聚羧酸系高性能減水劑的性能檢測

1 前言聚羧酸系高性能減水劑是近年來在國內(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特的技術(shù)性能優(yōu)勢：摻量低，減水率高；對混凝土拌合物的流動度保持性好；與水泥的相容性好；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；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，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、北京首都國際機場擴建工程等。可以預見，由于上述諸多獨特的性能優(yōu)勢，聚羧酸系高性能減水劑必將迅速成為減水劑市場的主流產(chǎn)品。GB8076 等標準中有關(guān)高效減水劑系列的試驗方法及其指標是針對于萘系等傳統(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，原有標準中的相關(guān)試驗方法及指標取值范圍已經(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，所以需要尋求新的試驗方法，確定新的指標取值范圍來評價聚羧酸系高性能減水劑性能。由中國建筑科學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)標準。該標準制定工作從2004 年11 月開始啟動，目前已經(jīng)完成了全部試驗工作，并即將形成征求意見稿。本文內(nèi)容就是根據(jù)各參編單位對國內(nèi)外的11 種聚羧酸系減水劑進行系統(tǒng)實驗的數(shù)據(jù)整理而成。2 聚羧酸系高性能減水劑性能檢測方法2.1 凈漿流動度及其損失按照GB/T 8077－2000“混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法”進行凈漿流動度測試。測試水泥凈漿在玻璃板上流動30s 時的直徑，作為初始凈漿流動度。等到漿體停止流動時，再測一次最終擴展直徑，作為初始凈漿最大流動度。分別于1h、2h 之后測得凈漿流動30s 的流動度和凈漿最大流動度。2.2 砂漿減水率按照GB/T 8077－2000“混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法”進行砂漿減水率測試。2.3 混凝土性能檢測2.3.1 參照GB8076－1997“混凝土外加劑”，設(shè)計配合比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 來進行減水率、泌水率比、含氣量、凝結(jié)時間差、抗壓強度比、28d 收縮率比試驗?；鶞驶炷梁褪軝z混凝土坍落度均控制為。2.3.2 參照JC473－2001“混凝土泵送劑”，設(shè)計配合比b：水泥：390kg/m3砂： 782 kg/m3碎石：994 kg/m3參照JC 473－2001，利用本配合比來進行泌水率比、含氣量、混凝土拌合物1h 和2h坍落度損失率及坍落擴展度損失率試驗?；鶞驶炷撂涠瓤刂茷?，受檢混凝土坍落度控制為。利用本配合比測定減水率時，試驗方法參照GB8076－1997，但是基準混凝土和受檢混凝土的坍落度都控制為。3 聚羧酸系高性能減水劑性能檢測及發(fā)現(xiàn)的問題以下分析是在若干個單位分別對11 個聚羧酸系高性能減水劑進行測試的實測結(jié)果基礎(chǔ)上而進行的。3.1 凈漿性能試驗3.1.1 采用基準水泥：由各單位的實測結(jié)果得出的共同規(guī)律是：凈漿流動30s 的流動度及其損失規(guī)律與凈漿最大流動度及其損失規(guī)律類似，多數(shù)樣品的F0 介于270mm~300mm，只有一個樣品的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％，最大的卻高達近50％，2h 損失率最小的不到7％，最大的達到近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，這說明對于凈漿來說，2h 內(nèi)流動度損失主要集中于前期。在測試過程中，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)時損失率發(fā)展規(guī)律也類似，所以，為了提高試驗效率，同時為了便于確定測試終點時間，建議采用F0。3.1.2 采用地方水泥：當采用不同的地方水泥進行凈漿性能測試時，產(chǎn)生的結(jié)果大相徑庭。一方面，不同樣品對同一種水泥的作用結(jié)果不同。例如當采用某水泥C1 時，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，而采用同一種水泥某些樣品的F0 或 D0 卻損失明顯。另一方面，同一個樣品對不同水泥的作用結(jié)果也差別很大。例如同一樣品對一種水泥作用后， 1h 甚至2h 后的流動度或最大流動度沒有損失而是增大的，對另一種水泥作用后，1h 或2h 后的流動度和最大流動度卻明顯損失。由表3 也可以看出，同一樣品對不同水泥作用后的初始流動度和最大流動度也差別很大。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不同水泥的減水率不同，也預示出對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數(shù)據(jù)分析中得以驗證。3.2 砂漿性能試驗3.2.1 基準水泥：砂漿減水率最大的達到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：在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，同一樣品對不同水泥的砂漿減水率不同，有的差別還較大，例如某樣品對一種水泥的砂漿減水率是24%，對另一種水泥的砂漿減水率卻高達30%。另外，同一樣品在此水泥的砂漿拌合物試驗中并沒有出現(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中卻出現(xiàn)了這些現(xiàn)象。上述情況也進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3.3.1 試驗采用配合比a、基準水泥，參照GB 8076－1997，進行如下測試：減水率：不同樣品對混凝土的減水率不同，有的樣品混凝土減水率高達33%，有的樣品則僅有20%，但是最小的減水率也遠高于GB8076－1997 中高效減水劑一等品不低于12%的減水率。就這一點而言，采用GB8076－1997 中減水率指標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?？傮w看來，與基準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。泌水率比：綜合大量試驗數(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小，很多樣品配制的受檢混凝土的泌水率為零，可以認為，聚羧酸系高性能減水劑對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%的指標要求對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。含氣量：試驗過程中，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。由于所采用的測試儀不同及操作環(huán)節(jié)方面的差別，不同的試驗實施單位測得的含氣量數(shù)值差別很大，同一樣品，有的單位測得的含氣量高達8%以上，有的單位測得的僅為3%。但是，從各個單位的測值看出，不同樣品之間混凝土的含氣量差別也較大，測值高的含氣量可達測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)品標準時應(yīng)予以充分考慮。凝結(jié)時間差：在所測試的11 個樣品中，有兩個樣品的初凝和終凝時間都比基準混凝土縮短，其他樣品則都比基準混凝土凝結(jié)時間延長，不同樣品的凝結(jié)時間延長程度差別較大，但是不少樣品的混凝土凝結(jié)時間延長值都大于120min，呈現(xiàn)出一定的緩凝效果。由凝結(jié)時間測試結(jié)果看出，以GB8076 中高效減水劑的混凝土凝結(jié)時間差指標來約束聚羧酸系高性能減水劑并不合適，應(yīng)該重新確定指標取值范圍。抗壓強度比：綜合各單位測試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，幾乎所有樣品1d、3d、7d 的抗壓強度比都遠大于GB8076-1997 中高效減水劑一等品的相應(yīng)齡期混凝土的抗壓強度比指標要求，例如1d、3d、7d 抗壓強度比最高的分別達到240%、200%、200%以上，低的也分別達到了180%170%、160%以上，但是對于28d 抗壓強度比，則有的樣品的抗壓強度比遠高于GB8076-1997 中高效減水劑一等品的120%的28d 抗壓強度比指標要求，有的則高出并不，有兩個樣品甚至還小于120%。所以，對于聚羧酸系高性能減水劑的混凝土抗壓強度比，采用GB8076-1997 中的相關(guān)指標也是不適合的，需要另行確定指標。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，僅一個樣品達到了120%，其余的都在110%以內(nèi)，而且在105%以內(nèi)的居多數(shù)，有幾個樣品的收縮率比甚至在100%以內(nèi)。就這一點而言，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，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，這一指標對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于萘系等傳統(tǒng)高效減水劑收縮率低的優(yōu)點。3.3.2 采用配合比b、基準水泥，參照JC473-2001，進行下列試驗：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。這一試驗結(jié)果進一步反映出聚羧酸系高性能減水劑對混凝土拌合物的保水性能普遍較好。含氣量：采用采用配合比b 測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。拌合物1h 和2 h 坍落度損失率及坍落擴展度損失率拌合物初始坍落度控制在210mm±10mm，并測定其初始坍落擴展度，之后測定1h 和2 h 坍落度保留值及坍落擴展度保留值。試驗結(jié)果表明，拌合物的初始坍落擴展度一般介于450mm~510mm 之間；采用基準水泥的拌合物的坍落度損失普遍較快，1h 后的損失率一般達到20%~40%，2h 后的損失率一般在50%~80%之間；坍落擴展度一般在2h 后就很難測得，有的樣品的拌合物在1h 之后就已經(jīng)不擴展了。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)分析過的基準水泥凈漿試驗結(jié)果進行對比可以看出，凈漿的流動度保持效果與混凝土拌合物流動度保持效果并不直接相關(guān)：同一樣品，同樣采用基準水泥，凈漿1h 流動度損失率為7.5%，混凝土拌合物1h 坍落度損失率卻高達42%；也有樣品使得凈漿1h 流動度損失率高達37%，混凝土拌合物1h 流動度損失率卻僅為8%。這一現(xiàn)象說明，不能簡單地用凈漿的試驗規(guī)律來推斷混凝土的性能規(guī)律。減水率之所以還要采用配合比b 進行減水率測試，是因為各單位普遍反映，在采用配合比a進行減水率測定時，受檢混凝土的坍落度對用水量十分敏感，操作起來較為困難。而改用配合比b 進行減水率測定時，就很好地避免了上述問題。試驗表明，采用這一配合比進行測試，拌合物工作性對用水量不十分敏感，試驗的可操作性較好。用該方法測得的減水率普遍較采用配合比a 測得的減水率為高。事實上，采用這一方法得到的減水率應(yīng)該更接近于工程實際中的減水率，因為工程實際中的商品混凝土膠凝材料用量一般不會僅僅為330kg/m3，也即采用配合比a 測得的減水率與聚羧酸系高性能減水劑在實際應(yīng)用中發(fā)揮出來的減水率相比偏小。但是，為了和傳統(tǒng)減水劑性能進行對比，目前仍舊只能按照GB 8076來進行聚羧酸系高性能減水劑的減水率測試。本文建議在修訂GB 8076－1997 標準時，充分考慮對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。3.3.3 采用地方水泥，參照JC473-2001 測定混凝土拌合物坍落度及坍落擴展度損失各單位分別采用當?shù)爻Ｓ玫牡胤剿噙M行了混凝土拌合物坍落度及擴展度損失試驗。試驗結(jié)果表明，當采用某些水泥時，拌合物的1h 和2h 坍落度及擴展度經(jīng)時損失很小，有的樣品的拌合物1h 甚至2h 坍落度和擴展度都保持不變，這一點對于萘系等傳統(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性方面還是具有明顯的性能優(yōu)勢。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)定方法來測定聚羧酸系高性能減水劑中的甲醛含量。測試結(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的。這一點，萘系等傳統(tǒng)高效減水劑望塵莫及。4 結(jié)論在減水率、泌水率、抗壓強度、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。GB 8076－1997 中有關(guān)高效減水劑的性能評價或約束指標限定值多數(shù)不適用于評價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準。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)，不能簡單地用凈漿的規(guī)律來推斷混凝土的性能。聚羧酸系高性能減水劑對不同水泥的作用結(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。GB 8076－1997 中的混凝土配合比用來檢測聚羧酸系高性能減水劑，試驗的可操作性較差，建議在修訂GB 8076－1997 標準時，充分考慮對其中混凝土配合比的修改。致謝：本文采用了以下單位提供的相關(guān)試驗數(shù)據(jù)：中國建筑科學研究院建筑工程材料及制品研究所、上海市建筑科學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、江蘇省建筑科學研究院、同濟大學材料學院、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！