1 引言

在混凝土、砂漿和凈漿的制備過程中，摻入少量的（不超水泥用量的5％）能對混凝土、砂漿或凈漿性能改變的一種產品稱為混凝土外加劑。在混凝土中加入適量的外加劑，能提高混凝土質量，改善混凝土工作性能，減少混凝土用水量，節約水泥，降低成本，加快施工進度。隨著技術的進步，外加劑已成為除水泥、粗細骨料、摻合料和水以外的一種必備材料，稱之為第五元素，摻外加劑是混凝土配合比優化設計和提高混凝土耐久性的一項重要措施。
  硬化混凝土的耐久性包括抗滲性、抗凍融性、抗硫酸鹽腐蝕性、抗氯鹽腐蝕性、鋼筋銹蝕、鋼筋—混凝土粘結強度等幾個方面。通常，適度引氣、水灰比低的硬化混凝土在嚴酷環境條件下的耐久件良好。摻用聚羧酸高效減水劑可起到適度引氣、降低水灰比的作用，所以摻入聚羧酸高效減水劑可提高硬化混凝土耐久性，至少可以說，高效減水劑的摻入不會對耐久性產生不利影響。

2 聚羧酸高效減水劑概述

  聚羧酸高效減水劑是以帶有羧基、磺酸基、羥基、聚氧化烯基鏈節等活性基團的不飽和可聚合單體為原料，經直接共聚法、聚合后功能化法或原位聚合與接枝法制得的一些全新的高性能分散劑，在混凝土中稱之為減水劑。該類減水劑特有的梳形分子結構賦予其低摻量、高減水、保水及增強效果好等特點。此外，還可以通過“分子結構設計”的靈活性、控制合成工藝參數等手段，調整其分子結構，分子量及其分布，從而實現高性能化。因此，該類減水劑已成為高效減水劑的研究熱點和重點之一，并代表著當今高效減水劑的發展趨勢。
  聚羧酸高效減水劑的優點：（1）摻量低而分散性能好，通常在膠凝材料用量的0.2%~0.5%的摻量下，混凝土減水率可達30%以上，且不離析，不泌水。（2）保坍落度性能好，混凝土90~120min內坍落度基本無損失；符合現代泵送混凝土的發展趨勢。（3）與水泥、摻合料及其他外加劑的相容性好，應用就自如許多。（4）可有效地提高用于替代水泥的粉煤灰、磨細礦渣等摻合料的摻量，從而降低混凝土成本。（5）可根據不同設計要求，用于配制普通、高強、超高強、高流動性、早強、大體積混凝土等。（6）制備過程中不使用甲醛，因而不會對人體和環境造成污染。

3 聚羧酸高效減水劑對混凝土耐久性的影響分析

3.1 抗滲性
  混凝土的抗滲性與其孔隙率及孔結構有關。混凝土內孔隙按孔徑大小大致可分為＜4~5nm、5~50nm、50~100nm及＞100nm四級。若孔徑大于50nm的孔隙體積分數增大，則會對混凝土強度和抗滲性帶來不利影響；若孔徑小于50nm的孔隙體積分數增大，混凝土強度和抗滲性、耐腐蝕性等均有提高。同時，當混凝土摻入聚羧酸高效減水劑后，將導致混凝土的水灰比降低，孔結構得以改善，這樣可以有利于增加混凝土內部結構的密實度，減少泌水通道，從而有效地提高混凝土的抗滲性能。
3.2 抗凍融性
  聚羧酸高效減水劑對混凝土抗凍融性的影響與普通減水劑類似。當混凝土中摻入非引氣型聚羧酸高效減水劑時，減水劑的高效減水作用可有效地使得混凝土的水灰比顯著降低，同時鑒于混凝土結構中可凍結的游離水減少，使得混凝土抗滲性提高，從而有利于提高抗凍融性。這主要是由于當混凝土摻入引氣型聚羧酸高效減水劑或摻入非引氣型聚羧酸高效減水劑與適量引氣劑時，由于所摻外加劑的引氣作用，混凝土體系中會引入一定量的獨立、微小、穩定的氣泡，可有效地緩解凍結和過冷水遷移所產生的膨脹壓力集中，從而顯著提高混凝土的抗凍融性能。
3.3 抗硫酸鹽、氯鹽腐蝕性
  通過工程試驗研究發現，摻入聚羧酸高效減水劑混凝土的抗硫酸鹽、氯鹽腐蝕性與普通外加劑混凝土無明顯差異。雖然聚羧酸高效減水劑中會含有一定量的硫酸鹽，通常折固含量小于10%，在推薦范圍內不會影響硬化混凝土的抗凍融性。正常情況下聚羧酸高效減水劑摻入對鋼筋混凝土中的鋼筋無銹蝕作用。
3.4 鋼筋-混凝土粘結強度
  對于普通混凝土和輕質混凝土，聚羧酸高效減水劑摻入可增強鋼筋-混凝土的粘結強度。有資料顯示：對于普通混凝土，若用平圓鋼，則聚羧酸高效減水劑摻入可使7d齡期混凝土的鋼筋-混凝土粘結強度從1.2MPa增加到3.5MPa；若用螺紋鋼，則粘結強度從15.0 MPa增加到27.5 MPa。

4 工程應用技術

  鑒于在混凝土中通過摻入聚羧酸高效減水劑，可以在低水灰比條件下顯著改善混凝土的工作性；也可以在工作性基本相同的條件下，大大減少混凝土拌合用水量，有效地降低水灰比，提高混凝土自身強度；還可以在達到相同混凝土強度的條件下，提高摻合料的用量，降低混凝土的成本。所以，通過摻用聚羧酸高效減水劑可制備各種高強、高性能混凝土。而通過工程實踐表明，目前通過摻入聚羧酸高效減水劑可制備以下的混凝土產品，使其在混凝土工程中的應用廣泛。
  （1）預應力或預制混凝土。摻入聚羧酸高效減水劑可使得預制混凝土的抗壓強度在8~18h達到40MPa等級；摻入聚羧酸高效減水劑的預制混凝土可在更低的養護溫度和更短的養護時間條件下，得到更高的早期強度，從而減少促凝養護能耗；此外，還抗壓節約水泥，減小振搗能耗，減少噪音，提高模具的周轉率。
  （2）補償收縮混凝土。制備補償收縮混凝土時，摻入一定量的聚羧酸高效減水劑，可降低水灰比，增加混凝土早期收縮，減少混凝土的后期收縮，從而節約膨脹劑或膨脹水泥。
  （3）對于普通骨料混凝土，摻入聚羧酸高效減水劑可減小泵送壓力和管壓30%左右；對于輕骨料混凝土，摻入聚羧酸高效減水劑可減小泵送壓力和管壓10%以上；此外，摻入聚羧酸高效減水劑可減小泵送阻力隨泵送速度增大而增加的幅度。
  （4）鋼纖維增強混凝土。對于鋼纖維增強混凝土，摻入聚羧酸高效減水劑可減小由于鋼纖維摻入而引起的工作性損失；當然，與不摻鋼纖維的混凝土相比，要得到相同的工作性，摻鋼纖維混凝土的聚羧酸高效減水劑摻量需適當增加。
  （5）超高強混凝土。聚羧酸高效減水劑的減水分散、增強效果好，所以可用于制備超高強混凝土。研究發現，混凝土中摻用占膠凝材料重量1%~3%的聚羧酸高效減水劑（以20%計），可使100d齡期強度高達150MPa。
  （6）高鋁水泥混凝土。為保證高鋁水泥混凝土的性能，一般水灰比不高于0.40，水泥用量不低于400kg/m³，否則混凝土的強度，尤其是后期強度將會降低，其原因是亞穩態的鋁酸鈣水合物轉化為穩態的鋁酸三鈣水合物。如果在高鋁水泥混凝土中摻入聚羧酸高效減水劑，就可以在較低水灰比的條件下，制得工作性良好的流態混凝土，而且不影響混凝土的后期強度。也即摻入聚羧酸高效減水劑的高鋁水泥超塑性混凝土的2d齡期抗壓強度低于基準混凝土，而180d齡期的抗壓強度于基準混凝土基本相當、其原因是聚羧酸高效減水劑對高鋁水泥的水化速度無明顯影響。
  （7）粉煤灰、礦渣、硅灰等活性摻合料摻量較高的高性能混凝土。當以大量粉煤灰代替普通水泥制備高強混凝土時，摻入聚羧酸高效減水劑可改善工作性，減少拌合用水量約20％，同時可進一步提高強度。混凝土中摻入聚羧酸高效減水劑，可在保證工作性的前提下，增大粉煤灰或礦渣等水泥基替代材料的摻量，減少水泥用量，同時不影響混凝土的強度，因此具有突出的環境和經濟效益。同樣，當水泥漿或混凝土中摻用硅灰時，達到相同工作性所需的拌合用水量隨硅灰摻量的增大而增大。為此，可在硅灰摻量一定的條件下，摻入聚羧酸高效減水劑，減少拌合用水量；亦可在拌合用水量一定的條件下，摻入聚羧酸高效減水劑來增大硅灰摻量。

5 結語

  本文作者結合自己從事混凝土減水劑研究的相關工作經驗，對聚羧酸高效減水劑的結構特點進行了詳細分析，針對聚羧酸高效減水劑對混凝土的抗滲性、抗凍融性、抗硫酸鹽腐蝕性、抗氯鹽腐蝕性、鋼筋銹蝕、鋼筋-混凝土粘結強度等耐久性的影響進行了全面分析。分析結果表明，摻用聚羧酸高效減水劑可起到適度引氣、降低水灰比的作用。所以摻入聚羧酸高效減水劑可提高硬化混凝土耐久性，至少可以說，聚羧酸高效減水劑的摻入不會對耐久性產生不利影響，因而聚羧酸高效減水劑的發展前景廣闊。