聚羧酸高性能減水劑對(duì)高含泥砂的相容性研究

潘瑞娜，左彥峰

（1.北京化工大學(xué) 材料系，北京 100013；2.中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013）

聚羧酸高性能減水劑對(duì)高含泥砂的相容性研究

潘瑞娜1，左彥峰2

（1.北京化工大學(xué) 材料系，北京 100013；2.中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013）

目前混凝土中砂子含泥量的波動(dòng)直接影響混凝土的坍落度大小和保留值。本文合成了三種聚羧酸系高性能減水劑母液，通過三者的復(fù)合解決了砂含泥量過高造成的工作性下降的問題，對(duì)聚羧酸系高性能減水劑在混凝土攪拌站的推廣應(yīng)用具有重要意義。

聚羧酸系高性能減水劑；水泥凈漿流動(dòng)度；坍落度；流動(dòng)度

1 前言

隨著混凝土高性能化進(jìn)度的不斷深化和對(duì)混凝土氯離子含量、總堿量等有害離子的控制越來越嚴(yán)格，聚羧酸類高性能減水劑成為配制高性能混凝土的最佳選擇，而得到大量推廣使用。北京、上海等城市的商品混凝土攪拌站也大多使用聚羧酸類高性能減水劑。但是，由于受材料條件限制，各地的砂子資源逐漸劣化，特別是大中城市，有很多使用高含泥砂和人造尾礦砂以及二者的混合砂。這為混凝土運(yùn)輸、工作狀態(tài)以及強(qiáng)度等帶來很大影響。

目前市場使用的聚羧酸系高性能減水劑雖然能夠應(yīng)付水泥、砂含泥波動(dòng)，但通常采用超摻量和復(fù)配兩種方法。采用這兩種方法難免帶來單方混凝土外加劑成本的增加和其他生產(chǎn)工藝的麻煩，如，通過超摻使混凝土初始嚴(yán)重離析來保證0.5h乃至1h后的施工狀態(tài)；混凝土含氣量高嚴(yán)重影響制品外觀和后期強(qiáng)度；凝結(jié)時(shí)間過長等等。

針對(duì)目前材料的變化，很難以一種聚羧酸高性能減水劑來適應(yīng)混凝土生產(chǎn)廠家砂含泥量多變的狀況。本文通過合成了三種具有不同特征的聚羧酸系高性能減水劑，通過三者的復(fù)配對(duì)不同含泥量的砂子進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，取得了良好的效果。

2 試驗(yàn)與試驗(yàn)方法

2.1 合成聚羧酸高性能減水劑工藝

2.1.1 原料

丙烯酸 （代號(hào)AA），北京東方化工廠生產(chǎn)；工業(yè)用99%片堿，市售；異戊烯醇封端聚氧乙烯醚（聚合度54），代號(hào)TPEG，上海佳化生產(chǎn)；巰基乙酸，試劑級(jí)；L-抗壞血酸，河北石家莊華北制藥生產(chǎn)；雙氧水（27.5%），市售；去離子水。

2.1.2 儀器

1000毫升四口燒瓶；200mL恒壓滴液漏斗；增力電動(dòng)攪拌器；聚四氟乙烯攪拌漿；溫度計(jì)；實(shí)驗(yàn)用可調(diào)節(jié)溫度的加熱套；燒杯等。

2.1.3 合成工藝

首先提前配置A溶液（AA+去離子水）；B溶液（巰基乙酸+L-抗壞血酸+去離子水）；在裝有溫度計(jì)，攪拌裝置的四口燒瓶中加入去離子水；雙氧水。攪拌均勻后加入TPEG，邊攪拌邊開啟升溫，直到四口燒瓶內(nèi)溫度在58度后停止升溫TPEG完全溶解均勻；然后將A溶液和B溶液分別置于2個(gè)恒壓滴液漏斗。

在確定溫度58～60℃范圍內(nèi)，燒瓶內(nèi)溶液均勻的情況下開始同時(shí)滴加A溶液和B溶液。控制A溶液滴加時(shí)間在3h±5min，B溶液滴加時(shí)間在3.5h±5min。全部滴加完畢后，在60℃下，再保溫?cái)嚢?h，然后緩慢加入配置好的30%氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)燒瓶內(nèi)溶液pH值到7以上。對(duì)燒瓶內(nèi)的聚羧酸溶液取樣進(jìn)行水泥凈漿流動(dòng)度檢測。我們選擇了成品含固量30%濃度的3種工藝。根據(jù)丙烯酸（代號(hào)AA）等用量不同所表現(xiàn)出來的水泥凈漿流動(dòng)度的差異，這三種工藝是從大到小分別選取30A（270～310mm）；30B(230～250mm)；30C(180～200mm)。

2.2 水泥凈漿試驗(yàn)與混凝土試驗(yàn)

2.1.1 原材料

（1）水泥：冀東P·O42.5；

（2）砂：涿州中砂，含泥量2%～5%，其中多為有機(jī)淤泥，本試驗(yàn)選取砂子含泥量為5.0%、2.5%；

（3）石：5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石；

（4）水：潔凈自來水；

（5）粉煤灰：1級(jí)粉煤灰，北京興達(dá)廣源商貿(mào)有限公司；

（6）磨細(xì)礦渣：唐山雙龍S95礦粉。

2.2.2 試驗(yàn)方法

水泥凈漿試驗(yàn)按GB/T 8077方法進(jìn)行，W/C=0.29。混凝土試驗(yàn)按照GB8076-2008進(jìn)行，新拌混凝土攪拌90s。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 聚羧酸系高性能減水劑對(duì)新拌水泥漿體流動(dòng)性的影響

聚羧酸系高性能減水劑對(duì)新拌水泥漿體流動(dòng)性的影響見表1和表2。

從表1和表2可以得知，30A分散性高，但分散性有經(jīng)時(shí)損失；30C初始分散性較差，但保持能力較高；30B具有較高的初始分散能力和保持能力。在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，使用30A的混凝土容易產(chǎn)生抓底、離析、石子包裹性能差等不良狀態(tài)，難以單獨(dú)使用；30B可以單獨(dú)使用于混凝土，但是必須控制摻量；30C減水率雖然低，但是對(duì)混凝土單方用水量變化和摻量不敏感，特別適宜低強(qiáng)度等級(jí)混凝土。

表1 聚羧酸系高性能減水劑的凈漿流動(dòng)度

表2 W/C=0.35時(shí)30C對(duì)新拌水泥漿體流動(dòng)度的影響

3.2 對(duì)不同含泥量砂和尾礦砂的相容性實(shí)驗(yàn)

混凝土配合比采用C30和C60混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，以考察砂子含泥量對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)和低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中聚羧酸高性能減水劑的影響，混凝土配合比見表3。

表3 C30和C60混凝土配合比 kg/m3

外加劑使用我們前面生產(chǎn)的三種聚羧酸高性能減水劑進(jìn)行一定比例勾兌混合均勻后使用。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)后確定最佳比例。比較有代表性的比例見表4。

表4 減水劑母液的配比

在使用以上復(fù)配聚羧酸高性能減水劑時(shí)，按摻量0.5%、0.6%和0.7%進(jìn)行對(duì)比。C30混凝土實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表5。

表5 砂含泥量為5%時(shí)C30混凝土的工作性

6 4號(hào)0.7 240 240 230 230 狀態(tài)良好

從表5中可以得知，在含泥量5%時(shí)，四個(gè)樣品都能在一定摻量下出機(jī)以及適當(dāng)保留坍落度；但混凝土狀態(tài)差距很大。也說明在含泥量很高時(shí)候，30A分散能力還是很好。但是要保證混凝土狀態(tài)還必須復(fù)合30B和30C，特別是30C對(duì)抑制抓底、泌水效果顯著。特別是4號(hào)，即使摻量加大也沒有出現(xiàn)泌水和抓低現(xiàn)象。

表6 砂含泥量為2.5%時(shí)C30混凝土的工作性

從表6可以得知，在含泥量2.5%時(shí)候，外加劑摻量明顯降低，而且30A+30B+30C三種復(fù)配后的效果比較理想。30B的引氣效果會(huì)改善混凝土和易性，混凝土不抓底，特別是30C的抗泌水效果，這在3號(hào)樣品和4號(hào)樣品試驗(yàn)中得到證明。

C60混凝土試驗(yàn)見表7。

表7 砂石含量為2.5%C60混凝土的工作性

從表7中可以得知，在高強(qiáng)度等級(jí)混凝土中，由于混凝土規(guī)范要求砂子含泥量低于3%。加上膠凝材料的增大，更能體現(xiàn)聚羧酸高性能減水劑的優(yōu)勢，而且摻量和C30混凝土幾乎一樣。

4 體會(huì)與討論

對(duì)于目前國內(nèi)因砂子含泥量高的情況，聚羧酸高性能減水劑完全可以通過調(diào)節(jié)來適應(yīng)，但必須經(jīng)過實(shí)際材料來實(shí)驗(yàn)確定，而且通過幾種不同特點(diǎn)的聚羧酸高性能減水劑來調(diào)節(jié)要最快最直接，不要盲目的使用所謂小料來調(diào)節(jié)。

砂子含泥量增加，對(duì)外加劑的摻量要求增加，說明聚羧酸類高性能減水劑對(duì)砂子中的有機(jī)淤泥和風(fēng)化礦物組分有分散性，也可以說砂子中的淤泥和其他風(fēng)化礦物組分等對(duì)聚羧酸類高性能減水劑有吸附消耗作用。

聚羧酸類高性能減水劑中減水率越高越容易對(duì)付高含泥量的砂子，但是可能會(huì)帶來抓底，泌水等不利因素。所以建議使用不同減水率，或者不同性能的聚羧酸減水劑母液復(fù)配來其調(diào)節(jié)適應(yīng)性。

4 結(jié)論

在砂子含泥2.5%～5%，時(shí)基本能通過改變本文合成的三種聚羧酸系高性能減水劑的復(fù)合改而性達(dá)到商品混凝土攪拌站的技術(shù)要求。使用時(shí)可根據(jù)材料變化適當(dāng)調(diào)整比例和總摻量來適應(yīng)要求。

[1]郭誠，任雪梅.聚羧酸減水劑原液性能對(duì)混凝土砂子含泥量的敏感度初探[A].混凝土外加劑及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展[C].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社,2009.

[2]劉國棟，關(guān)志梅，魏春濤，楊紅紅.砂子含泥量對(duì)摻用聚羧酸高效減水劑性能的影響及有效對(duì)策[J].商品混凝土，2008（3）：15-18，24.

潘瑞娜（1989-），現(xiàn)就讀于北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)。

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