聚羧酸系高性能减水剂在南水北调中线工程中的应用分析

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　　摘要：本文阐述了聚羧酸系高性能减水剂的优缺点，简要说明了该类减水剂在南水北调中线工程中的应用，分析了出现问题的原因，并为施工单位选择适宜的减水剂提供了参考。
　　关键词：聚羧酸系 高性能 减水剂 南水北调
　　引言
　　南水北调中线干线工程是举世瞩目的重点工程，对混凝土的要求更是精益求精，为了达到要求标准，施工单位在选择混凝土配合比时，对外加剂的选择非常苛刻，很多标段同一混凝土标号都做了两套外加剂的配合比作为备用。自2003年南水北调中线干线工程开工以来，聚羧酸系高性能减水剂被很多施工标段选用，混凝土质量经过了考验。但是，在使用过程中也出现了一些问题，下面对应用情况进行综合分析。
　　1聚羧酸系高性能减水剂特点
　　聚羧酸系高性能减水剂为非离子型减水剂，它与普通减水剂相比，具有减水率高、掺量低、坍落度损失少和无环境污染等优点，是配置水泥用量少、和易性好、物理力学性能好、耐久性好的高性能混凝土的优选材料。
　　1.1聚羧酸系高性能减水剂的优点
　　(1)保坍性好，90min内坍落度基本不损失或损失较小。
　　(2)在相同流动性情况下，对水泥凝结时间影响较小，可很好地解决减水、引气、缓凝、泌水等问题。
　　(3) 聚羧酸系高性能减水剂可以通过调节分子结构，制备具有特殊性能和用途的减水剂，如：低温高早强型、零坍落度损失型、抗收缩型等。
　　(4)使用聚羧酸系高性能减水剂，可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥，从而使成本降低。
　　(5)合成高分子主链的原料来源较广，单体通常有：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯等。
　　(6)分子结构上自由度大，外加剂制造技术上可控制的参数多，高性能化的潜力大。
　　(7)聚合途径多样化，如共聚、接枝、嵌段等。合成工艺比较简单，由于不使用甲醛、萘等有害物质，不会对环境造成污染。
　　1.2聚羧酸系高性能减水剂的缺点
　　(1)产品性能的稳定性存在局限。在一定程度上，这一缺陷是由于我国的水泥品种太多、掺合料复杂、聚羧酸制备工艺不成熟造成的。
　　(2)在复配过程中，对引气剂、消泡剂的选择性较强。通过试配试验及使用经验可以发现，不同厂家、不同品牌的聚羧酸盐减水剂必须通过大量的试验来选择合适的引气剂和消泡剂。这一现象主要是由于聚羧酸盐减水剂的合成中，对聚合活性单体的选择性很大，不同的生产厂家可能聚合时使用的单体类型及合成工艺不尽相同，从而使得最终合成的聚羧酸减水剂在分子量、分子量分布以及链结构等方面都会存在着较大的差异，所以其本身的引气性就会有很大的不同。
　　(3)在配置高强高性能混凝土、自密实混凝土过程中，存在着混凝土粘性太大、泵压太高的问题。这是由于目前国内市场上95%以上的聚羧酸盐产品，都属于第一代甲基丙烯酸系的聚羧酸减水剂，其结构上的缺陷是其在配制高强混凝土时出现粘性太大的基本原因。
　　2聚羧酸系高性能减水剂在南水北调中线工程中的应用
　　2.1首先开工的南水北调中线应急供水工程京石段工程中，C40标号以下的混凝土如：渠道、倒虹吸管身、闸室等，普遍应用的是萘系高效减水剂，在桥梁、渡槽、PCCP管芯混凝土等重要部位C50标号以上的混凝土采用的是聚羧酸系高性能减水剂。经过奥运会期间，经河北调水到北京，流经京石段南水北调渠道，质量经过了事实的考验。
　　2.2在南水北调中线天津干线工程，有几个标段把萘系高效减水剂更换为聚羧酸系高性能减水剂。究其原因，主要有三：一是天津地区地质的特殊条件及砂石料条件，混凝土配合比采用的胶凝材料为水泥、粉煤灰及矿渣粉掺合料；二是施工条件的限制，采用的是泵送混凝土，坍落度为14-18cm；三是由于天津地下水氯离子含量较高，碱含量较高，在设计方案中对混凝土胶凝材料要求很严格，要求外加剂碱含量<5%。施工单位在使用了一段时间萘系高效减水剂后，发现双掺粉煤灰、矿粉拌和的混凝土，出现了坍落度损失较大、达不到碱含量要求的问题，所以更换为聚羧酸系高性能减水剂。更换后，经质量检测，混凝土的各项性能指标均达到要求。
　　2.3南水北调中线漳河南至黄河北段工程中，萘系高效减水剂和聚羧酸系高性能减水剂同样受到施工单位重视，碱含量要求严格的标段，施工单位选择了聚羧酸系高性能减水剂。
　　2.4在南水北调中线漳河北至古运河南段工程中，聚羧酸系高性能减水剂的优势逐渐得到施工单位的认同，很多标段不但在高标号混凝土配合比中选用，而且在C30混凝土配合比中也选用了聚羧酸系高性能减水剂。
　　3聚羧酸系高性能减水剂在使用过程中出现的问题及原因
　　聚羧酸系高性能减水剂成功用于南水北调PCCP工程，是高强混凝土实现高性能化的必然选择。南水北调工程较高强度设计等级为C60 PCCP管芯、水北沟C60混凝土渡槽，其次为漕河渡槽C50三向预应力混凝土和穿黄工程C50预制管片及一些生产桥预制梁。这些工程重点部位采用该品种外加剂，除考虑骨料碱活性反应而控制混凝土总碱量外，一个重要的原因是对水工高强混凝土抗裂性的重视。通过工程应用，在解决设计和施工需求的同时，也应该看到应用中存在的问题，以利于更好地选择和应用聚羧酸系高性能减水剂。
　　3.1与胶凝材料的相容性问题
　　一般都认为聚羧酸系高性能减水剂与水泥和胶凝材料的相容性要好于萘系减水剂，这容易造成误解。实际上，任何一种减水剂在使用过程中必须考虑与胶凝材料的相容性问题，聚羧酸减水剂也不例外。如漕河渡槽泵送混凝土，相同的配合比在两个施工单位却出现截然不同的情况，一个工作性良好，泵送容易，而另一家施工单位却出现无法泵送的情况，区别只是采用了不同厂家的水泥。在PCCP混凝土拌和中掺用的粉煤灰，一个厂家生产的管材外观均匀，质量良好，而另一个企业的产品则出现离析、颜色不均匀的情况，区别是采用的减水剂品种不同。
　　3.2坍落度控制问题
　　坍落度控制包括两个方面。一方面是坍落度损失的控制，这一点在高流动度的泵送混凝土和自密实混凝土中已得到很好的解决，但在水工低坍落度混凝土（5cm～7cm），如溢流面抗冲磨混凝土却没有很好解决，混凝土出机口工作性良好，随时间的延长很快出现板结和强的触变性。另一方面是聚羧酸系高性能减水剂对混凝土的用水量影响显著，特别在低坍落度情况下，用水量的微小变化对坍落度的影响大，直接影响混凝土的浇筑与施工质量控制困难。
　　3.3含气量的问题
　　试验和施工中都发现，部分厂家的聚羧酸系高性能减水剂的含气量较大，且每个批次都有所变化，虽然满足规范要求，但不满足工程需要。如PCCP管材，脱模后要求混凝土表面光洁，颜色均匀，若出现大于5mm的气孔必须进行修补，因此要求外加剂不能引气。而对于大型渡槽和溢流面抗冲磨混凝土，因有较高的抗冻设计等级，要求减水剂的引气量要小，不能含有对引气剂不利的消泡成分，并与引气剂有很好的相容性。
　　4结论
　　(1)混凝土施工技术要求及现场施工条件，是选择减水剂品种的首要依据。
　　(2)选择聚羧酸系高性能减水剂时，要实地考察生产厂家，对厂家的生产设备及生产工艺进行比较，选择工艺成熟、质量稳定的减水剂品牌。
　　(3)在对碱骨料反应有特殊要求的重要工程中，利用聚羧酸系高性能减水剂碱含量低的特性，可以有效地解决北方地区由于水泥含碱量较高造成的混凝土中总碱含量超过规定值问题。
　　(4)实践证明，利用聚羧酸系高性能减水剂，采用合理的混凝土配合比配制高强混凝土，混凝土外观质量光洁平滑，色泽一致，完全可以满足高强混凝土施工要求。
　　(5)在保证混凝土强度的前提下，尽量减少减水剂的掺量，既能改善拌合物的性能，又不失为一种经济的做法。
　　

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