聚羧酸系高性能減水劑（以下某些段落中簡(jiǎn)稱PCE 劑）是近年來在國內(nèi)外出現(xiàn)的新一代高性能減水劑。相比于萘系等傳統(tǒng)的高效減水劑，聚羧酸系高性能減水劑具有許多獨(dú)特的技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)：

（1）摻量低，減水率高；

（2）對(duì)混凝土拌合物的流動(dòng)度保持性好；

（3）與水泥的相容性好；

（4）配制的混凝土收縮率小，有利于改善混凝土體積穩(wěn)定性和耐久性；

（5）生產(chǎn)及使用過程中環(huán)保無污染，屬于綠色外加劑。

 

    正是由于上述性能優(yōu)勢(shì)，聚羧酸系高性能減水劑近年來開始在國內(nèi)引起工程界的廣泛重視，許多重要工程已經(jīng)大量使用這種新型減水劑，例如上海磁懸浮、上海環(huán)球金融中心、杭州灣跨海大橋、東海大橋、北京銀泰大廈、北京首都國際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程等?？梢灶A(yù)見，由于上述諸多獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，聚羧酸系高性能減水劑必將迅速成為減水劑市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。

 

    GB8076 等標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)高效減水劑系列的試驗(yàn)方法及其指標(biāo)是針對(duì)于萘系等傳統(tǒng)高效減水劑的，由于聚羧酸系高性能減水劑許多性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)高效減水劑，原有標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)試驗(yàn)方法及指標(biāo)取值范圍已經(jīng)不適用于聚羧酸系高性能減水劑或不能充分地反映其性能優(yōu)勢(shì)，所以需要尋求新的試驗(yàn)方法，確定新的指標(biāo)取值范圍來評(píng)價(jià)聚羧酸系高性能減水劑性能。

 

    由中國建筑科學(xué)研究院作為主編單位，組織10 余家參編單位，正在制定《聚羧酸系高性能減水劑》的國家建筑工程產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)制定工作從2004 年11 月開始啟動(dòng)，目前已經(jīng)完成了全部試驗(yàn)工作，并即將形成征求意見稿。本文內(nèi)容就是根據(jù)各參編單位對(duì)國內(nèi)外的11 種聚羧酸系減水劑進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)整理而成。

 

2.1 凈漿流動(dòng)度及其損失

    按照GB/T 8077－2000“混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法”進(jìn)行凈漿流動(dòng)度測(cè)試。測(cè)試水泥凈漿在玻璃板上流動(dòng)30s 時(shí)的直徑，作為初始凈漿流動(dòng)度。 等到漿體停止流動(dòng)時(shí)，再測(cè)一次最終擴(kuò)展直徑（簡(jiǎn)稱最大流動(dòng)度），作為初始凈漿最大流動(dòng)度。分別于1h、2h 之后測(cè)得凈漿流動(dòng)30s 的流動(dòng)度和凈漿最大流動(dòng)度。

 

2.2 砂漿減水率

    按照GB/T 8077－2000“混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法”進(jìn)行砂漿減水率測(cè)試。

 

2.3 混凝土性能檢測(cè)

 

2.3.1 參照GB8076－1997“混凝土外加劑”，設(shè)計(jì)配合比a：

水泥：330kg/m3

砂： 710 kg/m3

碎石：1155 kg/m3

參照GB 8076－1997，利用配合比a 來進(jìn)行減水率、泌水率比、含氣量、凝結(jié)時(shí)間差、抗壓強(qiáng)度比、28d 收縮率比試驗(yàn)。基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土（即摻PCE 劑的混凝土，下同）坍落度均控制為（80mm±10mm）。

 

2.3.2 參照J(rèn)C473－2001“混凝土泵送劑”，設(shè)計(jì)配合比b：

水泥：390kg/m3

砂： 782 kg/m3

碎石：994 kg/m3

參照J(rèn)C 473－2001，利用本配合比來進(jìn)行泌水率比、含氣量、混凝土拌合物1h 和2h坍落度損失率及坍落擴(kuò)展度損失率試驗(yàn)?；鶞?zhǔn)混凝土坍落度控制為（100mm±10mm），受檢混凝土坍落度控制為（210mm±10mm）。利用本配合比測(cè)定減水率時(shí)，試驗(yàn)方法參照GB8076－1997，但是基準(zhǔn)混凝土和受檢混凝土的坍落度都控制為（100mm±10mm）。

 

    以下分析是在若干個(gè)單位分別對(duì)11 個(gè)聚羧酸系高性能減水劑進(jìn)行測(cè)試的實(shí)測(cè)結(jié)果基礎(chǔ)上而進(jìn)行的。

 

3.1 凈漿性能試驗(yàn)

 

3.1.1 采用基準(zhǔn)水泥：

    由各單位的實(shí)測(cè)結(jié)果得出的共同規(guī)律是：凈漿流動(dòng)30s 的流動(dòng)度（F0）及其損失規(guī)律與凈漿最大流動(dòng)度（D0）及其損失規(guī)律類似，多數(shù)樣品的F0 介于270mm~300mm，只有一個(gè)樣品的F0 小于200 mm，D0 介于280 mm～320 mm；在1h 或2h 后各樣品的F0 或 D0 均有所損失；F0 或 D0 的1h 損失率，最小的僅有不到3％，最大的卻高達(dá)近50％，2h 損失率最小的不到7％，最大的達(dá)到近50％；前1h 的損失速度明顯大于后1h 的損失速度，大多數(shù)樣品的F0 或 D0 后1h 的損失率小于10％，有的樣品后1h 的損失率幾乎為零，這說明對(duì)于凈漿來說，2h 內(nèi)流動(dòng)度損失主要集中于前期。在測(cè)試過程中，有的樣品配制的凈漿發(fā)生了泌水現(xiàn)象。

 

    通過比較，發(fā)現(xiàn)F0 與D0 數(shù)值比較接近，經(jīng)時(shí)損失率發(fā)展規(guī)律也類似，所以，為了提高試驗(yàn)效率，同時(shí)為了便于確定測(cè)試終點(diǎn)時(shí)間（30s），建議采用F0。

 

3.1.2 采用地方水泥：

    當(dāng)采用不同的地方水泥進(jìn)行凈漿性能測(cè)試時(shí)，產(chǎn)生的結(jié)果大相徑庭。一方面，不同樣品對(duì)同一種水泥的作用結(jié)果不同。例如當(dāng)采用某水泥C1 時(shí)，某些樣品的F0 或 D0 在1h 甚至2h 后都不僅沒有損失反而增大（見表1），而采用同一種水泥某些樣品的F0 或 D0 卻損失明顯（見表2）。

 

 

    另一方面，同一個(gè)樣品對(duì)不同水泥的作用結(jié)果也差別很大。例如同一樣品對(duì)一種水泥作用后， 1h 甚至2h 后的流動(dòng)度或最大流動(dòng)度沒有損失而是增大的，對(duì)另一種水泥作用后，1h 或2h 后的流動(dòng)度和最大流動(dòng)度卻明顯損失（見表3）。由表3 也可以看出，同一樣品對(duì)不同水泥作用后的初始流動(dòng)度和最大流動(dòng)度也差別很大。這些現(xiàn)象在一定程度上反映出，同一聚羧酸系高性能減水劑對(duì)不同水泥的減水率不同，也預(yù)示出對(duì)不同水泥配制的混凝土的坍落度保持效果不同，這將在后面的混凝土試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中得以驗(yàn)證。

 

3.2 砂漿性能試驗(yàn)

 

3.2.1 基準(zhǔn)水泥：

    砂漿減水率最大的達(dá)到29%，最小的僅有16%，可見同樣是聚羧酸產(chǎn)品，采用同樣的基準(zhǔn)水泥，砂漿減水率差別很大。這一差別在后續(xù)的混凝土減水率中也將有體現(xiàn)。

 

3.2.2 地方水泥：

    在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，同一樣品對(duì)不同水泥的砂漿減水率不同，有的差別還較大，例如某樣品對(duì)一種水泥的砂漿減水率是24%，對(duì)另一種水泥的砂漿減水率卻高達(dá)30%。另外，同一樣品在此水泥的砂漿拌合物試驗(yàn)中并沒有出現(xiàn)泌水、氣泡多、沉降離析等現(xiàn)象，但是在彼水泥的砂漿試驗(yàn)中卻出現(xiàn)了這些現(xiàn)象。上述情況也進(jìn)一步說明聚羧酸系高性能減水劑同樣存在與不同水泥的相容性不同的問題。

 

3.3 混凝土性能試驗(yàn)

3.3.1 試驗(yàn)采用配合比a、基準(zhǔn)水泥，參照GB 8076－1997，進(jìn)行如下測(cè)試：

（1）減水率：

    不同樣品對(duì)混凝土的減水率不同，有的樣品混凝土減水率高達(dá)33%，有的樣品則僅有20%，但是最小的減水率也遠(yuǎn)高于GB8076－1997 中高效減水劑一等品不低于12%的減水率。就這一點(diǎn)而言，采用GB8076－1997 中減水率指標(biāo)來衡量聚羧酸系高性能減水劑的減水性能已經(jīng)不能很好地反映出聚羧酸系高性能減水劑產(chǎn)品之間的優(yōu)劣。

 

    總體看來，與基準(zhǔn)水泥的砂漿減水率相比，混凝土減水率普遍高于砂漿減水率。

 

（2）泌水率比：

    綜合大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，各種聚羧酸系高性能減水劑樣品的混凝土拌合物泌水率比普遍都很?。ㄆ毡樾∮?0%，大多數(shù)小于10%），很多樣品配制的受檢混凝土的泌水率為零，可以認(rèn)為，聚羧酸系高性能減水劑對(duì)混凝土的保水性能普遍較好。所以，GB8076－1997 中高效減水劑一等品泌水率比不大于90%的指標(biāo)要求對(duì)于聚羧酸系高性能減水劑過于寬松，無法體現(xiàn)出聚羧酸系高性能減水劑良好保水性的優(yōu)點(diǎn)。

 

（3）含氣量：

    試驗(yàn)過程中，有些樣品的混凝土拌合物的漿體中出現(xiàn)了很多氣泡而且氣泡尺寸較大。由于所采用的測(cè)試儀不同及操作環(huán)節(jié)方面的差別，不同的試驗(yàn)實(shí)施單位測(cè)得的含氣量數(shù)值差別很大，同一樣品，有的單位測(cè)得的含氣量高達(dá)8%以上，有的單位測(cè)得的僅為3%。但是，從各個(gè)單位的測(cè)值看出，不同樣品之間混凝土的含氣量差別也較大，測(cè)值高的含氣量可達(dá)測(cè)值低的含氣量的兩倍以上。這說明不同的聚羧酸系高性能減水劑的引氣性能差別較大，在制定聚羧酸系高性能減水劑產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)予以充分考慮。

 

（4）凝結(jié)時(shí)間差：

    在所測(cè)試的11 個(gè)樣品中，有兩個(gè)樣品的初凝和終凝時(shí)間都比基準(zhǔn)混凝土縮短，其他樣品則都比基準(zhǔn)混凝土凝結(jié)時(shí)間延長，不同樣品的凝結(jié)時(shí)間延長程度差別較大，但是不少樣品的混凝土凝結(jié)時(shí)間延長值都大于120min（見表4），呈現(xiàn)出一定的緩凝效果。由凝結(jié)時(shí)間測(cè)試結(jié)果看出，以GB8076 中高效減水劑的混凝土凝結(jié)時(shí)間差指標(biāo)（－90min ~ +120min）來約束聚羧酸系高性能減水劑并不合適，應(yīng)該重新確定指標(biāo)取值范圍。

 

（5）抗壓強(qiáng)度比：

    綜合各單位測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，幾乎所有樣品1d、3d、7d 的抗壓強(qiáng)度比都遠(yuǎn)大于GB8076-1997 中高效減水劑一等品的相應(yīng)齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度比指標(biāo)要求，例如1d、3d、7d 抗壓強(qiáng)度比最高的分別達(dá)到240%、200%、200%以上，低的也分別達(dá)到了180%170%、160%以上，但是對(duì)于28d 抗壓強(qiáng)度比，則有的樣品的抗壓強(qiáng)度比遠(yuǎn)高于GB8076-1997 中高效減水劑一等品的120%的28d 抗壓強(qiáng)度比指標(biāo)要求（達(dá)到了170%以上），有的則高出并不（125%~130%），有兩個(gè)樣品甚至還小于120%（僅為113%~116%）。所以，對(duì)于聚羧酸系高性能減水劑的混凝土抗壓強(qiáng)度比，采用GB8076-1997 中的相關(guān)指標(biāo)也是不適合的，需要另行確定指標(biāo)。

 

（6）收縮率比：

    摻聚羧酸系高性能減水劑的受檢混凝土28d 收縮率比，僅一個(gè)樣品達(dá)到了120%，其余的都在110%以內(nèi)，而且在105%以內(nèi)的居多數(shù)，有幾個(gè)樣品的收縮率比甚至在100%以內(nèi)（但都在90%以上）。就這一點(diǎn)而言，聚羧酸系高性能減水劑混凝土的收縮率明顯小于萘系等傳統(tǒng)高效減水劑配制的混凝土（后者的28d 收縮率比一般都會(huì)達(dá)到120%以上），這十分有利于保證混凝土的體積穩(wěn)定性及耐久性，十分適合于配制以耐久性為核心特征的高性能混凝土。GB8076-1997 中對(duì)高效減水劑等的混凝土28d 收縮率比要求為不大于135%，顯然，這一指標(biāo)對(duì)于聚羧酸系高性能減水劑來說過于寬松，不能體現(xiàn)出聚羧酸系高性能減水劑相對(duì)于萘系等傳統(tǒng)高效減水劑收縮率低的優(yōu)點(diǎn)。

 

3.3.2 采用配合比b、基準(zhǔn)水泥，參照J(rèn)C473-2001，進(jìn)行下列試驗(yàn)：

（1）常壓泌水率比：

    總體來看，采用配合比b，拌合物的常壓泌水性能和配合比a 相比沒有明顯變化，大多數(shù)樣品的拌合物泌水率比很小，而且多數(shù)樣品的拌合物泌水率為零。這一試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步反映出聚羧酸系高性能減水劑對(duì)混凝土拌合物的保水性能普遍較好。

 

（2）含氣量：

    采用采用配合比b 測(cè)得的拌合物含氣量與配合比a 相比也沒有明顯變化，兩者數(shù)值較為接近。

 

（3）拌合物1h 和2 h 坍落度損失率及坍落擴(kuò)展度損失率

    拌合物初始坍落度控制在210mm±10mm，并測(cè)定其初始坍落擴(kuò)展度，之后測(cè)定1h 和2 h 坍落度保留值及坍落擴(kuò)展度保留值。

 

    試驗(yàn)結(jié)果表明，拌合物的初始坍落擴(kuò)展度一般介于450mm~510mm 之間；采用基準(zhǔn)水泥的拌合物的坍落度損失普遍較快，1h 后的損失率一般達(dá)到20%~40%（損失快的達(dá)到近80%），2h 后的損失率一般在50%~80%之間；坍落擴(kuò)展度一般在2h 后就很難測(cè)得（拌合物基本不擴(kuò)展），有的樣品的拌合物在1h 之后就已經(jīng)不擴(kuò)展了。但是，采用某些地方水泥，聚羧酸系高性能減水劑配制的拌合物的坍落度損失就小得多，這將在后文專門敘述。

 

    另外，與前面已經(jīng)分析過的基準(zhǔn)水泥凈漿試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可以看出，凈漿的流動(dòng)度保持效果與混凝土拌合物流動(dòng)度保持效果并不直接相關(guān)：同一樣品，同樣采用基準(zhǔn)水泥，凈漿1h 流動(dòng)度損失率為7.5%，混凝土拌合物1h 坍落度損失率卻高達(dá)42%；也有樣品使得凈漿1h 流動(dòng)度損失率高達(dá)37%，混凝土拌合物1h 流動(dòng)度損失率卻僅為8%。這一現(xiàn)象說明，不能簡(jiǎn)單地用凈漿的試驗(yàn)規(guī)律來推斷混凝土的性能規(guī)律。

 

（4）減水率

    之所以還要采用配合比b 進(jìn)行減水率測(cè)試，是因?yàn)楦鲉挝黄毡榉从?，在采用配合比a進(jìn)行減水率測(cè)定時(shí)，受檢混凝土的坍落度對(duì)用水量十分敏感，操作起來較為困難。而改用配合比b 進(jìn)行減水率測(cè)定時(shí)，就很好地避免了上述問題。試驗(yàn)表明，采用這一配合比進(jìn)行測(cè)試，拌合物工作性對(duì)用水量不十分敏感，試驗(yàn)的可操作性較好。用該方法測(cè)得的減水率普遍較采用配合比a 測(cè)得的減水率為高。事實(shí)上，采用這一方法得到的減水率應(yīng)該更接近于工程實(shí)際中的減水率，因?yàn)楣こ虒?shí)際中的商品混凝土膠凝材料用量一般不會(huì)僅僅為330kg/m3，也即采用配合比a 測(cè)得的減水率與聚羧酸系高性能減水劑在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮出來的減水率相比偏小。但是，為了和傳統(tǒng)減水劑性能進(jìn)行對(duì)比，目前仍舊只能按照GB 8076來進(jìn)行聚羧酸系高性能減水劑的減水率測(cè)試。本文建議在修訂GB 8076－1997 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，充分考慮對(duì)其中混凝土配合比的修改，以適應(yīng)目前減水劑及混凝土工程技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。3.3.3 采用地方水泥，參照J(rèn)C473-2001 測(cè)定混凝土拌合物坍落度及坍落擴(kuò)展度損失各單位分別采用當(dāng)?shù)爻Ｓ玫牡胤剿噙M(jìn)行了混凝土拌合物坍落度及擴(kuò)展度損失試驗(yàn)。

 

    試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)采用某些水泥時(shí)，拌合物的1h 和2h 坍落度及擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失很小，有的樣品的拌合物1h 甚至2h 坍落度和擴(kuò)展度都保持不變，這一點(diǎn)對(duì)于萘系等傳統(tǒng)高效減水劑來說是無能為力的，這說明聚羧酸系高性能減水劑在保持拌合物流動(dòng)性方面還是具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)。

 

3.4 甲醛含量

    按照GB18582－2001 《室內(nèi)裝飾裝修材料 內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)限量》規(guī)定方法來測(cè)定聚羧酸系高性能減水劑中的甲醛含量。測(cè)試結(jié)果表明，各種聚羧酸系高性能減水劑中的甲醛含量極微小，最多的也不到0.001%，而萘系（粉劑）高效減水劑中的甲醛含量一般都大于0.3%。聚羧酸系高性能減水劑生產(chǎn)過程中也不涉及苯酚、萘等有害物質(zhì)，所以，稱聚羧酸系高性能減水劑是綠色環(huán)保型的外加劑是名副其實(shí)的。這一點(diǎn)，萘系等傳統(tǒng)高效減水劑望塵莫及。

 

（1）在減水率、泌水率、抗壓強(qiáng)度、收縮率、坍落度保持性等關(guān)鍵性能方面，聚羧酸系高性能減水劑比萘系等傳統(tǒng)高效減水劑普遍具有性能優(yōu)勢(shì)。

 

（2）GB 8076－1997 中有關(guān)高效減水劑的性能評(píng)價(jià)或約束指標(biāo)限定值多數(shù)不適用于評(píng)價(jià)聚羧酸系高性能減水劑的性能，因此需要制定關(guān)于聚羧酸系高性能減水劑的專門標(biāo)準(zhǔn)。

（3）聚羧酸系高性能減水劑配制的凈漿的性能規(guī)律與混凝土的性能規(guī)律并不直接相關(guān)，不能簡(jiǎn)單地用凈漿的規(guī)律來推斷混凝土的性能。

 

（4）聚羧酸系高性能減水劑對(duì)不同水泥的作用結(jié)果不同，甚至大相徑庭。聚羧酸系高性能減水劑也存在于水泥的相容性問題。

 

（5）GB 8076－1997 中的混凝土配合比用來檢測(cè)聚羧酸系高性能減水劑，試驗(yàn)的可操作

性較差，建議在修訂GB 8076－1997 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，充分考慮對(duì)其中混凝土配合比的修改。

 

本文采用了以下單位提供的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)：中國建筑科學(xué)研究院建筑工程

材料及制品研究所、上海市建筑科學(xué)研究院建筑材料技術(shù)研究所、上海建研建

材科技有限公司、上海申立建材有限公司、中冶集團(tuán)建筑研究總院北京冶建特

種材料有限公司、江蘇省建筑科學(xué)研究院、同濟(jì)大學(xué)材料學(xué)院、深圳市邁地砼

外加劑有限公司、四川柯帥外加劑有限公司，在此一并表示感謝！