体积稳定性、抗氯离子渗透性、抗冻性、抗碱—骨料反应、抗碳化、抗硫酸盐侵蚀等性能的设计；混凝土的工作性能设计包含稠度、保塑性、易修饰性、充填性、可泵性(如远距离水平、垂直泵送性能)、稳定性(抗泌水性与抗离析性)等性能的设计；混凝土的力学性能设计包含轴心抗压强度、抗折强度、抗拉强度、抗剪强度、疲劳强度等性能的设计；混凝土的低碳性能设计包含低水泥性、废渣高掺量利用、便于施工性能、使用年限等性能的设计。

　　混凝土性能的要求几乎不可能是单一的要求，大都是同时有多种性能的要求，在这些性能的要求下，进行多种性能的最优化配合比设计。

　　混凝土低碳化、高性能化最优化配合比设计要从降低单方用水量、降低水胶比、采用聚羧酸系高性能减水剂和提高矿物掺和料的掺量等多角度全面考虑，对混凝土配合比进行反复的试验，对相应的指标进行检验验证。

　　京沪高铁工程的应用

　　1.工程概况

　　京沪高铁土建六标段四工区，桥址位于苏州市相城区，全长11．429km，包括丹阳至昆山特大桥苏州西桥段、苏州高速站桥段和阳澄湖桥段3个单位工程。沿线主要跨越鱼塘、园艺、公路、河、湖等，并有多条乡村道路与线路斜交。桥梁桩基础均为摩擦桩，桩基直径主要有椎1．0m、椎1．25m、椎1．5m、椎1．8m，最长桩基96m；承台高度最小2m，最高达5．5m，墩身主要有矩形空心墩、圆端形空心墩、矩形实体墩、圆端形实体墩、双柱实体墩和花瓶墩，墩高最高16．5m，特殊结构梁主要采用悬臂浇筑和支架现浇两种，桥面附属结构主要包括防护墙、竖墙和遮板，底座板采用原位现浇，轨道板采用CRTSII型轨道板。

　　2.技术要求及生产用配合比

　　苏州地区位于北亚热带湿润季风气候区，温暖潮湿多雨，夏季气温较高，冬季也多在0℃以上，没有涉及冬季施工问题。京沪高速铁路土建工程对混凝土的各性能有相对较高的要求，混凝土的配合比设计以强度为基础，以耐久性能、工作性能和低碳化性能为目标进行。该段京沪高速铁路土建工程各部位的混凝土技术要求见表1，各部位施工过程中使用的混凝土配合比(外加剂均为聚羧酸系高性能减水剂)见表2和表3。

　　3.工程应用情况

　　京沪高铁土建六标段四工区混凝土根据苏州的环境条件、原材料、性能要求和施工技术要求进行混凝土配合比设计。混凝土配合比设计均采用聚羧酸系高性能减水剂，选用优质的粉煤灰和矿渣，掺量大都在40％以上，单方用水量较低，除桩基外的工程部位的混凝土水胶比均低于0．4。混凝土在施工过程中基本满足技术和施工的要求，但遇到了混凝土流动性差、损失较快(特别是夏季高温天气)、混凝土骨料级配差等现象。聚羧酸系高性能减水剂也遇到了质量不稳定、减水率不够、适应性不好、不仅仅是与水泥适应性不好、与掺和料的适应性也不好、粉料稍有波动混凝土变化明显等问题。通过对外加剂、原材料级配和混凝土配合比的不断调整，混凝土耐久性能、工作性能和低碳性能指标较好地满足了混凝土技术和施工的要求。

　　北京冬季工民建工程中的应用

　　1.北京冬季工民建工程的一般情况

　　北京冬季施工过程中，许多工程施工期紧张，工地大都对拆模时间提出苛刻的要求，因此要求混凝土凝结时间在18小时以内，更有甚者提出混凝土12小时达到终凝时间。为了缩短混凝土凝结时间，预拌混凝土公司一般只能从水泥用量、入模温度和外加剂上调整，也因此增加了成本，浪费了大量的资源和能源。

　　工民建工程中大都使用的是中、低强度等级混凝土，结构主要是墙、柱、板类结构，技术要求一般是混凝土的抗压强度、抗渗性能和工作性能，而经济上要求质优价廉。

　　2．北京冬季工民建工程的一般配合比

　　北京冬季寒冷干燥，多风，日夜温差大。冬季地面大气温度多在-10℃以上，偶尔会低于-15℃。

　　针对北京的环境条件和施工单位的要求，混凝土的配合比设计以力学性能、抗渗性能、工作性能、经济性能为目标。混凝土配合比设计主要考虑单掺和双掺，外加剂考虑萘系高效减水剂和聚羧酸系高性能减水剂。萘系高效减水剂主要考虑早强组分，因考虑到混凝土工作性能的要求，发现其对凝结时间的调整有限。聚羧酸系高性能减水剂复配后降低了其浓度，在混凝土中的掺量与萘系高效减水剂差不多，在生产质量控制中消除以往敏感的缺陷。

　　经过大量试验和工程应用，发现地面大气温度在-10℃以上，采用聚羧酸系高性能减水剂防冻型，采用双掺粉煤灰和矿渣的配合比，混凝土的力学性能、抗渗性能、工作性能、经济性能等均能很好的满足混凝土技术和施工要求，一般常用的混凝土双掺配合比见表4。

　　3．工程应用情况

　　北京的工民建工程多为高层建筑，当地面大气温度在-10℃时，几十米的高空上，环境气温会更低，而混凝土经过几十米泵管泵送后，入模温度也比较低，对混凝土凝结前不发生冻害的要求更为重要。根据经验，我们把地面大气温度在-10℃作为一个临界点，采取不同的防冻害措施。

　　工程实践表明，在冬季施工过程中相同的混凝土入模温度，地面大气温度在-10℃以上，采用聚羧酸系高性能减水剂防冻型，采用双掺粉煤灰和矿渣的配合比，混凝土早强效果较好，能明显缩短混凝土凝结时间；地面大气温度在-1℃以上，采用萘系高效减水剂防冻型，采用双掺粉煤灰和矿渣的配合比，混凝土早强效果相对差一些，凝结时间相对长一些；地面大气温度在-10℃以下冬季施工期间，不论是单掺还是双掺的混凝土配合比，采用萘系高效减水剂防冻型比采用聚羧酸系高性能减水剂防冻型，混凝土抗防冻害性能好，即便是采用萘系高效减水剂防冻型，最好也相应提高水泥用量。

　　一般工民建工程对模板、脱模剂的要求、施工工艺与市政桥梁工程、清水混凝土工程比，要求相对较低，工民建工程中采用聚羧酸系高性能减水剂比采用萘系高效减水剂的外观质量优势并不是很明显。

　　建议

　　1.聚羧酸系高性能减水剂较高的减水率，可以轻易地降低混凝土的单方用水量，降低水胶比，减少水泥用量，提高掺和料的用量，实现混凝土低碳化和高性能化。

　　2.聚羧酸高性能减水剂通过复配技术降低浓度，提高其在混凝土中的掺量，改变了以往其在混凝土应用中对水和配合比的敏感度，改善了水的用量、外加剂掺量对混凝土工作性能的敏感影响，便于混凝土生产质量控制。

　　3.在北方冬季施工中，混凝土工作性能保持一致的前提下，相同的配合比，采用聚羧酸高性能减水剂的混凝土初、终凝结时间一般早于采用萘系高效减水剂的混凝土，混凝土的早期强度也高于采用萘系高效减水剂的混凝土，能较好解决施工期紧张与混凝土质量控制的矛盾。

　　4．在北方深冬季节使用聚羧酸高性能减水剂，需注意温度变化的使用条件。由于外加剂复配等方面的原因，目前防冻剂与聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂复配效果相比，其防冻害性能比萘系高效减水剂防冻型差一些。