聚羧酸高性能减水剂在京基100超高层C80高性能混凝土中应用

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　　摘要：深圳最高建筑地标――深圳京基100于2011年4月23日封顶，成为全球第五金融中心的代言。由于楼层极高，在建筑的材料的使用上尤为严格。为了达到京基100的技术指标，试验室严格挑选超塑化剂，通过大量跟水泥的适配试验和混凝土试配，多方面比较国产两家和国外品牌两家的聚羧酸高性能减水剂，找出最适宜的缓析型巴斯夫KJ-JS，并制订供以后生产进货时可实际操作的减水剂验收控制方式。关键字：聚羧酸高性能减水剂；C80高性能凝土；京基100
　　
　　1、选用聚羧酸系减水剂的必要性
　　 深圳京基100是目前深圳第一高楼，楼高441.8米。外框柱采用C80高性能砼，其中C80砼泵送到顶，泵送高度达441米，对砼有以下特殊要求：塌落度240-260mm，扩展度600mm以上，U型仪高度差小于5mm。为了满足对砼有以下特殊要求，同时保证如此之高的大楼的安全性，必须确立一个十分严格的技术指标，超塑化剂的选择是关键。
　　 经过考虑，在否决了技术指标明显不足的传统超塑化剂后，我们进行了大量跟水泥的适配试验和混凝土试配，并把目光投到市场上各种类型的聚羧酸系减水剂上。聚羧酸系减水剂具有独特的技术性能优势：一是掺量低，减水率高。二是与水泥的相容性高，黏聚性好易于搅拌。三是流动度保持性好。四是混凝土收缩率小，抗冻融能力和抗碳化能力高。五是增强效果显著，抗压强度大大提高。六是产品稳定性好，长期储存无沉淀、分层现象，低温无结晶析出。七是绿色环保，不含甲醛。
　　 出众的性能优势和市场上的逐渐推广，国内许多重要的技术指标高的工程已经大量使用这种新型减水剂，例如上海磁悬浮、上海环球金融中心、东海大桥、北京银泰大厦、杭州湾跨海大桥等。选择在京基100这一浩大工程中使用聚羧酸系减水剂是一个重要且必要的明智决定，符合对超高层大楼的技术要求，能最大限度地保证其安全性、耐久性和稳固性。
　　2、各类型聚羧酸减剂的适配情况
　　 针对萘系和聚羧酸系的减水剂，我们进行了一系列的减水剂与水泥适应性测试，获得相关数据（见表格1）。由于萘系减水剂适应性明显低于聚羧酸系减水剂，且存在不环保的因素，因而被舍弃，试验室决定选用聚羧酸系减水剂。
　　 表格1减水剂与水泥适应性试验结果
　　 外加剂 适应性好 所占比例 适应性一般 所占比例 不适应 所占比例
　　 萘系 8 53% 4 27% 3 20%
　　 聚羧酸系 9 60% 4 27% 2 13%
　　 在确定使用聚羧酸系减水剂后，试验室明确了它的产品性能要求（见表格2）。现时大部分国内企业技术相对落后，对国内复杂的原材料缺乏有效的调节手段，母液性能较差。国内大概有20家左右技术手段相对全面的综合性企业，国内产品质量与进口产品存在一定差距。
　　 表格2聚羧酸系减水剂产品性能要求
　　 序号 项目 指标 备注
　　 1 水泥净浆流动度，mm ≥240 按《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB/T8077）检验
　　 2 硫酸钠含量，% ≤1.0
　　 3 氯离子含量，% ≤0.01
　　 4 碱含量(Na2O+0.658K2O),% ≤0.2
　　 5 含气量，% 用于配制非抗冻混凝土时 ≤3.0 按《混凝土外加剂》（GB8076）检验
　　 用于配制抗冻混凝土时 ≤4.5
　　 6 坍落度保留值，mm 30min ≥180 按《混凝土泵送剂》（JC473）检验
　　 60min ≥150
　　 7 常压泌水率比，% ≤20 按《混凝土外加剂》（GB8076）检验
　　 8 压力泌水率比，% ≤90 按《混凝土泵送剂》JC473检验
　　 9 抗压强度比，% 3d ≥130 按《混凝土外加剂》（GB8076）检验
　　 7d ≥125
　　 28d ≥120
　　 10 对钢筋锈蚀作用 无锈蚀
　　 11 收缩率比，% ≤135
　　 12 相对耐久性指标，%，200次 ≥80
　　
　　 试验室比较了HPC－2和HPC－3这两种聚羧酸系减水剂，发现HPC－3聚羧酸减水剂具有低掺量、高减水率、良好的增强效果、优秀的坍落度保持性、与水泥适应性较好等一系列特点。但其混凝土等级只是C60，尽管收缩、徐变比传统混凝土减少约1／3，它仍不能满足京基100C80高性能凝土的要求，不能成为我们的选择。
　　 表格 3聚羧酸系减水剂主要技术性能
　　 代号 HPC－2 HPC－3
　　 种类 高减水型 高保坍型
　　 外观 浅黄色 浅黄色
　　 PH值 6～7 6～7
　　 规格 20% 20%
　　 复配产品 （早强型、缓凝型、抗冻型） （保坍型、缓凝型、抗冻型）
　　 改善混凝土收缩性能和徐变性能
　　 混凝土保坍性能 60min无损失、90min损失0-5cm 180min损失0-5cm
　　 20%浓度减水率 25～35 20～30%
　　 氯离子 不含 不含
　　 碱含量 <0.1 <0.1
　　 缓凝时间 +30～60 +30～+90
　　 强度 3d抗压强度提高至130～200%，28d抗压强度提高至120～160%
　　 推荐掺量 对于普通的混凝土，掺胶凝材料重量的0.4～1.5%，自流平或高强性能混凝土，掺胶凝材料重量的0.7～2.0%
　　
　　
　　
　　3、聚羧酸系高性能减水剂的比较和适配情况
　　
　　 经过以上比较，我们最终把目光投放到聚羧酸系高性能减水剂上。试验室从严要求，切实进行了聚羧酸系高性能减水剂净浆性能试验、砂浆性能试验、混凝土性能试验，总结出如下结论：
　　
　　 一是聚羧酸系高性能减水剂比萘系等传统高效减水剂在减水率、抗压强度、收缩率、泌水率、坍落度保持性等关键性能方面，普遍具有相当高的性能优势。
　　
　　 二是聚羧酸系高性能减水剂配制的净浆的性能规律与混凝土的性能规律并不直接相关，为了不造成不必要的错失，绝不能简单地用净浆的规律来推断混凝土的性能。
　　
　　 三是聚羧酸系高性能减水剂对不同水泥的作用结果不同，甚至大相径庭。经试验可以看出，聚羧酸高性能减水剂在京基100超高层C80高性能凝土中的应用具有明显优势，满足一系列的技术指标。
　　
　　 四是GB 8076－2008中有关高效减水剂的性能评价或约束指标限定值多数不适用于评价聚羧酸系高性能减水剂的性能，因此需要制定关于聚羧酸系高性能减水剂的专门标准。
　　
　　 我们在确立了以聚羧酸高性能减水剂为生产使用对象后，选取国内福建某公司生产的TS-1、上海某公司生产的GJ-80及国外品牌和韩国LG公司生产的CP-WR、德国巴斯夫生产的KJ-JS。通过试验和调配检测，我们发现，国产两家的减水剂在适配性上存在一定的问题，如两小时坍落度和扩展度损失大，其次是砼和易性差。由于这些问题的存在，这两家的减水剂都不能满足超高泵送要求，达不到京基100的技术指标而被舍弃。在对国外品牌的聚羧酸高性能减水剂试验比较中，我们发现国外一家的损失可以，但粘聚性稍差，同样不能满足泵送要求。最后，试验人员发现，在众多品牌中，只有巴斯夫这一德国化学公司生产的KJ-JS型号减水剂基本满足要求。有关人员把坍落度、扩展度、砼和易性等试验结果整理记录，现附上坍落度/扩展度资料（见表格4）。

　　
　　 表格4 各组新拌混凝土的坍落度/扩展度损失
　　 组别 坍落度/扩展度（mm）
　　 初始 60min 120min
　　 基准 105
　　 TS-1 220/540 175/330 125/255
　　 GJ-80 210/495 150/305 90/205
　　 CP-WR 250/670 230/580 200/510
　　 KJ-JS 255/680 250/675 240/650
　　
　　 此后，工作人员对巴斯夫KJ-JS在上述试验基础之上配制两个型号样，发现一个减水率更高，掺量小，但另一个缓析型的巴斯夫KJ-JS保坍保塑更好，掺量稍大，最后选定后者作为生产使用的目标，制订供以后生产进货时可实际操作的减水剂验收控制方式。
　　
　　总结：
　　 在对聚羧酸系减水剂的性能测试的同时，我们大量进行水泥的适配试验和混凝土试配，比较了不同系列、不同型号的减水剂，发现聚羧酸系高性能减水剂最合适京基100超高层C80高性能凝土，符合“塌落度240-260mm，扩展度600mm以上，U型仪高度差小于5mm”的要求，能最大程度确保大楼的安全性。此外，试验室根据试验数据，最终选定巴斯夫KJ-JS缓析型的聚羧酸高性能减水剂，制订了供以后生产进货时明确的可实际操作的减水剂验收控制方式，力求更快更好地完成京基100的技术指标。
　　
　　
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　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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