摘要：

聚羧酸外加剂在现代混凝土生产中应用广泛，对改善混凝土性能起着关键作用。然而，超掺聚羧酸外加剂会给混凝土带来诸多不良影响，严重威胁工程质量。本文深入剖析聚羧酸外加剂超掺对混凝土工作性能、力学性能、耐久性等方面的危害，通过实际案例分析问题产生的原因，并提出相应的解决方案措施，旨在为混凝土生产和施工过程中合理使用聚羧酸外加剂提供理论依据和实践指导。

一、引言

随着建筑行业的飞速发展，对混凝土性能的要求日益提高。聚羧酸外加剂作为一种高效的混凝土外加剂，因其具有减水率高、坍落度损失小、对混凝土耐久性影响小等优点，被广泛应用于各类混凝土工程中 。然而，在实际生产和施工过程中，由于计量设备故障、操作人员失误、对混凝土性能变化预估不足等原因，聚羧酸外加剂超掺的情况时有发生，给混凝土质量和工程安全带来了严重隐患。因此，深入研究聚羧酸外加剂超掺的危害，并提出有效的解决方案具有重要的现实意义。

二、聚羧酸外加剂的作用及工作原理

2.1 聚羧酸外加剂的主要作用

2.2 工作原理

聚羧酸外加剂通过分子中的羧基、磺酸基等活性基团与水泥颗粒表面的钙离子发生化学反应，形成一层带有负电荷的吸附层 。由于同性电荷相互排斥，水泥颗粒之间的团聚现象被打破，从而实现分散水泥颗粒的目的，释放出被包裹的水分，达到减水效果 。同时，其分子结构中的长侧链在水泥颗粒表面形成空间位阻，进一步阻止水泥颗粒的团聚，维持混凝土的坍落度稳定性 。

三、聚羧酸外加剂超掺对混凝土性能的危害

3.1 对工作性能的影响

3.1.1 坍落度过大与离析泌水

当聚羧酸外加剂超掺时，减水作用过强，混凝土拌合物的流动性急剧增大，导致坍落度过大 。过多的自由水在重力作用下容易与水泥浆体分离，从而出现离析现象，粗骨料下沉，水泥浆体上浮 。离析后的混凝土各组分分布不均匀，影响混凝土的整体性和施工质量 。同时，泌水现象也会随之加剧，在混凝土表面形成明显的水膜，不仅降低了混凝土表面的强度和耐久性，还可能导致混凝土内部形成孔隙和通道，影响混凝土的抗渗性 。例如，在某高层住宅项目的基础浇筑中，由于聚羧酸外加剂超掺，混凝土到达施工现场时坍落度过大，出现严重离析泌水，部分区域粗骨料堆积，水泥浆体流失，不得不对该部分混凝土进行返工处理，延误了工期，增加了成本 。

3.1.2 凝结时间异常

聚羧酸外加剂中的缓凝成分在超掺时会使混凝土的凝结时间大幅延长 。这可能导致混凝土在施工现场长时间处于未凝结状态，影响后续施工工序的正常进行 。在一些有时间限制的施工项目中，如大体积混凝土浇筑，凝结时间过长可能使混凝土在浇筑过程中出现冷缝，降低混凝土的整体性和强度 。相反，在某些特殊情况下，超掺的聚羧酸外加剂也可能引发混凝土的速凝现象，这是由于外加剂与水泥之间的化学反应失衡，导致水泥水化反应迅速发生 。速凝会使混凝土失去可塑性，无法正常施工，严重影响工程质量 。例如，某桥梁工程在浇筑桥墩时，超掺聚羧酸外加剂导致混凝土凝结时间延长至 48 小时，远远超出正常的 12 - 24 小时，使得后续钢筋绑扎和模板安装无法按时进行，施工进度受到严重阻碍 。

3.2 对力学性能的影响

3.2.1 早期强度发展缓慢

聚羧酸外加剂超掺会抑制水泥的早期水化反应，使混凝土的早期强度发展缓慢 。在混凝土浇筑后的初期，强度增长不足可能导致混凝土在承受自身重量、施工荷载或外界环境作用时发生变形、开裂等问题 。对于一些需要早期拆除模板或承受荷载的结构，如高层建筑的竖向结构、预制构件等，早期强度不足会影响工程进度和结构安全 。例如，某预制构件厂在生产预制梁时，因聚羧酸外加剂超掺，预制梁在养护 3 天后的强度仅达到设计强度的 30%，而正常情况下应达到 50% 以上，导致预制梁无法按时吊运和安装，生产计划被打乱 。

3.2.2 后期强度降低

超掺聚羧酸外加剂不仅影响混凝土的早期强度，还可能对后期强度产生负面影响 。过多的外加剂会改变混凝土的微观结构，使水泥石与骨料之间的界面过渡区变弱，孔隙率增大 。这些微观结构的变化会降低混凝土的密实度和强度 。长期来看，在承受长期荷载、疲劳荷载或恶劣环境侵蚀时，混凝土的耐久性和使用寿命也会受到严重影响 。研究表明，当聚羧酸外加剂超掺 10% 时，混凝土 28 天强度可能降低 10% - 15% 。例如，某大型水利工程的大坝混凝土，由于聚羧酸外加剂超掺，在运行数年后，混凝土表面出现大量裂缝，内部强度检测结果显示，部分区域的强度低于设计强度等级，严重影响了大坝的安全运行 。

3.3 对耐久性的影响

3.3.1 抗渗性下降

混凝土的抗渗性是其耐久性的重要指标之一 。聚羧酸外加剂超掺引起的离析泌水会在混凝土内部形成连通的孔隙和通道，这些孔隙和通道成为水分和有害介质渗透的路径，大大降低了混凝土的抗渗性 。在地下工程、水工结构等对抗渗性要求较高的工程中，抗渗性下降可能导致地下水渗漏、侵蚀性介质侵入混凝土内部，加速混凝土的劣化 。例如，某地下停车场在建成后不久，就出现了大面积的渗漏现象，经检测发现是由于聚羧酸外加剂超掺导致混凝土抗渗性不足，地下水通过混凝土的孔隙和裂缝渗入停车场内部，不仅影响了使用功能，还对结构安全造成了威胁 。

3.3.2 抗冻性变差

在寒冷地区，混凝土的抗冻性是保证工程耐久性的关键因素 。超掺聚羧酸外加剂会使混凝土的含气量增加，过多的微小气泡在混凝土受冻时会被压缩和破坏，导致混凝土的抗冻性下降 。同时，由于离析泌水导致混凝土内部结构不均匀，在冻融循环过程中，水分的冻结和融化会产生不均匀的膨胀和收缩应力，进一步加剧混凝土的破坏 。例如，某北方地区的桥梁工程，在经过一个冬季的冻融循环后，混凝土表面出现剥落、掉块等现象，经分析是聚羧酸外加剂超掺使得混凝土抗冻性降低，无法承受当地寒冷气候的考验 。

3.3.3 抗碳化性能减弱

混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙发生化学反应，生成碳酸钙和水的过程 。聚羧酸外加剂超掺可能会影响水泥的水化进程，使混凝土中的氢氧化钙含量减少，同时增加混凝土的孔隙率，从而加速碳化过程 。碳化会降低混凝土的碱性，使钢筋表面的钝化膜遭到破坏，引发钢筋锈蚀，严重影响混凝土结构的耐久性 。例如，某工业厂房的混凝土柱，在使用数年后，由于聚羧酸外加剂超掺导致混凝土抗碳化性能减弱，混凝土表面出现明显的碳化层，钢筋开始锈蚀，柱体出现裂缝，危及厂房的结构安全 。

四、聚羧酸外加剂超掺案例分析

4.1 案例：某商业综合体基础工程

4.1.1 工程概况

某商业综合体基础工程采用 C35 混凝土，设计坍落度为 160 - 180mm，凝结时间为初凝 6 - 8 小时，终凝 10 - 12 小时 。在混凝土浇筑过程中，发现部分混凝土坍落度达到 220mm 以上，且出现离析泌水现象，凝结时间延长至 24 小时以上 。

4.1.2 原因分析

经调查，是由于搅拌站的外加剂计量设备出现故障，传感器失灵，导致聚羧酸外加剂超掺 。操作人员在发现混凝土状态异常后，未及时采取有效的检测和调整措施，继续生产和浇筑，使得问题进一步扩大 。

4.1.3 处理措施

立即停止该批次混凝土的浇筑，对已浇筑的混凝土进行标识和监测 。对于坍落度严重超标的混凝土，进行返工处理，将其挖出并重新浇筑符合要求的混凝土 。对未浇筑的混凝土，通过添加适量的水泥和骨料，调整配合比，使其性能恢复正常 。同时，对搅拌站的计量设备进行全面检修和校准，更换故障传感器，加强设备的日常维护和管理 。对相关操作人员进行培训和教育，提高其质量意识和操作技能 。

五、聚羧酸外加剂超掺的解决方案措施

5.1 加强设备管理与维护

5.1.1 定期校准计量设备

搅拌站应建立完善的计量设备校准制度，定期对聚羧酸外加剂的计量设备进行校准和检测 。校准周期一般不应超过 3 个月，确保计量设备的准确性和可靠性 。在校准过程中，应严格按照相关标准和操作规程进行，记录校准数据和结果 。如发现计量设备存在误差或故障，应及时进行维修或更换 。

5.1.2 建立设备巡查制度

加强对搅拌站设备的日常巡查，包括外加剂储存罐、输送管道、计量装置等 。巡查内容包括设备的运行状态、密封性、有无泄漏等 。每天至少进行一次全面巡查，并做好巡查记录 。如发现设备存在问题，应及时报告并进行处理，避免因设备故障导致外加剂超掺 。

5.2 提高人员素质与管理水平

5.2.1 加强操作人员培训

对搅拌站操作人员和施工现场施工人员进行定期培训，使其熟悉聚羧酸外加剂的性能、使用方法、掺量要求以及超掺的危害 。培训内容包括理论知识和实际操作技能，通过案例分析、现场演示等方式，提高培训效果 。培训周期一般为每季度一次，确保操作人员能够正确操作设备，严格按照配合比添加外加剂 。

5.2.2 完善人员管理制度

建立健全人员管理制度，明确各岗位人员的职责和权限 。加强对操作人员和管理人员的考核和监督，对工作认真负责、严格遵守操作规程的人员给予奖励，对违规操作、失职渎职的人员进行处罚 。完善交接班制度，确保信息的及时传递和工作的连续性 。加强团队协作，提高整体工作效率和质量意识 。

5.3 优化配合比设计与调整

5.3.1 科学设计配合比

在混凝土配合比设计阶段，应根据工程要求、原材料性能等因素，科学合理地确定聚羧酸外加剂的掺量 。通过试验确定外加剂的最佳掺量范围，并在生产过程中严格控制 。同时，应考虑外加剂与水泥、骨料等原材料的相容性，避免因相容性问题导致外加剂超掺或混凝土性能异常 。

5.3.2 实时调整配合比

在混凝土生产和施工过程中，应根据原材料的变化、施工环境的变化等因素，实时调整配合比 。如遇到水泥品种更换、骨料含水率变化等情况，应及时调整外加剂掺量和用水量，确保混凝土的性能稳定 。建立混凝土性能监测体系，实时监测混凝土的坍落度、凝结时间、强度等指标，根据监测结果及时调整配合比 。

5.4 加强质量检测与控制

5.4.1 增加检测频次

在混凝土生产过程中，应增加对聚羧酸外加剂掺量和混凝土性能的检测频次 。每生产一车混凝土，都应检测外加剂的掺量和混凝土的坍落度、含气量等指标 。对于重要工程或关键部位的混凝土，还应增加对凝结时间、强度等指标的检测频次 。及时发现外加剂超掺和混凝土性能异常情况，采取相应的措施进行处理 。

5.4.2 严格把控质量标准

建立严格的质量标准和检验制度，对进入施工现场的聚羧酸外加剂和混凝土进行严格检验 。外加剂应具有产品合格证、检验报告等质量证明文件，其性能指标应符合相关标准和设计要求 。混凝土的各项性能指标也应符合设计和规范要求 。对不合格的外加剂和混凝土坚决不予使用，确保工程质量 。

六、结论

聚羧酸外加剂在混凝土工程中发挥着重要作用，但超掺会对混凝土的工作性能、力学性能和耐久性产生严重危害，给工程质量和安全带来巨大风险 。通过对聚羧酸外加剂超掺危害的深入分析以及实际案例的研究，我们认识到加强设备管理与维护、提高人员素质与管理水平、优化配合比设计与调整、加强质量检测与控制等措施是有效预防和解决聚羧酸外加剂超掺问题的关键 。在今后的混凝土生产和施工过程中，应高度重视聚羧酸外加剂的合理使用，严格按照相关标准和规范进行操作，确保混凝土工程的质量和安全 。同时，还需要进一步加强对聚羧酸外加剂的研究，不断提高其性能和应用技术水平，为建筑行业的发展提供更加可靠的技术支持。