聚羧酸高性能减水剂的应用实例
(一）聚羧酸高性能减水剂在高铁混凝土工程的应用
高速铁路工程区别于其他国家重点工程的“点式”建设模式，其建设面积广、施工线路长，这样造成了基础建设用混凝土生产遇到如下技术难题：混凝土原材料种类多、品质差异大、减水剂适应性问题频现；地区环境复杂、混凝土耐久性要求高；施工周期短、混凝土产率高；运输距离长、温度条件复杂、混凝土流动性保持难度大；结构部位复杂、精度要求高、混凝土配制难度大。如何能够因地制宜地选用优质材料，特别是选择高性能减水剂产品，生产出满足要求的高性能混凝土，是摆在高铁建设者面前的技术难题。
(1)高速铁路工程施工用聚羧酸高性能减水剂的选用高速铁路工程建设用的混凝土为高性能混凝土，混凝土原材料的品质要求比现行相关行业标准有所提高，对处于不同环境的混凝土以抗氯离子渗透性、抗冻性、耐蚀性、抗碱集料反应性等多种耐久性要求进行性能设计。矿物掺合料和聚羧酸高性能减水剂的使用纳入技术标准要求。高速铁路工程主体工程结构分为桩基、承台、墩身、箱梁、轨道板等几个部分，不同部位的施工工艺、性能要求差异较大，表16-44中给出了高速铁路工程不同结构部位混凝土的典型配合比如何选用适宜的聚羧酸高性能减水剂，配制出相应的高性能混凝土是客运专线施工中的关键。
1)灌注桩混凝土用聚羧酸高性能减水剂的优选灌注桩混凝土浇筑采用导管灌注施工工艺，此混凝土属于中低强度、大流态混凝土，要求混凝土具有良好的流动性和和易性，证灌注施工的连续性，以防止断桩等工程事故的发生。配制灌注桩混凝土用的聚羧酸高性能减水剂应具备如下特点。
①具有适中的减水率。灌注桩混凝土的水胶比一般控制在0.38~0.42,聚羧酸高性能减水剂的减水率一般大于25%,完全可以满足配制高性能混凝土的要求。
②具有良好的坝落度保持能力。灌注桩混凝土施工要求在入导管时混凝土的扩展度大于450mm,混凝土流动度的损失控制成为灌注桩混凝土施工成败的关键，当混凝土原材料质量较差导致混凝土坝落度损失过大时，应采用缓凝剂或保圩型聚羧酸外加剂与通用型聚羧酸产品复合应用的方式加以调控。
③具有一定的引气能力。材料试验表明，当浆体和集料比达到0.35:0.65时才能实现大流态高性能混凝土新拌性能、力学性能和体积稳定性之间的相互统一。从表16-44中C30灌注桩混凝土的典型配合比可见，水泥浆体的含量仅达到0.293,必须通过控制混凝土含气量达到3%~5%加以调整，使混凝土中水泥浆体的含量达到0.35,才能满足混凝土施工性能与硬化性能的统一。
2)承台、墩身混凝土用聚羧酸高性能减水剂的优选承台、墩身混凝土一般采取泵送施工，属于中低强度、高流动度混凝土范畴。试验表明应用于灌注桩混凝土施工的聚羧酸高性能减水剂可满足承台、墩身混凝土施工要求。但由于承台、墩身混凝土对坝落度的要求有所降低（14~18cm),所以应在外加剂的掺量上进行适量调整。由于承台、墩身混凝土属于地上结构，因此应控制混凝土含气量为2%~4%,以保证混凝土的外观质量。
3)箱梁混凝土用聚羧酸高性能减水剂的优选箱梁混凝土一般采取泵送施工，属于中低强度、大流态混凝土范畴。配制箱梁混凝土的聚羧酸高性能减水剂应具备如下特点。
①具有较高的减水率。箱梁混凝土的强度等级为C50,水胶比一般控制在0.31~0.33需要聚羧酸高性能减水剂应具备较高的减水能力，其减水率应大于27%。
②具有良好的圩落度保持能力。箱梁混凝土一般需要连续施工8~10h,所从需要混凝土拌合物的性能稳定，流动度的损失较小。采用缓凝剂或保圩型聚羧酸外加剂与通用型聚羧酸产品复合应用的方式，可以调控箱梁混凝土的流动度损失。
③具有一定的降黏能力。材料试验表明，C50箱梁混凝土经常出现过黏现象，导致混凝土难以泵送施工，很容易造成堵泵事故。在进行聚羧酸高性能减水剂的优选时，应选择饱和掺量高、饱和掺量时减水率高的减水剂，这样可以减少聚羧酸减水剂过饱和导致的混凝土黏度显著增加。另外，适当提高聚羧酸减水剂的引气能力，也是改善混凝土黏度的措施，应通过调整聚羧酸减水剂的结构，达到控制混凝土的含气量为2%~4%。
4)轨道板混凝土性能要求及聚羧酸高性能减水剂的优选轨道板混凝土采用中温蒸汽养护生产，属于高强度、中等流动、预制混凝土的范畴。配制轨道板混凝土的外加剂应具备如下特点。
①具有较高的减水率。轨道板混凝土的强度等级为C50~C60,水胶比一般控制在0.28~0.30,需要聚羧酸高性能减水剂应具备较高的减水能力，其减水率应大于30%。
②具有良好的早强效果。轨道板混凝土属于预制混凝土构件，为了加快生产进度和模板周转，要求混凝土16h的抗压强度大于48MPa。在选择聚羧酸高性能减水剂时应考虑其凝结时间差，选择凝结时间小于60min的聚羧酸减水剂，以缩短养护周期。
(2)聚羧酸高性能减水剂的应用关键工程实践证明，聚羧酸高性能减水剂在高速铁路工程中的应用，除了要满足特定结构部位的施工工艺技术性能要求外，还要注意一些在应用过程中的共性问题。
①聚羧酸高性能减水剂与水泥的相容性及解决方案。由于我国水泥产品矿物成分较为复杂，加之掺合料的大量应用，聚羧酸高性能减水剂对不同水泥仍存在适应性的问题。聚羧酸高性能减水剂与水泥的相容性差，主要是由于聚羧酸高性能减水剂在水泥颗粒上的吸附异常。水泥中的碱性硫酸盐过多，会造成聚羧酸高性能减水剂吸附困难，只能通过提高聚羧酸高性能减水剂掺量改善混凝土的流动性。而比表面积大或铝酸三钙含量较高，将导致聚羧酸高性能减水剂吸附过多，加剧了新拌混凝土的流动度损失。另外，煤研石等材料的掺入水泥也会造成混凝土流动度降低。当遇到上述问题时除了更换水泥外，也可以通过调控聚羧酸高性能减水剂的分子结构，从而改变其吸附行为来解决外加剂与水泥的相容性问题。
②聚酸酸高性能减水剂对含泥量的敏感性及解决方案。砂石中的黏土对聚羧酸高性能减水剂应用的负面影响是值得重视的问题，但时至今日尚无很好的解决措施。黏土层间结构能够大量吸附聚羧酸高性能减水剂分子，降低了用于分散水泥颗粒的聚羧酸高性能减水剂含量，从而使混凝土的分散性变差，混凝土流动度的保持能力降低。黏土对掺加聚羧酸高性能咸水剂水泥净浆流动度的影响如表16-45所列。
由表16-45中可知，抗黏土型的聚羧酸高性能减水剂对集料含泥量较高混凝土流动度的影响相对较小，这得益于该类减水剂在黏土颗粒上的吸附较少。有关资料介绍，小分子阳离子聚合物更易于吸附在黏土颗粒的表面，当其与聚羧酸减水剂混合应用时，可以与聚羧酸减水剂在黏土颗粒上竞争吸附，从而降低聚羧酸减水剂在黏土颗粒表面的吸附，有利于提高混凝土的流动性。
③聚羧酸高性能减水剂的温度敏感性及解决方案。环境温度的变化对聚羧酸高性能减水剂的应用性能影响较大，当聚羧酸高性能减水剂在高温环境下应用时期落度增大，而当环境温度低于15℃时期落度反而会出现增长现象，这使施工人员很难控制混凝土的流动度从而影响了混凝土的质量。
聚羧酸高性能减水剂的结构可调控性比较强，通过调整吸附基团含量，可以控制其在不同环境温度下的吸附行为，进而改善流动度变化幅度，达到在不同环境温度下应用都能保证混凝土流动度的稳定，保证混凝土施工正常进行。图16-23中高温型产品在温度达到30℃时，混凝土丹落度基本保持稳定，适合于夏季混凝土施工。而低温型产品可以保证环境温度降低至5℃时，混凝土坝落度不出现增加现象，适合于冬季混凝土施工。
④聚羧酸高性能减水剂的缓凝技术。聚羧酸高性能减水剂的对水泥水化有一定的延缓作用，缓凝时间一般为1~2.5h,然而对于有温度控制要求的大体积混凝土的施工，如此短的延缓时间很难满足工程要求，需要与缓凝剂复合应用。缓凝剂是指能够延缓水泥的水化硬化速率，以使新拌混凝土在较长时间内保持塑性的外加剂。对于茶系、三聚氯胺等传统缩聚型的外加剂，国外于20世纪70年代开始应用，我国在20世纪80年代开始应用，并曾经作为“八五”攻关项目进行过系统研究，为茶系减水剂的缓凝技术提供了理论支持。然而，大量与茶系减水剂应用效果较好的缓凝剂，在与聚羧酸高性能减水剂复合应用时均出现了相容性问题，例如无机缓凝剂水溶液中溶解度低，缓凝效果稳定性差，柠檬酸、酒石酸等有机缓凝剂降低聚羧酸减水剂的减水率等，其中高温缓凝问题最为突出。
在夏季高温天气下，大体积混凝土施工经常要求缓凝时间达到20h以上，常用的缓凝剂几乎不能满足施工要求。这主要源于聚羧酸减水剂中羚基对钙离子的鳌合作用，降低了同样需要鳌合钙离子的常用缓凝剂的作用效果。而被用作水处理药剂的有机磷酸盐，由于具有圾强的钙离子鳌合作用，在与羚基竞争鳌合钙离子中占有优势，可以满足聚羧酸减水剂的高温缓凝要求。
⑤聚羧酸高性能减水剂的含气量控制。聚羧酸高性能减水剂侧链上的聚继具有非常强的引气能力，导致掺加聚羧酸高性能减水剂的混凝土含气量超过传统的茶系减水剂。侧链上聚酵的分子量以及亲水亲油平衡是影响聚羧酸高性能减水剂引气能力的关键因素，并且能够通过调整侧链聚酬的分子结构来控制混凝土内部气泡质量，优化气泡的结构及分布。而消泡剂引气剂也作为聚羧酸高性能减水剂的含气量控制措施被广泛应用。采用在聚羧酸主链羚基上接枝消泡剂的方法，能够解决消泡剂与聚羧酸高性能减水剂相容性差、消泡效果不稳的问题。聚继类引气剂与聚羧酸高性能减水剂相容性好，而松香热聚物类引气剂不能与聚羧酸高性能减水剂混合应用。采用消泡剂引气剂复合应用的“先消后引”工艺，可以消除质量消的大气泡，而保留大量尺寸小分布均匀的气泡，提高新拌混凝土的和易性及硬化混凝土的耐久性。
(3)聚羧酸高性能减水剂的工程应用聚羧酸高性能减水剂作为高速铁路混凝土工程中使用的减水剂产品，已成功地应用于京沪、京津、武广、郑西、石武、兰新、兰渝等高速铁路工程中，不仅满足了高速铁路建设对混凝土高耐久的需求，而且在加快建设速度、减少收缩开裂保证混凝土流动性稳定性等方面均取得了极佳的效果。
