早强复合型聚羧酸减水剂在PC构件的应用研究

2.1 早强复合型聚羧酸减水剂对预制构件凝结时间的影响

控制减水剂掺量以及不掺入缓凝组分，保证聚羧酸减水剂和萘系的减水率相同的情况下，进行凝结时间对比试验，结果见图1。

在试验中发现掺入萘系减水剂的混凝土的凝结时间较长，初凝6h，终凝8.5h；而掺入聚羧酸减水剂的混凝土凝结时间有所缩短，其中掺入早强复合型聚羧酸减水剂的混凝土的凝结时间最短，初凝4h，终凝5.5h。掺入早强型聚羧酸减水剂的混凝土，其初凝和终凝时间均比萘系、普通聚羧酸减水剂的混凝土短，并且相比萘系减水剂混凝土终凝时间缩短3h左右，而且早强复合型聚羧酸减水剂的混凝土初凝和终凝的时间间隔短，有利于加快拆模。

产生该影响的原因，从机理上来说，相对于萘系减水剂，聚羧酸减水剂的主链并不能将水泥颗粒的表面全部覆盖，因此未覆盖部分进行水化，随着碱度增长而破坏静电排斥和空间位阻加快水化反应，从而缩短混凝土的凝结时间。

2.2 早强复合型聚羧酸减水剂对预制构件早期强度的影响

预制构件早期强度关乎模板周转效率和吊装质量，因此研究了减水剂类别对预制构件早期强度的影响，结果如图2所示。

图2中可以看出掺入早强复合型聚羧酸减水剂的预制构件24h内的强度增长速率比普通型聚羧酸减水剂和萘系减水剂都快；其中掺入早强复合型聚羧酸减水剂的混凝土8h强度达到3MPa，而萘系减水剂混凝土此时接近终凝却尚无强度；当混凝土达到满足拆模和吊装强度（混凝土设计强度50%及以上）时掺入早强复合型聚羧酸减水剂的混凝土只需19h，而萘系减水剂混凝土需要24h以上，普通聚羧酸减水剂混凝土强度刚好达到50%，考虑到原材料的细微波动，生产强度应该留有富余值。掺入早强复合型聚羧酸减水剂的混凝土相比萘系减水剂增长较快，19h时强度已达到15MPa以上，比萘系减水剂混凝土提早拆模约6h左右，加快模板周转效率，缩短生产周期。

早强型聚羧酸减水剂对混凝土的早强效果均优于普通减水剂，其主要原因是，早强型聚羧酸减水剂分子结构中，侧链更长而主链相对较短，分子的形状由传统的梳形变成倒“T”形，侧链之间的距离也较大。在具有很强的空间位阻分散作用的同时，长的聚醚类侧链可以让水分进入到水泥颗粒中，保证水泥的正常水化；同时，早强型聚羧酸分子的侧链较长，改善了共聚物分子在水泥颗粒表面的吸附状态，从而促使细小的钙矾石晶体生成，加速混凝土早期强度的增长。

2.3 早强复合型聚羧酸减水剂不同掺量对预制构件早期强度的影响

在控制坍落度的范围内，进行相同聚羧酸减水剂对混凝土不同初始坍落度的早期（24h）强度影响，如图3所示。由不同掺量的相同外加剂混凝土的初始坍落度和24h强度的关系中可以看出，在设计要求140～ 180mm的坍落度范围内满足混凝土的和易性的情况下，相同配合比的混凝土的强度变化不大，但随坍落度增加，混凝土的密实程度提高，强度略有递增，当坍落度在200mm左右时混凝土的强度最高有18.5MPa；但当坍落度过大，初拌混凝土轻微跑浆，包裹性不足，从而导致混凝土的早期强度出现下降趋势；当坍落度过低时，施工振捣不易，也会造成混凝土不密实，强度偏低。所以在生产控制值中尽可能地控制混凝土的坍落度范围，易于浇筑、捣实、施工，改善预制构件的质量，提高混凝土的早期强度，从而缩短生产周期。

2.4 早强复合型聚羧酸减水剂对预制构件抗渗性能的影响

拥有较好的抗渗性能够有效的增加混凝土的耐久性提高预制构件的使用年限，有利于该行业的可持续发展。对其进行了抗渗性能的研究，结果显示：早强复合型聚羧酸减水剂配制的混凝土渗水高度为8mm，普通聚羧酸减水剂的渗水高度为40mm，而萘系减水剂的混凝土更高，达到50mm，使用早强复合型聚羧酸减水剂，渗水高度比用萘系减水剂降低了84%，所以早强复合型聚羧酸减水剂的抗渗性能明显优于萘系所生产的混凝土。说明使用该减水剂可有效阻止有害离子的侵入，提高混凝土的耐腐蚀性能，提高混凝土的体积稳定性，从而提高混凝土的耐久性，增加预制构件的使用年限。

对其混凝土试块内切面进行气孔分析，掺入早强复合型聚羧酸减水剂的混凝土气孔尺寸较小，形状圆润规则，且分布均匀，而掺入普通聚羧酸减水剂以及萘系减水剂的混凝土中气泡的气孔较多，较大，且形状不规则；掺入早强复合型聚羧酸减水剂的混凝土拥有良好的气泡质量，能够增加早期的强度以及混凝土的耐久性。

3 工程应用

3.1 简介

重庆某预制构件生产厂，预制楼梯料设计强度C30，所使用原材料以及配合比如前文表 2 所示。要求混凝土出机坍落度控制140～180mm，30min后坍落度不低于140mm，且24h早期强度达到设计强度的50%以上。该厂家原使用萘系高效减水剂，但由于混凝土早期强度增长较慢，保持性能较差，生产周期较长，不能满足生产需求。为此我司开始研究早强复合型聚羧酸减水剂用以解决混凝土的早期强度、耐久性等问题，并且开始应用于混凝土生产。

3.2 生产应用

生产应用上述配合比，早强复合型聚羧酸减水剂和萘系减水剂混凝土同时生产浇筑，生产数据如表3所示。萘系减水剂混凝土坍落度损失大于40mm；早强复合型聚羧酸减水剂的掺量较低，且混凝土坍落度保持性能也较好，30min坍落度损失小于等于20mm，具有良好的工作性能，易于混凝土的施工浇筑、捣实，能够保证预制构件的质量。而且该减水剂相对于萘系减水剂，终凝时间能缩短3h，早期强度增长较快，能提早拆模7h左右，极大的缩短了生产周期，提高了模板的周转效率，增加了生产次数，降低生产成本。相对于萘系预制构件以及设计要求，在保证混凝土性能的情况下（24h混凝土强度达到设计强度的63.33%）可以进行配合比优化，适当地降低总胶凝材料的用量，降低水胶比，可以改善混凝土的耐久性以及降低原材料的成本，增加经济效益。

总之在预制构件中使用早强复合型聚羧酸减水剂取代萘系减水剂可以明显地改善混凝土的质量，降低凝结时间，提高早期强度以及耐久性，缩短预制构件的生产周期。

4 结论

（1）早强复合型聚羧酸减水剂相对萘系减水剂的混凝土产品可以明显缩短终凝结时间3h左右，24h早期强度比萘系混凝土提高5MPa，能够节约6h的拆模时间，加快模板的周转效率，缩短预制构件的生产周期。

（2）在预制构件设计的坍落度控制范围内，混凝土的早期强度随坍落度的增加而逐渐微增，在200mm的坍落度时混凝土的24h早期强度最高，此时混凝土的和易性最好，能够易于施工。

（3）在预制构件中由早强复合型聚羧酸减水剂取代萘系减水剂，可以明显改善混凝土的质量；能够降低混凝土84%的渗水高度，增加预制构件的耐久性。

（4)生产中应用早强复合型聚羧酸减水剂的混凝土保持性能较好，具有良好的工作性能，便于施工；缩短生产周期，提高生产次数，可以降低生产成本；早期强度高能够优化原材料成本，增加经济效益。

参考文献

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