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这些
问题是影响聚羧酸高效减水剂在预拌混凝土中应用的主要因素。
通过对比研究掺加聚羧酸和萘系高效减水剂的预拌混凝土性能，发现相同配
合比情况下，掺聚羧酸高效减水剂的混凝土不仅可以提高预拌混凝土拌合物的坍
落度，同时坍落度损失率较萘系高效减水剂减少15～20%，而且可以提高硬化混
凝土强度约10%，收缩可减低10%~20%。
结合对影响聚羧酸高效减水剂塑化效果
的主要因素的研究，本文以常用萘系高效减水剂混凝土配合比为参比对象，通过
正交试验，得到了重庆地区掺聚羧酸高效减水剂的混凝土配合比中胶凝材料总用
量可减少约.0%，其中水泥用量减少约6%，矿物掺合料用量提高约8%，砂率提
高约0.5%；
用水量减少约6%。
结合工程应用实际，分析并解决了聚羧酸高效减水剂在预拌混凝土应用中存
在的储存聚羧酸高效减水剂容器管道易受腐蚀、混凝土拌合物工作性瞬时损失大
和二次添加聚羧酸高效减水剂后混凝土易出现泌水等问题。
在不影响减水率的前
提下，调整PC溶液至弱碱性（pH＝7.5），以此解决了聚羧酸高效减水剂对储存罐、管道的腐蚀问题；
通过添加适量引气剂可弥补因粉煤灰烧失量高而造成的工作性瞬间损失大的问题；
通过引入木质素磺酸盐解决聚羧酸高效减水剂二次添加后混凝土拌合物离析泌水的问题等。
最后本文根据高附加值混凝土的发展方向，结合重庆地材，通过掺加聚羧酸
高效减水剂配制了C0低强自密实混凝土、C50清水混凝土和C80高强混凝土，
并成功应用于工程实践。
关键词：
聚羧酸减水剂，萘系减水剂，预拌混凝土，相容性，应用技术
Abstract
Nowadays,polycarboxylatesuperplasticizer（PC）hasbeenwidelyusedinhighperformanceconcreteinChina,butitishardlyusedintheready-mixedconcreteindustry.MostresearchershavepaidtheirattentionsonhowtopreparehighperformanceconcretewithPC.Itshouldbenotedthatthereislittleeffecthavebeenmadetoinvestigateitsuseinplainready-mixedconcrete,andthereisnopaperpublishedonthissubject.Thus,theresearchontheapplicationofPCinthe
ready-mixedconcreteissystematicallystudiedinthisthesis.
Thefactors（i.e.,rawmaterials,commonusedadmixturesandmixproportions）thatinfluencetheapplicationofPCinready-mixedconcretewereexperimentallystudied.Itshowedthatitsperformancewassensitivelyinfluencedbythefactorssuchas
propertiesofcementandflyash,poorcompatibilitieswiththecommonlyusedwater-reducersandexpandingagents,sandratioandmixproportion.TheseproblemshavebecomethemainfactorsthatseriouslylimittheuseofPCinready-mixedconcrete.
Bycomparingthepropertiesofready-mixedconcretescontainingPCandnaphthalenewaterreducer,itshowedthatmixwithPChadahigherslump,aswellasareductionofslumplossof15一20%.Atthesametime,an10%-improvementofstrengthand10%}20%-reductionofshrinkagecanbeobtained.BasedonthemainfactorsthatinfluencetheplasticizingeffectsofPC,thechangelawofPCconcretemixdesignwasstudiedbyorthogonaldesignwithnaphthalene-basedmixdesignasthereference.Thechangelawisshownasfollowing:
areductionofbinderto3%degree（areductionofcementto6%degree,anenhancementofmineralmixturesto8%）,animprovementofsandratioto0.5%andareductionofwaterto6%degree.
Then,thepracticalproblemsofusingPCinready-mixedconcreteindustry（thecorrosionrisksofPCcontainersandpipes,thegreatimmediatelossofmixworkabilityandbleedingofthesecondadditionofPC,etc.）wereanalyzedandsolved.TheproblemsofthecorrosionofPCcontainersandpipescanbesolvedbyadjustthePCsolutiontoaweakalkalineenvironment（pH=7.5）;
theproblemofthegreatimmediatelossofmixworkabilityduetothehighlossofignitionofflyashcanbesolvedbyaddingairentrainingagenttoacertaindegree;
theproblemofbleedingofthemixafterthesecondadditionofPCcanbesolvedbyintroductionoflignosulphonate.
Finally,theself-compactingplainconcretesofthelow（C30）,high（C50）gradesand
thehighstrengthconcrete（C80）werepreparedaccordingtothedevelopmentroutineof
high-valuedready-mixedconcretebyusingthelocalmaterialsofChongqing,andtheyweresuccessfullyusedinpractice.
Keywords:
PolycarboxylateSuperplasticizer,NaphthaleneWaterReducer,
Ready-MixedConcrete,Compatibility,ApplicationTechnique
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1混凝土1
1.1.1混凝土的发展历史1
1.1.2混凝土的分类1
1.1.3国内混凝土的发展方向2
1.1.4预拌混凝土2
1.1.5减水剂应用于混凝土的重要意义3
1.2减水剂4
1.2.1减水剂定义及分类4
1.2.2高效减水剂的作用机理4
1.2.3传统高效减水剂5
1.2.4聚羧酸高效减水剂6
1.3聚羧酸高效减水剂在预拌混凝土应用中的问题及影响因素8
1.3.1水泥品种的影响8
1.3.2减水剂掺量及用水量的影响8
1.3.3掺合料的影响8
1.3.4骨料的影响9
1.4本课题的研究内容及意义9
1.4.1研究目的和意义9
1.4.2主要研究内容9
2原材料与实验方法11
2.1减水剂性能测试的主要材料及仪器11
2.1.1减水剂性能测试的主要材料11
2.1.2减水剂性能测试的主要仪器13
2.2减水剂性能测试试验方法13
2.2.1水泥净浆流动度的测定方法13
2.2.2坍落度测定方法13
3.掺PC高附加值预拌混凝土工程应用研究14
3.1自密实混凝土14
3.2高强混凝土14
3.3小结15
4结论与展望16
4.1结论16
4.2展望17
参考文献18
致谢19
1绪论
1.1混凝土
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。
它是由胶结材料，骨料和水按一
定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。
混凝土具有
原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大；
同时混凝
土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽，使其使用范围出十分广泛，
不仅在各种土木工程中使用，在造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，
混凝土也是重要的材料。
1.1.1混凝土的发展历史
混凝土的发展一共经历了三次大的飞跃。
第一次是19世纪中叶出现的钢筋混
凝土，混凝土是一种准脆性材料，抗压性能高，而抗拉性能较差。
在混凝土中预
埋钢筋在一定程度上解决了这种矛盾，提高了混凝土的抗拉能力，极大的拓宽了
混凝土的应用范围；
第二次是1928年FreyssinetE.的预应力钢筋混凝土技术，它充分地把混凝土和钢筋的性能结合起来，使长跨度、高耸、高承重结构成为可能；
第三次是20世纪70年代，化学外加剂的引入，混凝土进入高流态、高强化发展[4,5]。
1.1.2混凝土的分类
按胶凝材料分有：
①无机胶凝材料混凝土，如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸盐混凝土、水玻
璃混凝土等；
②有机胶结料混凝土，如沥青混凝土、聚合物混凝土等。
按容重分有：
①重混凝土,容重2600～5500kg/m³
甚至更大；
②普通混凝土,容重2400kg/m³
左右；
③轻混凝土，容重为500～1900kg/m³
的轻集料混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土等。
按使用功能分主要有：
结构混凝土、保温混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、
耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土等。
按施工工艺分主要有：
离心混凝土、真空混凝土、灌浆混凝土、喷射混凝土、
碾压混凝土、挤压混凝土、泵送混凝土等。
按混凝土拌合物的和易性分有：
干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝土、流动性混凝土、高流动性混凝土、流态混凝土等。
按混凝土生产地点分有：
现场搅拌混凝土；
预拌混凝土[6]。
1.1.3国内混凝土的发展方向
混凝土是当代最大宗的人造材料也是最主要的建筑材料。
目前，我国混凝土
年使用量可达16亿m³
，占世界之首，其工程量之多，社会与经济意义之大，是人
们所共知的。
而我国今后混凝土发展的两个重点方向：
高性能混凝土和预拌混凝
土[7]。
混凝土高性能化是世界上均在追求的，尤其今年国内高速铁路等重点工程的
发展推动，混凝土高性能化程度逐步提高。
而预拌混凝土在节能、环保、经济、效率和保证质量等多方面优越性以被证明。
因此发展预拌混凝土，逐步实现工厂化生产和机械化施工势在必行。
1.1.4预拌混凝土
预拌混凝土又称商品混凝土，按照GB⁄T14902—200《预拌混凝土》的定义，
预拌混凝土是指由水泥、集料、水以及根据需要掺入的外加剂和掺合料等组分按
一定比例、在搅拌站（厂）经计量、拌制后出售，并采用运输车，在规定时间内
运至使用地点的混凝土拌和物[8]。
预拌混凝土是现代混凝土与现代化施工工艺的结合的高科技建材产品，它应
包括：
大流动性混凝土、流态混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、防渗抗裂大
体积混凝土、高强混凝土和高性能混凝土等。
因此，商品混凝土是现代混凝土与现代化施工工艺的结合，它的普及程度能
代表一个国家或地区的混凝土施工水平和现代化程度。
预拌混凝土最早出现在欧洲，它于190年在德国诞生，1926年美国研制成功预拌混凝土运输车，奠定了现代预拌混凝土技术的基础。
到20世纪70年代，世界预拌混凝土的发展进入了黄金时期，预拌混凝土在混凝土总生产中己经具备绝对优势，其中美国占84%，瑞士占8%，日本占78%，澳大利亚占6%，英国占57%。
目前，美国和日本仍然是世界上最大的两个预拌混凝土生产国，预拌混凝土约占本国混凝土总用量的80%。
俄罗斯现在年产水泥5000万吨，其中30%-40%用于生产预拌混凝土，人均预拌混凝土用量0.2-0.3m³
。
全欧洲包括东欧国家在内，年产预拌混凝土总量约4亿m³
；
德国预拌混凝土产量最高，年产量7400万m³
，人均0.9m³
而人口仅650万的瑞士，却有预拌混凝土工厂00多座，年产量970万m³
，人均1.49m³
，居欧洲第一。
综上所述，预拌混凝土己成为一个独立的产业结构体系，正在全世界范围内得到较大规模的发展。
预拌混凝土的应用量比重的大小标志着一个国家的混凝土生产工业化程度的高低，它在整个建筑行业中占有着举足轻重的地位。
预拌混凝土的发展离不开外加剂的发展，如外加剂的发展推动了混凝土第次
革命发展一样，而对商品混凝土发展高效减水剂起到了关键作用，可以说新型高
效减水剂的应用己成为混凝土技术发展的一个重要里程碑。
另外随着世界能源和
资源保护要求的日益增长，大量高炉矿渣、粉煤灰等作为水泥复合材料被应用于
预拌混凝土中，高效减水剂使超细矿物掺合料应用于配制高性能混凝土成为可能，
使资源得以综合利用并极大地改进了混凝土性能，随之产生了巨大的经济效益和
社会效益。
1.1.5减水剂应用于混凝土的重要意义
减水剂在混凝土应用中发挥的作用主要有三种：
一、在混凝土单方用水量不
变的情况下增大混凝土的流动性能以方便施工；
二、在保持混凝土单方水泥用量
和坍落度不变的情况下提高混凝土的强度等级；
三、在混凝土强度等级不变的情
况下降低水泥用量，节约水泥以降低成本。
高效减水剂的出现是混凝土技术上的一次重要飞跃，它的应用具有极为重要
的意义。
首先，它增大了混凝土的流动性，使泵送施工成为可能，并且容易振捣
密实，这样即提高了混凝土的浇注效率和质量，使高层建筑施工简单化，还突破
了施工场地的限制，使以前混凝土难以运送到的结构部位的浇注变得简单。
随着
新一代减水剂的出现，混凝土的流变性得到进一步改善，混凝土坍落度可达到
250m³
m³
以上，扩展度达到700m³
以上，这样再通过调整骨料的级配和使用矿物掺合料，可配制无需振捣的自密实混凝土，即减少了施工噪音，降低了劳动强度，
还解决了部分特殊结构部位难以振捣的难题。
其次，高效减水剂的应用，在维持混凝土坍落度不变的情况下，可使水灰比
降至0.25甚至更低，混凝土的单方用水量大大减少，故可配制高强混凝土或超高强混凝土。
混凝土抗压强度在20世纪70年代后期最高仅5M³
Pa左右，提高到今天工业化生产并可通过泵送浇注的150M³
Pa强度等级的混凝土。
若将混凝土粗骨料（石子）剔除，并复合钢纤维，则可以制备抗压强度超过200M³
Pa的活性粉末混凝土；
当受限于薄壁铜管条件下成型并经过热养护，又能将活性粉末混凝土强度继续提高到接近400M³
Pa；
再用金属粉末代替细骨料（砂子），还可进一步把强度提高到800M³
Pa。
这种混凝土的断裂韧性可以达到与钢材、铝材相同的量级，完全改变了混凝土就是一种脆性材料的定论。
第三，使用减水剂后混凝土更加容易密实，故其强度比未使用减水剂时提高
很多，故在保持原强度等级不变的条件下可减少水泥的用量，即节约成本又有利
于环保。
减水剂的应用对混凝土技术产生了深远的影响，如今减水剂已被看做是
混凝土中不可缺少又一组分[9]。
1.2减水剂
1.2.1减水剂定义及分类
减水剂（water-reducingadm³
ixture），是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；
或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂[15,16]。
减水剂分类主要根据其减水及保塑能力，分为普通减水剂（又称塑化剂）及
高效减水剂（又称超塑化剂）。
高效减水剂又称超塑化剂，其定义为在保持混凝土具有相同流动性的情况下
能大幅度减少混凝土拌合物用水量的一种表面活性物质[10]。
高效减水剂按时间发展分为传统高效减水剂和高性能高效减水剂
传统高效减水剂主要有萘系高效减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、树脂系减水
剂三大类。
高性能高效减水剂主要有聚羧酸系高效减水剂。
1.2.2高效减水剂的作用机理
高效减水剂作为外加剂中的一个品种，在其中用量最大，其掺入量不大于水
泥质量的5%，主要起个不同作用：
①提高混凝土的浇注性。
②在给定工作条件
下，减少水灰比，提高混凝土的强度和耐久性。
③在保证混凝土浇注性能和强度
不变的情况下，减少水和水泥的用量，减少干缩、水泥水化热等引起混凝土初始
缺陷的因素。
[11]
水泥加水拌和后，由于水泥颗粒间的作用而产生许多絮状物，形成絮凝结构，
在这种结构中包裹了很多拌合水，从而降低了混凝土拌合物的和易性。
这时，若
加入适量的减水剂，则由于其表面活性作用，使水泥颗粒互相分散，絮凝结构解体，包裹的游离水被释放出来，从而有效地增加了混凝土拌合物的流动性。
这一
作用使得在保持流动性不变的条件下，可大幅度减少混凝土拌合用水量，使混凝
土水灰比降低，硬化混凝土密实度提高，强度提高，抗冻、抗渗等性能也得到改
善；
与此类似，减水剂的加入，可以在水灰比不变的条件下，大幅度提高混凝土
的工作性，并达到节约水泥的目的。
[12]
减水剂提高混凝土拌合物流动性的作用机理主要包括分散作用和润滑作用两
方面。
减水剂实际上为一种表面活性剂，长分子链的一端易溶于水——亲水基，
另一端难溶于水——憎水基。
水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，使10%～0%的拌合水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性。
当加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷（通常为负电荷），形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。
另外减水剂中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的减水剂
吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高[13]。
1.2.3传统高效减水剂
剂三大类，各有优缺点。
萘系高效减水剂是目前普遍应用的一种外加剂，但其在近几十年的发展中也
暴露了一些自身难以克服的问题。
例如，用它配制的混凝土坍落度损失十分明显，
而且由于自身分子结构、减水机理，不可能有更高的减水率。
而其价格也受其生
产原料——工业萘的影响上涨严重。
氨基磺酸盐系减水剂对水泥粒子间的凝聚作用阻碍较大，分散系统的稳定性
好，因此掺量小，减水率高，坍落度经时损失小，抗渗性、耐久性好。
但是其缺
点是对掺量敏感，稍微过量就容易产生泌水，使混凝土粘罐。
树脂类高效减水剂以三聚氰胺系高效减水剂为代表，其分散性、减水性和增
强效果比萘系还好，属早强、非引气型高效减水剂，减水率很高，当掺量为0.5%～
2%时，减水率可达20%～35%。
掺这类减水剂的混凝土各龄期强度均较基准混凝
土有显著提高，1天强度提高一倍以上，7天即可达基准混凝土28天的强度，28天则增强30%～60%。
若保持强度不变，则可节约水泥25%左右。
另外，混凝土的弹性模量、抗渗、抗冻等性能以及与钢筋的粘结力等，也均有改善和提高。
但由于三聚氰胺原料价格较高，因此导致三聚氰胺树脂磺酸盐生产成本增加，这给三聚氰胺系高效减水剂的生产和应用投下了阴影，此外其配制的混凝土同样存在坍落度损失过快的问题，所以目前仅用于有特殊要求的混凝土工程[14]。
1.2.4聚羧酸高效减水剂
①聚羧酸系高效减水剂的作用机理
1）高效减水剂应用中存在的突出问题就是坍落度损失，尤其对于坍落度较大的泵送混凝土或流态混凝土。
坍落度损失的原因，有人认为是伴随水泥水化反应而产生的化学凝聚及水泥粒子之间的冲突而形成的物理凝聚形成了三维网状结构，阻碍了水泥粒子的分散稳定性，导致混凝土的流动性在短时间内迅速下降；
此外其损失也与水泥与高效减水剂相容性不好有紧密的联系，由高效减水剂的分散和保持分散机理可见，不同种类、品牌的高效减水剂在不同水泥中起分散作用的主要方面是不同的，相互作用的机理也不同。
同一种高效减水剂（如萘系）以相同剂量掺在多种符合国家标准的水泥中，混凝土的坍落度损失可以有很明显的差别：
有的在1.5h内看不出有坍落度损失的迹象，而有的在很短时间里就损失显著。
2）聚羧酸系高效减水剂对水泥有较为显著的缓凝作用，减少混凝土的坍落度
损失。
这主要由于聚羧酸高效减水剂中羧基充当了缓凝成分，R-COO-与Ca2+离子
作用形成络合物，降低了水泥浆体中Ca2+离子的浓度，延缓Ca（OH）2形成结晶，减少C-S-H凝胶的形成，对水泥的初期水化产生抑制
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