王 興 康其熙 林乙玄

（福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 南平 353000）

高性能混凝土在現(xiàn)代工程中的快速發(fā)展促使了高效減水劑的誕生。大批大型建筑、橋梁、隧道工程的建設(shè)與開發(fā)，工程師們迫切需求高效的減水劑能夠適應(yīng)高性能混凝土工程。因此，例如脂肪族系、氨基磺酸系和聚羧酸系等高性能減水劑逐漸被研制開發(fā)，它們出色的性能使其在高性能混凝土工程中大顯身手。其中，脂肪族高效減水劑是由丙酮通過磺化作用合成的，最早出現(xiàn)在我國南方地區(qū)。脂肪族高效減水劑對水泥的適用性廣，對混凝土增強效果明顯，坍落度損失小，低溫?zé)o硫酸鈉結(jié)晶現(xiàn)象，因此，被廣泛應(yīng)用于配制泵送劑、緩凝、早強、防凍、引氣等各類個性化減水劑，但由于丙酮屬于易燃易爆危險品，且甲醛危險性更持久，因此，脂肪族減水劑和萘系減水劑逐漸被淘汰。

目前，在世界各國應(yīng)用最為廣泛的是科技含量高的高效減水劑——聚羧酸系高性能減水劑，基于萘系和脂肪族的合成技術(shù)，被稱為第三代高性能減水劑。其性能穩(wěn)定可靠，發(fā)展前景巨大，在各種混凝土工程實踐中表現(xiàn)出色，應(yīng)用范圍最為廣泛。

1 聚羧酸系高效減水劑的性能特點

減水劑，在混凝土生產(chǎn)制作過程中能極大減少水資源的使用，是最為常用的混凝土添加劑。減水劑通過降低混凝土水含量，促進(jìn)水化作用的進(jìn)行，從而提高混凝土的強度與和易性，減少水資源的利用，同時也可節(jié)省水泥的用量。此外，減水劑的功能還包括減少混凝土凝固的收縮率，防止混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂紋，提高抗凍性等。

聚羧酸系減水劑性能包含以下幾點：

（1）減水率效果更好。根據(jù)試驗測試，聚羧酸系高性能減水劑極限減水率可達(dá)45%，高于一般的萘系或密胺樹脂系減水劑。

（2）同等試驗條件下的坍落度損失小。預(yù)拌的混凝土坍落度會隨時間增加而降低，而聚羧酸系高性能減水劑能夠控制2 h坍落度損失低于15%，因此，采用這種減水劑的混凝土在泵送與運輸方面的優(yōu)勢較大。

（3）混凝土性能更高。聚羧酸系高性能減水劑出色的減水性能使混凝土發(fā)生離析或者泌水的概率大大降低，這得益于其在高坍落度下的表現(xiàn)尤為出色。

此外，聚羧酸系減水劑的作用還包括降低混凝土的收縮性和堿骨料反應(yīng)較低。減水劑本身綠色環(huán)保，生產(chǎn)成本較低，工程應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益較好等。

聚羧酸高效減水劑在生產(chǎn)與工程使用時更為方便、安全、高效，然而這種減水劑也存在一定的局限性，例如減水劑的摻量難以把握；減水劑摻量過大導(dǎo)致的混凝土凝固硬化慢等等。大量的實驗表明，混凝土自身的材料性能也是高效減水劑能否發(fā)揮自身性能的重要影響因素。因此，必須充分了解混凝土不利因素的影響與制約，才能更好地掌握高效減水劑的特性。

2 脂肪族系、聚羧酸系高效減水劑工程應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 混凝土集料與級配對減水劑的影響

風(fēng)化砂是我國北方地區(qū)應(yīng)用最為廣泛的一種骨料，它是巖層長期風(fēng)化侵蝕的結(jié)果。由于風(fēng)化砂的顆粒棱角較多，表面粗糙且堅固性差，導(dǎo)致在使用聚羧酸系高性能減水劑時，混凝土拌和物的流動性和黏聚性變差，同時造成聚羧酸減水劑產(chǎn)品中的引氣劑效能降低。此時，必須加大引氣劑摻量才能符合混凝土含氣量的要求。此外，混凝土的級配與粗細(xì)骨料的作用也會在一定程度上影響聚羧酸系高性能減水劑的性能，使減水劑的摻量難以控制，不同級配下的差異較大。因此，必須注意混凝土骨料級配對高效減水劑發(fā)揮性能的影響。

2.2 混凝土砂率、含泥量對減水劑的影響

砂率是影響混凝土用水量的因素之一。在混凝土制備過程中，用水量隨著砂率的增加而變大，而砂率又一定程度上影響混凝土的強度與耐久性，砂率增大，含水量減小，混凝土強度降低。此時如果加入一定量的聚羧酸系高性能減水劑，可改變砂率過高造成的影響，從而提高混凝土的強度與黏聚性。

2.3 聚羧酸系減水劑的引氣性影響

混凝土的汽泡結(jié)構(gòu)是直接影響高性能混凝土耐久性的重要因素。含氣量又可決定混凝土汽泡結(jié)構(gòu)。在混凝土工程中，合理的含氣量可以影響混凝土的性能，提高混凝土的和易性，增強混凝土的體積穩(wěn)定性；合理的孔結(jié)構(gòu)可以改善混凝土的抗泌水能力，提高混凝土的早期塑性收縮能力和抗凍性、抗?jié)B性等耐久性能。因此，在配制高性能混凝土?xí)r，需控制混凝土的含氣量和孔結(jié)構(gòu)；在使用減水劑時，需特別注意減水劑帶來的引氣性問題。

劉俊元、蘇波等對JG-2H聚羧酸系高性能減水劑進(jìn)行了對比試驗，對于兩種不同等級的混凝土：C30和C50，分別進(jìn)行消泡劑引氣劑添加試驗，測定其28 d混凝土強度與電通量，并測定了300次凍融后的彈模損傷百分比，探究含氣量對混凝土強度與耐久性的影響。

通過測定混凝土含氣量，發(fā)現(xiàn)摻入聚羧酸系高效減水劑后，混凝土中的含氣量大概為3%～8%，這是因為聚羧酸系高效減水劑的合成原材料本身具有降低表面張力的作用，這種作用在摻入混凝土后無法完全消除，使得混凝土本身具有含氣量。

2.4 聚羧酸系減水劑應(yīng)用的敏感性問題

敏感性問題是高效減水劑在工程使用中最常遇到的，即減水劑的摻量較難確定，一旦環(huán)境條件發(fā)生變化，就會出現(xiàn)混凝土泌水或是混凝土減水率不足的情況出現(xiàn)，所以，使用減水劑時需要提前確認(rèn)減水劑的正確摻量。由JG-2H聚羧酸系高性能減水劑在不同摻量和用水量下的減水率對比試驗可知，在一定程度下，減水率越高，強度越大。

3 脂肪族系和聚羧酸系高效減水劑的工程應(yīng)用

3.1 橋梁隧道工程混凝土的應(yīng)用

隨著我國基建工程投入與重視，各種橋梁隧道（地鐵）工程建設(shè)的腳步逐漸加快。橋梁隧道工程混凝土由于受周圍環(huán)境的影響比較大，包括溫度、濕度、周圍地質(zhì)條件以及水文條件，不同于一般的工程混凝土，其受力特性復(fù)雜。水下混凝土對耐久性和抗腐蝕性的要求更高。當(dāng)混凝土進(jìn)行水下作業(yè)時，水下（特別是海水）的鹽性物質(zhì)、二氧化碳等會對混凝土的耐久性造成巨大的影響，而且這種影響是漫長而持續(xù)的，難以修復(fù)。此外，對于隧道工程而言，混凝土面臨的地質(zhì)工程條件同樣復(fù)雜，地下混凝土易遭受氯鹽和硫酸鹽的侵蝕，極大影響混凝土的耐久性，一旦發(fā)生長期侵蝕造成的隧道開裂、海水滲漏，會造成巨大損失。

脂肪族系和聚羧酸系高效減水劑的使用可以很大程度上避免混凝土在惡劣環(huán)境下的損害，提高隧道混凝土的力學(xué)性能，使其在復(fù)雜環(huán)境下依然能夠保持較好的力學(xué)性能。隧道工程混凝土中摻入一定量的脂肪族系和聚羧酸系高效減水劑可以：

（1）提高混凝土的流變性能，使其免受有害物質(zhì)的侵蝕，較大程度避免了混凝土長期使用后的開裂，提高隧道混凝土的強度。

（2）摻入一定量的聚羧酸系減水劑能夠較大程度上優(yōu)化混凝土的氣泡結(jié)構(gòu)，使混凝土內(nèi)部變得更為密實。

（3）聚羧酸系減水劑能進(jìn)一步降低隧道混凝土的水化熱，促使砂漿的水化放熱曲線更合理，進(jìn)一步降低隧道混凝土中由于水化反應(yīng)造成的溫度應(yīng)力增大效應(yīng)。

（4）聚羧酸系減水劑的性能不受環(huán)境的影響，性狀穩(wěn)定，可用于制備高穩(wěn)定性、低收縮性的隧道混凝土，進(jìn)一步提高混凝土的性能。

目前，聚羧酸系高效減水劑在一些大型橋梁工程中得到了廣泛應(yīng)用。青島海灣大橋于2010年底通車，全長26 000.7 m，寬35 m，是山東省“五縱四橫一環(huán)”公路網(wǎng)主框架的重要組成部分，其對混凝土抗收縮性、抗?jié)B性、抗凍融等耐久性指標(biāo)有著極高的要求，新型（ZMX）聚羧酸系高效減水劑得以廣泛應(yīng)用。

此外，溫福鐵路白馬河特大橋上C25-C45HPC中應(yīng)用了KJ-JS聚羧酸系高效減水劑，拌制出的混凝土在各方面的性能表現(xiàn)良好，特別是混凝土強度，能夠達(dá)到設(shè)計強度的132%～176%，結(jié)果如下：

從表1中我們可以看出，隨著混凝土等級的提高，KJ-JS聚羧酸系高效減水劑對強度提高的程度略有降低，這可能是由于高等級混凝土本身的含水量較低，摻入一定量的高效減水劑后雖然能提高混凝土強度，但也使混凝土水化反應(yīng)的效率降低，混凝土強度的提升效果并沒有特別明顯，只達(dá)到了設(shè)計強度的135%左右。

表1 KJ-JS聚羧酸系高效減水劑對多等級混凝土強度的影響

3.2 鐵路軌道工程混凝土的應(yīng)用

減水劑在鐵路建設(shè)中的應(yīng)用由來已久，隨著鐵路建設(shè)的發(fā)展，鐵路混凝土用減水劑大概經(jīng)歷了三個階段：

第一階段：1949～1980年，此時高性能減水劑尚未得到重視與發(fā)展，常用有三乙渣早強減水劑、木質(zhì)磺酸鈣減水劑等，這些減水劑的性能一般，減水效果較差，但仍能一定程度上提高混凝土的性能，減少混凝土的用量。

第二階段：1980～1990年，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，混凝土工程的建設(shè)要求越來越高，特別是鐵路工程的快速發(fā)展使高性能混凝土得以廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步滿足鐵路工程發(fā)展需求，高性能的減水劑得以成功研發(fā)，其中以鐵科院鐵建所為主導(dǎo)研發(fā)的萘系高效減水劑為主，這種減水劑能夠顯著提高混凝土的強度和受力性能，性狀穩(wěn)定高效，因此，被廣泛應(yīng)用鐵路工程，特別是大跨度、高橋梁的鐵路工程高強混凝土中。萘系減水劑的研發(fā)與應(yīng)用大大減少了鐵路建設(shè)的施工與維護(hù)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

第三階段：1990年至今，隨著社會經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展，混凝土技術(shù)水平越來越高，超高層、大跨度混凝土工程飛速發(fā)展，對減水劑的性能需求也越來越高，聚羧酸系高性能減水劑隨之產(chǎn)生。不同于一般的萘系減水劑，聚羧酸系高性能減水劑具有高減水率、高耐久性與穩(wěn)定性的特點。

4 總結(jié)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高效減水劑被廣泛應(yīng)用于各種大型工程混凝土中。在眾多高效減水劑中，脂肪族系與聚羧酸系高性能減水劑表現(xiàn)出出色的性能與適用性，是目前應(yīng)用最為廣泛、效果最明顯的高效減水劑之一。我國在高效減水劑的研究尚處于初步階段，缺少相應(yīng)的技術(shù)與研發(fā)經(jīng)驗，尤其是對脂肪族系和聚羧酸系減水劑的研究較為缺乏，其減水性能的探究還不全面。因此，必須進(jìn)一步學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)與研發(fā)經(jīng)驗，加大步伐研發(fā)新一代的高效減水劑，減小與發(fā)達(dá)國家在這方面的差距。