低濃度聚羧酸減水劑配制混凝土的試驗(yàn)研究

摘要：聚羧酸高性能減水劑具有摻量小、高效分散減水、低堿等特點(diǎn)，能夠顯著改善混凝土的和易性能、混凝土流動性及混凝土的強(qiáng)度等。本文簡述聚羧酸系與萘系減水劑的對比研究試驗(yàn)，證明了聚羧酸減水劑配制混凝土不僅有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，且成本也低于萘系減水劑，值得推廣應(yīng)用，但需要改善聚羧酸外加劑的高引氣性以及混凝土的保坍性能問題。

關(guān)鍵字：聚羧酸減水劑、混凝土、試驗(yàn)研究

0 前言

混凝土減水劑的發(fā)展已經(jīng)歷了漫長的過程，20 世紀(jì)大量使用的有木質(zhì)素磺酸鹽類、萘磺酸鹽系高效減水劑及磺化三聚氰胺系高效減水劑。隨著科學(xué)的進(jìn)步，在21世紀(jì)的今天，一種新型的羧酸類減水劑以其優(yōu)越的性能和無污染的生產(chǎn)得到很快發(fā)展，成為當(dāng)之無愧的第三代減水劑產(chǎn)品，這種產(chǎn)品在國外已經(jīng)迅速發(fā)展，普遍用在商品混凝土中。在國內(nèi)的這幾年來，為滿足高性能混凝土及混凝土施工技術(shù)的發(fā)展要求，需要具有減水率大、和易性好、膠凝材料適應(yīng)性好的高性能減水劑，而聚羧酸正好迎合了這一需求，因此值得推廣應(yīng)用。本文針對聚羧酸減水劑的性質(zhì)及混凝土性能開展了混凝土試驗(yàn)研究，指出聚羧酸減水劑存在不足之處。

1 聚羧酸減水劑的作用機(jī)理

聚羧酸減水劑為茶色油狀水溶液，具有梳形分子結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)減水劑僅依靠靜電斥力打破水泥漿絮狀態(tài)而達(dá)到減水的作用不同，其超分散性能強(qiáng)。這是由于聚羧酸減水劑帶有羧基（-COOH）、磺酸基（-SO3H）等活性親水基團(tuán)，其分子結(jié)構(gòu)由單一靜電斥力效應(yīng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向靜電斥力效應(yīng)與空間位阻效應(yīng)共同作用結(jié)構(gòu)，形成立體分散系統(tǒng)。梳形聚合物在水泥顆粒表面呈齒形吸附狀態(tài)，其主鏈上的羧基（-COOH）、磺酸基（-SO3H）等活性官能團(tuán)提供靜電斥力，梳形聚合物側(cè)鏈觸向水泥粒子的各個(gè)部位，起著立體位阻的重要作用，決定分散系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保持水泥漿體流動性。由于主鏈長、極性基團(tuán)多、靜電斥力強(qiáng)、空間分子結(jié)構(gòu)龐大、側(cè)鏈多且較長空間位阻大，從而對水泥材料具有良好的減水、分散、穩(wěn)定作用。

2 低濃度聚羧配制混凝土的試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)原材料

水泥：嘉華水泥公司生產(chǎn)的 P.O 42.5R水泥，各項(xiàng)指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求；

煤灰：黃埔電廠生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)Ⅱ級粉煤灰，各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求；

礦粉：選用S95的礦粉，各指標(biāo)滿足要求；

水：自來水；

骨料：河砂，細(xì)度模數(shù)2.5（含泥量1.5%），石子為最大粒徑為25mm 連續(xù)級配石子（含泥量0.9%）；

加劑：選用廣州西卡建筑材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系減水劑，型號為SJX和荊州強(qiáng)達(dá)外加劑材料有限公司生產(chǎn)的萘系減水劑，型號為SF，兩者性能滿足相關(guān)規(guī)范要求。外加劑的物理性質(zhì)見表1。

表1 外加劑的物理性質(zhì)

2.2 凈漿流動度試驗(yàn)（與萘系減水劑比較）

按照“混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法”（GB/T8077-87）規(guī)定方法，測得聚羧酸凈漿流動度以及1.5小時(shí)流動度值如下表2。 [Page]

表2 凈漿流動度試驗(yàn)結(jié)果

從上表數(shù)據(jù)表明，聚羧酸的摻量從0.8%-1.0%時(shí)，隨著摻量的增大，初始流動度也不斷的增大，變化明顯，當(dāng)摻量從1.0%-1.2%不斷地增大時(shí)，初始流動度變化不明顯，可以得出聚羧酸的最佳摻量約為1.0%；從流動度損失的數(shù)據(jù)顯示，聚羧酸摻量越大，1.5h后的損失變小，較萘系減水劑損失稍小。

2.3聚羧酸配制混凝土試驗(yàn)研究

根據(jù)凈漿流動度的摻量為基礎(chǔ)，以萘系減水劑泵送C30為基準(zhǔn)配方，摻入不同摻量聚羧酸外加劑進(jìn)行對比試驗(yàn)；摻入不同摻量礦粉取代水泥用量試驗(yàn)以及優(yōu)化聚羧酸配比試驗(yàn)，分別測定混凝土拌和物的和易性、1.5h的坍落度損失、混凝土含氣量以及抗壓強(qiáng)度等。其配比和試驗(yàn)結(jié)果如下列表。

表3 SJC在混凝土中摻量試驗(yàn)配比

表4 SJC在混凝土中摻量試驗(yàn)結(jié)果

表5  摻礦粉混凝土試驗(yàn)配比

表6  摻礦粉混凝土試驗(yàn)結(jié)果

表7 優(yōu)化配合比試驗(yàn)配比

表8 優(yōu)化配比試驗(yàn)結(jié)果

2.4試驗(yàn)結(jié)果分析與體會

1）聚羧酸減水劑SJC摻量很小，減水率很高，在混凝土中，最佳摻量為膠凝材料重量之0.9%—1.1%。

2）分別摻用聚羧酸和萘系兩類減水劑的混凝土拌和物和易性能有明顯的區(qū)別。通過對和易性及外觀的觀察，摻有聚羧酸類外加劑的混凝土無泌水現(xiàn)象，混凝土測試含氣量約為4.1%，表觀有微小氣泡，混凝土具有良好的粘聚性，澆筑性好；而摻萘系減水劑的混凝土在稍有泌水現(xiàn)象，測試含氣量約為2.8％，有較多大氣泡。從混凝土外觀質(zhì)量看聚羧酸類外加劑優(yōu)于萘系減水劑。

3）聚羧酸減水劑在低摻量的情況下就能實(shí)現(xiàn)高減水及很好的流動性，混凝土硬化后試件外觀非常密實(shí)光滑，大氣孔較少，小氣泡分布均勻，有利于混凝土的抗凍融和抗?jié)B耐久性，混凝土性能檢驗(yàn)表明，摻聚羧酸外加劑的混凝土早期強(qiáng)低，但后期強(qiáng)度比萘系減水劑強(qiáng)度發(fā)展好，具有后期強(qiáng)度高等特征。與粉煤灰和礦物粉體配合使用，聚羧酸減水劑更有利于降低水泥用量以及提高摻合料的用量，在一定范圍內(nèi)，隨著礦粉量的增加強(qiáng)度也有所增加！

4）該品種聚羧酸混凝土坍落度損失較大，在1.5小時(shí)損失約60mm，而萘系才損失約4mm，從這坍損的問題看來，聚羧酸的保坍性能還須要進(jìn)一步改善。

5）從試驗(yàn)研究與經(jīng)驗(yàn)積累，確定聚羧酸與萘系減水劑C30泵送的最優(yōu)配合比如下表：

 表9 聚羧酸與萘系優(yōu)選配合比

3 成本分析

聚羧酸減水劑單價(jià)高于現(xiàn)有萘系減水劑，但由于這種減水劑摻量低、減水率高，能降低水泥用量，提高粉煤灰、礦渣在膠凝材料中的比例，因此，使用聚羧酸配制混凝土較萘系可以降低更多的成本。從表9配合比的造價(jià)分析，其中砂、石、水的造價(jià)變化微小，不計(jì)在內(nèi)。通過計(jì)算C30泵送混凝土，使用聚羧酸外加劑配制混凝土可降成本11元。

表10 混凝土造價(jià)分析

上表中材料單價(jià)為：水泥—420元/噸、礦粉—320元/噸、粉煤灰—180元/噸、萘系減水劑—2200元/噸、聚羧酸減水劑—4400元/噸。

4 結(jié)語

1、聚羧酸減水劑在低摻量的情況下可實(shí)現(xiàn)高減水及很好的和易性，并能降低水泥用量，提高粉煤灰、礦渣在膠凝材料中的比例，起到降低成本的作用。

2、聚羧酸堿含量低，有利于抑制水泥混凝土有害的堿骨料反應(yīng)，通過混凝土試驗(yàn)研究，它配制出的混凝土和易性是傳統(tǒng)萘系減水劑不能達(dá)到的。

3、聚羧酸的凈漿流動度損失小，但是它配制的混凝土保坍性能很差，保坍性能不如于萘系，希望混凝土愛好者今后繼續(xù)研究。

4、摻聚羧酸的混凝土測試含氣量約為4.1%，表觀有微小氣泡，混凝土具有良好的粘聚性，澆筑性好；而摻萘系減水劑的混凝土在稍有泌水現(xiàn)象，測試含氣量約為2.8％，有較多大氣泡。

5、通過試驗(yàn)與計(jì)算，使用聚羧酸減水劑的混凝土成本低于萘系品種，應(yīng)用在現(xiàn)代混凝土中的應(yīng)用前景看好。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣林華. 混凝土材料學(xué).河海大學(xué)出版社,2006

[2] 何延樹,等.混凝土外加劑.陜西科學(xué)技術(shù)出版社,2003

[3] 朱本瑋,等.聚菠酸高效減水劑結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究.武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào).2005