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聚羧酸类高效减水剂应用中的问题浅析

2023-06-02

  上世纪八十年代末,为满足高强混凝土、大流动性混凝土及混凝土高耐久性的技术需求,日本、美国、德国等国家开始了聚羧酸类高效减水剂的研究。我国许多科研院所及高校于九十年代也开始了上述产品的研制。据有关报道,目前已有数十家企业可以生产此类产品,生产品种多为甲基丙烯酸/烯酸甲酯共聚物,丙烯基醚共聚物,酰胺/酰亚胺等与国外研究路线基本相近。

国内有关报道所显示的一些产品检测数据显示:该产品的共有特点是“低掺量、高减水、低收缩、低坍损及高耐久性”,实是一种多功能优质高效减水剂,也是国内外混凝土外加剂的发展方向。为全面推广聚羧酸类减水剂,有关单位近几年已举办了近十次有关聚羧酸酸高性能减水剂的产品研讨会或产品推介会,国内有关杂志发表的有关聚羧酸减水剂的技术论文,笔者所见已近百篇。可以说,研制并生产聚羧酸类减水剂在我国已形成了一股热潮。但笔者感到不解的是,几年来还没有一家外加剂厂真正在大批量生产此类产品。笔者熟悉的广东、江苏、上海几所较大外加剂厂聚羧酸产品月销量只有百吨或数百吨,多数将开发此类产品作为企业的技术储备,甚至将该产品在国内一些重点工程应用作为一个提高企业知名度的宣传措施。笔者认为,影响聚羧酸类产品大量普及应用的真正原因应该是:一、对该产品的应用技术研究不够;二、多数企业缺乏对系列化产品工艺的独立设计能力,生产品种较为单一;三、目前国内混凝土工程百分之九十为C40以下普通混凝土,而目前国产聚羧酸类产品与常用外加剂复配产品相比没有技术及经济效益优势。现就聚羧酸类产品应用中所发现的问题浅析如下:

一、 聚羧酸类产品的应用范围

  由于此关产品的优势是高减水、高增强。因此它适用于配制高强混凝土、大流动性混凝土,加之它的高保塑性,用于高强商品混凝土施工更能发挥技术优势。目前即使在应用面较大的日本,低标号混凝土中聚羧酸产品应用面也不十分广范。

笔者曾多次在C30低标号混凝土中将聚羧酸高效减水剂与常用以萘系高效减水剂为主剂的复合产品进行对比测试,试验结果表明,在C30混凝土施工中,聚羧酸类产品毫无技术优势,混凝土早期强度甚至低于萘系产品,应用成本聚羧酸类更高。目前国内缺少适用于低标号混凝土价廉物美的品种。

在C40泵送混凝土施工中发现,聚羧酸类产品虽然有一定引气性,有利于泵送施工,但由于该产品会增大混凝土粘稠度,泵送施工需增大泵压,因此,应用中也失去了一定优势。

二、聚羧酸类减水剂对水泥适应性

  施工单位对与外加剂与水泥适应性,主要是指对混凝土流动性的改善及混凝土坍落度的保持性能。对水泥适应性而言,聚羟酸类产品明显占有一定优势。但由于我国水泥产品矿化成份较为复杂,加之掺合料的大量应用,聚羧酸类产品对不同水泥仍存在水泥适应性问题。用于高碱水泥,比表面积较大或水泥中C3A含量较高的水泥,水泥中调凝剂石膏存在一定问题的水泥,与其它减水剂一样同样也不适应。我们收集了广东江苏用量较大的15种普硅水泥,用萘系高效减水剂与聚羧酸类高效减水剂同做水泥适应性试验,结果见下表:

外加剂品种

适应性好

(种)

所占比例%

适应性一般

(种)

所占比例%

不适应

(种)

所占比例%

萘系高效

8

53

4

27

3

20

聚羧酸高效

9

60

4

27

2

13

  从上表可以看出,聚羧酸类高效减水剂对水泥适应性高于萘系产品,但仍有两种水泥聚羧酸类不能适应(占13%),所谓聚羧酸类减水剂水泥适应性好只是与萘系产品相对而言。我们在试验中发现,用于可溶性硫酸盐较高的水泥,聚羧酸类减水剂甚至不如萘系低浓效果好。这可能是硫酸根离子与聚羧酸减水剂对水泥竞争吸附的结果,也可能是大量硫酸根离子使聚羧酸外加剂中的EO链产生了收缩,减弱了EO链的立体位阻效应。笔者认为,所见有关报道“聚羧酸类减水剂对水泥适应性好”不应被无限夸大,只能是相对而言,绝不是该产品对任何水泥都能适应。

三、 聚羧酸类减水剂对混凝土收缩性能的影响

  对于聚羧酸减水剂的减缩功能机理目前仍在研究中,很可能与由于减水并减少了胶凝材料用量有关,也可能与大幅度降低了溶液的表面张力有关。

我们测试了多种国产及日本产品,它们的减缩率相近,一般多为10%左右,个别产品能达到15%,而许多报道中都宣称减缩率可达20%以上,不知是否有所夸张?我们也测试了以萘系高效为主剂复配了聚醚类减缩剂产品,它的减缩率明显高于聚羧酸类产品。不难看出,降低混凝土收缩率并非只有聚羧酸类产品可以达到。

四、 聚羧酸类减水剂的引气性

  混凝土适当引气可以明显改善混凝土的可泵性、保水性、防止混凝土泌水分层离析,还可以提高混凝土抗渗、抗冻等耐久性能。而如果混凝土含气量过大会影响混凝土强度。混凝土耐久性也并非含气量越高耐久性越好。笔者测试的几种聚羧酸类减水剂上,含气量明显偏高,甚至达到5-6%,混凝土也显得太稠,这也是该产品的弱势所在。经试验,只有降低该产品的掺用量或同掺消泡剂才能解决这种现象,而如果掺量过少不能发挥该产品的性能优势。目前国产多种消泡剂对聚羧酸类产品不能相溶,这是该产品有待解决的难题。

五、 聚羧酸类减水剂与其它外加剂的相溶性

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