0前言
隨著混凝土技術的發展，人們對混凝土耐久性越來越關注，而提高混凝土耐久性的重要措施在於提高混凝土的密實度和均質性。混凝土在澆築之後硬化之前的均質性是混凝土澆築質量的最重要體現，在這個階段混凝土的離析和泌水是影響其均質性的重要因素。混凝土泌水是指混凝土在澆築並搗實後，其表面出現水分的一種現象，泌水的產生是由於在密度大的固體顆粒沉降時，組成材料的保水能力差，以致部分拌合水處於分散狀態所引起的。混凝土拌合物泌水一直是一個困擾工程界，嚴重影響混凝土工程質量的問題。其主要表現為新拌混凝土出機狀態良好，但靜置後短時間內出現嚴重泌水、離析，甚至扒底、板結；泵送時稍作停頓施工即出現堵泵現象，且在硬化混凝土表面會出現一層蜂窩狀的泌水氣泡層，嚴重影響混凝土質量。
聚羧酸系減水劑由於具有高減水率、高保坍性、分子結構可設計及綠色環保等優點，已佔據減水劑市場的大半壁江山。然而在實際應用中，聚羧酸系減水劑存在對摻量較敏感的問題，即摻量稍低時性能差，摻量稍高時泌水離析嚴重。針對此問題，實踐中有通過聚羧酸系減水劑與木質素磺酸鹽復配或共聚及聚羧酸系減水劑與引氣劑復配等方法來改善，但均未對各影響因素進行綜合考察，效果也不夠明顯。對摻聚羧酸系減水劑時混凝土泌水的影響因素及改善措施進行了試驗研究，並在解決某船閘工程混凝土泌水問題中得到了成功應用。
1試驗
1.1主要原材料
水泥：鶴林P·O42.5水泥；河砂：細度模數為2.7；石：5~20mm碎石，連續級配；甲基烯丙基聚氧乙烯醚（聚合度為54，簡稱HPEG54）、異戊烯醇聚氧乙烯醚（聚合度分別為14、28、54和68，簡稱TPEG14、TPEG28、TPEG54、TPEG68）：揚子奧克；丙烯酸：上海華誼；過硫酸銨：上海愛建德固賽；巰基乙酸：南京國晨化工；標準型聚羧酸系減水劑PC102、聚羧酸系保坍劑PC201及PC202、有機膦酸鹽緩凝劑OPR：南京瑞迪高新技術有限公司；葡萄糖酸鈉（PN）、麥芽糊精（HJ）：山東西王集團；黏度調節劑VM-1及引氣劑AE-20：均為市售國外品牌產品。
1.2聚羧酸系減水劑的合成
將HPEG或TPEG加水投入四口燒瓶，升溫至65℃攪拌溶解，加入過硫酸銨；滴加丙烯酸和巰基乙酸的混合水溶液，在3h內同時滴完，滴加完畢後保持在45℃繼續攪拌1h；降至室溫並加入水和液鹼，調節pH值至6.5左右，即得到聚羧酸系減水劑。
通過調整引發劑和鏈轉移劑用量，保持減水劑分子質量基本相同；改變聚醚單體品種和側鏈長度，並調整酸醚比（羧基和聚醚的摩爾比）分別為3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1，合成出一系列不同分子結構特徵的聚羧酸系減水劑。
1.3混凝土性能測試方法
如無特殊說明，泌水試驗配合比採用GB8076-2008《混凝土外加劑》中摻高性能減水劑的混凝土配合比，並控制坍落度為（210±10）mm。混凝土坍落度、擴展度及泌水率測試參照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。混凝土配合比為：m（水泥）∶m（砂）∶m（石）=360∶748∶1124，用水量根據坍落度控制值進行調節。
2混凝土泌水的影響因素
2.1減水劑的影響
2.1.1減水劑分子結構特徵的影響
聚羧酸系減水劑分子結構中的側鏈結構、側鏈長度、羧基密度（以酸醚比體現）、減水劑的分子質量及減水劑中殘餘單體含量都會對減水劑的減水分散效果、引氣性及對水泥顆粒的包裹性等產生不同的影響。為此試驗合成了不同聚醚品種、不同側鏈長度聚醚單體及不同酸醚比的聚羧酸系減水劑樣品進行混凝土泌水率對比，合成聚羧酸系減水劑的摻量為0.2%（折固），通過調節用水量控制初始坍落度，試驗結果見表1。
從表1可以看出：2類聚醚品種比較，相同聚合度時TPEG54合成的聚羧酸系減水劑比HPEG54合成的產物混凝土泌水率低；不同聚合度的TPEG比較，隨著聚醚側鏈長度增大，混凝土的泌水率隨之降低，這可能跟聚醚長側鏈的空間位阻較大有關；不同酸醚比的比較中，隨著酸醚比從3∶1增大到5∶1，混凝土泌水率從4.9%增大到6.7%，說明分子結構中較高的羧基密度會對混凝土泌水造成不利的影響。因此，對於有泌水控制要求的混凝土，採用較長側鏈密度的異戊烯醇聚氧乙烯醚，以較小的酸醚比合成的產物較為合適。
2.1.2減水劑摻量的影響
圖1給出了標準型聚羧酸系減水劑母液PC102摻量（折固）對混凝土泌水率的影響曲線。
從圖1可以看出：隨著減水劑摻量的增加，泌水率先逐漸減小後增大。當減水劑的折固摻量為0.15%時，泌水率最小。
也就是說，聚羧酸系減水劑能降低混凝土泌水率，但存在一個最佳摻量。
2.2保塑劑的影響
聚羧酸系減水劑母液本身一般不具有緩凝保坍作用，為滿足混凝土的施工要求，通常採用復配緩凝劑及保坍劑的方法。聚羧酸系減水劑適用的保塑劑很多，有以減水基團的緩釋作用為代表的聚羧酸系保坍劑和常用的羥基羧酸鹽緩凝劑等。試驗選用了2種聚羧酸系保坍劑和3種羥基羧酸鹽緩凝劑，與標準型聚羧酸系減水劑母液PC102復配，進行混凝土泌水率試驗，復配時根據經驗調整成品減水率相近，組分中以水補足至100%，復配聚羧酸系減水劑的摻量均為1.0%，試驗結果見表2。
由表2可見：2種聚羧酸系保坍劑比較，摻PC201的混凝土泌水率比摻PC202的小，這是由於兩者的保坍機理不盡相同，前者主要以聚醚長側鏈對水泥顆粒的包裹作用來保坍，而後者主要以羧基的緩慢釋放來保坍；3種緩凝劑中以摻PN的混凝土泌水率最高，摻HJ和OPR的混凝土泌水率很小。這可能是因為葡萄糖酸鈉是羥基羧酸類緩凝劑，分子結構中含有大量的羥基和羧基，緩凝的同時也容易造成泌水；麥芽糊精是澱粉類產品，除了緩凝作用外還具有很好的增稠效果，可以有效防止泌水；而有機膦酸鹽緩凝劑OPR是以磷酸根離子對Ca2+等陽離子的螯合作用為保塑機理，較低摻量下對混凝土緩凝作用不如葡萄糖酸鈉明顯，分子結構中容易產生泌水的基團也較少。
因此，聚羧酸系減水劑中選擇合適的保塑劑也是影響混凝土泌水率的重要因素，對於控制混凝土泌水要求較高的減水劑復配中儘可能不用或少用葡萄糖酸鈉作為保塑劑。
2.3黏度調節劑的影響
在混凝土中加入適量的黏度調節劑，可以通過聚合物分子的搭橋和重組功能，以類似於空間矩陣的方式均勻地隔離、分布水泥漿體，從而提高混凝土的抗離析、抗泌水性能。試驗選用某國外品牌黏度調節劑VM-1，將聚羧酸系減水劑與不同摻量的VM-1進行復配，聚羧酸系減水劑母液PC102的摻量固定為0.2%（折固），試驗結果如表3所示。
由表3可見，在0~0.02%摻量範圍內，隨著VM-1摻量的增加，混凝土的泌水率明顯減小，而混凝土初始、1h坍落度及初始、1h擴展度均先增大後減小。說明摻加VM-1可以明顯提高混凝土的保水性能，但存在最佳摻量，摻量過高會對混凝土流動性帶來負面影響。
2.4含氣量的影響
固定水膠比為0.46，0.2%摻量（折固）的聚羧酸系減水劑母液PC102與不同摻量引氣劑AE-20復配對混凝土含氣量及泌水率的影響見圖2。
由圖2可以看出，隨著引氣劑AE-20摻量的增加，混凝土含氣量隨之增大，泌水率相應減小。當引氣劑摻量增加到0.1%時，混凝土基本不泌水，但混凝土含氣量也增大到8%以上。經驗表明，混凝土含氣量過高對混凝土強度有負面影響，含氣量每增大1%，混凝土的抗壓強度約下降5%。因此，在滿足混凝土強度和耐久性的前提下，可通過適當增大含氣量來降低混凝土泌水率。
3泌水解決措施在某船閘工程中的應用
3.1工程概況
某船閘是江蘇省幹線航道網「兩縱四橫」中的「二橫」主通道入江口門，上連通揚、通呂兩大運河和連申線，下接長江，是南北水上交通的主要樞紐。其新建二線船閘建設規模採用230m×23m×4m，為Ⅲ級通航建築物，混凝土用量約20萬m3，工程主體混凝土配合比主要為C25底板及C25F150W4閘室牆。
該船閘工程混凝土使用的原材料為：華新水泥（南通）有限公司生產的堡壘P·O42.5水泥；南通華瑞建材有限公司產Ⅱ級粉煤灰；贛江中砂，細度模數為2.5~2.7；碎石為5~16mm、16~31.5mm、20~40mm三級配；南京瑞迪高新技術有限公司產的HLC-Ⅸ聚羧酸系減水劑。混凝土配合比見表4。
3.2現場應用情況
該船閘工程在閘室牆混凝土施工過程中，主要有以下2項技術要求：（1）新拌混凝土出機坍落度較小（100~140mm），且2h坍落度損失≤20mm；（2）混凝土泌水率≤1.0%，避免出現蜂窩、砂線等缺陷。
通過使用改性聚羧酸系減水劑母液，在其中復配可減小混凝土泌水率的聚羧酸系保坍劑PC201、有機膦酸鹽緩凝劑OPR，並引入適量黏度調節劑VM-1及引氣劑AE-20，設計了專門用於該船閘工程的聚羧酸系高性能減水劑配方（2#），並與常用的HLC-Ⅸ聚羧酸系高性能減水劑（1#）在工程現場配合比中進行了性能對比，結果見表5。
由表5可見，2#配方與1#配方相比，混凝土2h內坍落度呈先增大後減小，但總體保持較為平穩，2h坍落度比初始增大5mm，完全沒有損失；混凝土泌水率則明顯減小，從2.3%降至0.7%，滿足≤1.0%的設計要求；混凝土抗壓強度完全滿足設計要求。圖3為該船閘工程施工現場情況。
目前該工程施工已基本完工，從現場混凝土外觀及檢測結果反饋，改進後的聚羧酸系減水劑在本工程中的應用效果良好。
4結論
（1）合適的減水劑品種及摻量，並復配合適的保塑劑、黏度調節劑及引氣劑，可以明顯提高摻聚羧酸系減水劑混凝土的保水性，降低泌水率。
（2）優化後的復配聚羧酸系減水劑，已應用於某船閘工程閘室牆混凝土的施工中，在保證中低坍落度混凝土2h保坍的情況下，還能有效控制混凝土泌水率≤1.0%，避免出現蜂窩、砂線等缺陷，保證了工程質量，應用效果良好。（來源：《新型建築材料》2020.09）