萘系和聚羧酸系外加剂在混凝土应用中的性能比较

黎世严

一、 前言

聚羧酸系外加剂是直接用化工原料通过接枝共聚反映合成的高分子表面活性剂。化学上可以分为两类，以主链为甲基丙烯酸，侧链为羧酸基团和MPEG（Methoxy polyethylene glycol），聚酯型结构。另外一种为主链为聚丙烯酸，侧链为Vinyl alcohol polyethylene glycol，聚醚型结构。其作用原理为主链牢牢的吸附在水泥颗粒表面，能够有效的阻碍水化反应提高其保塑性，枝链则包围在水泥颗粒四周，起到空间位阻与静电排斥的双重作用，这与传统外加剂通过静电排斥分散水泥颗粒的机理完全不同。

聚羧酸系外加剂具有其他系外加剂无法比拟的优势，除具有高性能减水（最高减水率可达35%）、改善混凝土孔结构和密实程度等作用外，还能控制混凝土的坍落度损失，更好地控制混凝土的引气、缓凝、泌水等问题。它与不同种类的水泥都有较好的相容性，即使在低掺量时，也能使混凝土具有较高的流动性，并且在低水灰比时具有低粘度及坍落度经时变化小的性能。

但由于聚羧酸外加剂的合成条件相对较高，生产工艺较为复杂，因而聚羧酸外加剂的应用多在重大工程中使用。随着聚羧酸外加剂应用技术的积累和生产工艺的发展升级，生产成本大大降低和稳定性的提高，聚羧酸外加剂才开始有实质性的全面普及意义。

二、 聚羧酸外加剂的性能指标

根据试验计划，我们选用了以下四个供应商的聚羧酸外加剂样品与原有的两种萘系外加剂进行对比，。各外加剂的相关信息及性能指标见表1：

三、 混凝土试验及试验结果分析

根据我公司以往工程的混凝土等级强度分布及数量统计，我们有针对地由低标號到高标号选择C25、C40、C50、等3个强度等级的泵送混凝土进行对比试验。其中水泥使用飞鹿P.O42.5R水泥。粉煤灰使用乌石港Ⅱ级粉煤灰。萘系外加剂使用原有的广州昌特FDN-2，而聚羧酸系外加剂分别使用广州昌特CT-D、广州建盛JS-1000、广东瑞安LS-JS等三种进行对比试验。

具体试验思路如下：先以C25、C40、C50三个使用FDN-2萘系外加剂的配合比作为基准配比，在胶凝材料、砂、石不变的情况下再分别使用以上三种聚羧酸系外加剂，以坍落度190mm±10mm，扩展度480mm±20mm为基准，对比各材料合适的掺量及用水量。然后再根据三种聚羧酸系外加剂使用时混凝土的用水量设计出满足基准配合比水胶比的新混凝土配合比，再进行对比试验，综合对比各配合比的混凝土拌合物性能、混凝土力学性能、混凝土长期性和耐久性能以及配合比成本等各方面性能指标。并在不同的时间里进行三次对比试验，将试验数据取平均值，以此使对比试验具有代表性。

3.1 混凝土基准配比对比试验

同胶凝材料、砂石用量的情况下做到坍落度190mm±10mm，扩展度480mm±20mm时各外加剂掺量及用水量平均值见表2：

由表2可见，在胶凝材料、砂石用量不变，混凝土拌合性能以坍落度190mm±10mm，扩展度480mm±20mm为基准时，聚羧酸系外加剂根据有效成分浓度的不同掺量差别较大，与萘系外加剂的可比性没有体现。但由于聚羧酸系外加剂具有萘系外加剂所无法比拟的混凝土减水率，因而用水量大幅降低，且强度等级越高，减低的幅度有逐渐增大的趋势。根据理论计算，相同水胶比的情况下，用聚羧酸系外加剂比萘系外加剂可以减少胶凝材料20～40kg。

3.2 萘系混凝土配合比与新聚羧酸系配合比对比试验

根据三种聚羧酸系外加剂使用时混凝土的用水量及掺量，设计出满足基准配合比水胶比的新混凝土配合比，然后进行与原萘系外加剂配合比的对比试验。具体各配合比材料用量见表3、表4：

由表5、表6可见，用聚羧酸系外加剂比用萘系外加剂以下优势：一、混凝土拌合物性能上，用聚羧酸系外加剂，混凝土的流动性明显加大，且总体上在粘聚性良好的情况下，聚羧酸系混凝土的粘性会稍低，尤其在高强度混凝土时尤为显著，这些都有利于提高混凝土的可泵性，尤其对高强度混凝土的施工性能的改善尤为显著。二、混凝土两小时的坍落度损失情况要明显改善，甚至出现高强度混凝土中能保证2小时没有坍落度损失的情况，这大大有利于对混凝土质量的控制。三，混凝土力学性能上，用聚羧酸系外加剂对混凝土强度的发展更加有利，粉煤灰掺量有所提高的情况下下，7天强度和28天强度都依然比萘系外加剂混凝土高，尤其在高强度混凝土中使用则优势更加明显。且对试块的回弹数据显示，两种外加剂的混凝土回弹平均值和碳化深度均差别不大。而C50配合比90天抗压强度出现不规则，原因为试验用的碎石的强度不够高，导致抗压强度在70Mpa左右就会出现碎石不同程度的破坏，混凝土强度不能体现继续增长的趋势。四、混凝土耐久性能上，用聚羧酸系外加剂的混凝土在抗渗性上相比较用萘系外加剂并没有发生较大变化。另外，从试配中所做的试块可以观察到，用聚羧酸系外加剂，混凝土的泌水比用萘系外加剂的混凝土要少，试块的收缩性同样小于萘系外加剂的混凝土。

四、 混凝土试生产及浇筑构件各性能指标

为了解用聚羧酸系外加剂的混凝土在实际施工的应用效果，特别在2010年10月24号，以碧桂园城市花园北地块酒店及地下室一层梁板泵送C25作为试点，掺入广州昌特CT-D外加剂生产混凝土，按工地常规施工作业。前三车出场的坍落度分别为190mm、185mm、190mm，运输时间大约50min。到达施工现场实测坍落度分别为180mm、170mm、185mm，坍落度损失非常少，和易性较好。共计116方的混凝土泵送浇筑，较平时约提前一小时完工。混凝土出站前和施工现场都分别成型检测28天强度。站内成型试块7天和28天抗压强度分别为22.5和31.4Mpa，施工现场成型试块7天和28天强度分别为24.2和37.3Mpa。站内成型试块比试验室试配强度稍低，但仍富余强度较多，施工现场成型试块比站内的抗压强度要高，原因为施工方的养护温度要比站内养护温度高约1℃。从现场施工情况观察，楼板浇筑后，泌水比以往用萘系要少得多，故楼板表面干得比较快，需要施工方提前做养护措施，否则楼板开裂噶情况会更容易发生。

五、 结论

5.1 试验结果表明，聚羧酸系外加剂在混凝土拌合物性能、力学性能上都要优于萘系外加剂。尤其是高强度混凝土的使用中效果会更加显著。

5.2 用聚羧酸系外加剂的混凝土能在各方面性能指标保持平衡甚至有所改善的情况下明显降低混凝土的成本，节约能源、尤其在冬季能消除外加剂低温结晶所造成的不良影响，给公司带来更大的效益，建议可以普及使用聚羧酸系外加剂。

5.3 同时通过比较试验，广州昌特CT-D外加剂性能最优越，可以优先考虑使用。

2010年12月30日