含泥量對摻聚羧酸混凝土性能的影響

苗翠珍 張民寶

0 引言

作為混凝土很重要組成部分的細骨料占混凝土體積的30%左右，其各項性能的好壞直接影響到混凝土的早期工作性能及硬化后的力學性能乃至混凝土的耐久性。

聚羧酸減水劑是一種高性能混凝土外加劑，具有低摻量、低堿含量、低氯離子含量、高減水率、水泥適應性好、綠色環保等許多優點，摻用該外加劑的混凝土具有良好的和易性和保坍性，使混凝土的減縮效果顯著增強，大大提高了混凝土的綜合性能，同時能夠減少水泥用量，是配置高性能混凝土不可缺少的重要組成部分。聚羧酸減水劑是一類表面活性劑，其分子結構一般含有親水主鏈和疏水的聚氧乙烯側鏈，因此可以通過表面活性劑的分子設計和分子剪裁技術，設計相應的分子結構，選擇合適的反應單體，通過化學反應得到具有預期性能的產品，應用在不同需求和領域的工程上。

聚羧酸減水劑對混凝土中砂子含泥量十分敏感，砂子中的含泥量對混凝土的影響很大，從混凝土工作性能來講，它嚴重影響聚羧酸減水劑對混凝土的坍落度及坍落度損失，從混凝土的力學性能來說，當砂子含泥量超過3%就會對混凝土強度有很大影響(砂子含泥量超過3%對混凝土的耐久性不做討論)。

1 聚羧酸分子結構

聚羧酸減水劑的分子是梳狀結構，在分子主鏈上接有許多個有一定長度和剛度的側鏈。在主鏈上有能使水泥顆粒帶電的極性基團，可以起到水泥顆粒作用，有一定的電荷排斥作用;側鏈為聚氧乙烯長鏈，能阻礙水泥顆粒相互接近，有空間位阻作用，起減水的功能。

聚羧酸減水劑其在分子結構上有兩個層次:1)線性主鏈:以非極性基相互連接為主，主鏈上含有親水的極性基團如羧基、磺酸基等。影響聚羧酸減水劑性能的因素為分子量、分子量分布、主鏈電荷密度。2)溶劑化側鏈:一般為聚氧乙烯長鏈，增加空間位阻，降低水分子滲透作用，同時起調節表面活性，影響分散性、分散保持性和引氣性。影響聚羧酸頭號水劑性能的因素為聚氧乙烯長鏈的數量、相對位置及組合。

聚羧酸減水劑通常由兩種以上的不飽和單體，通過活性可控自由基聚合反應(ACFRPR)合成。聚羧酸減水劑的分子結構過程中，不同單體隨機或有規律地聚合在一起。

2 聚羧酸在混凝土中的作用機理

水泥漿體是一種粗分散體系的懸浮體，水泥顆粒的尺寸約在1 μm～50 μm，具有很高的比表面能，在熱力學上不穩定，在水泥漿體中，由于粒子之間的距離小，相互作用強，容易發生團聚現象。水泥顆粒的絮凝是由于范德華力或靜電作用產生的顆粒間的相互吸引力所導致的。具有良好工作性的混凝土，水泥顆粒的懸浮體必須具有很好的分散穩定性。靜電作用和空間位阻作用是減水劑分散的主要機理，而聚羧酸減水劑的分散機理普遍認為是空間位阻作用起主要作用。這是因為聚羧酸減水劑雖然本身是呈電負性的，吸附后能降低水泥顆粒表面的ξ電位，由于吸附率較小和本身所帶電量比較低，所以沒有達到改變水泥顆粒表面的電性，因此靜電作用對水泥漿體分散影響小。

水泥漿體分散中聚羧酸減水劑的梳型側鏈起了重要作用。含有聚氧乙烯鏈的聚羧酸減水劑吸附在水泥顆粒表面后，在水泥顆粒表面定向吸附，形成溶劑化水膜，阻止水泥顆粒間直接接觸。當水泥顆粒相互靠近時，已吸附聚羧酸減水劑的水泥顆粒，會因為空間位阻作用使水泥顆粒相互排斥面而分開，阻止了水泥顆粒的聚集和凝聚，可以使水泥團聚的有效尺寸降低，降低了水泥漿體中懸浮固體的有效體積，從而增大流動性，形成良好的分散體系。

3 砂子含泥量對聚羧酸減水劑效用的影響

砂子中的泥由于其具有較水泥良好的吸附作用，因此它對聚羧酸減水劑有很強的吸附作用，消耗掉了相應減水劑用量的效能。

在山西侯馬2×300 MW熱電聯產工程建設中我們對采用了山西康特爾精細化有限責任公司生產的聚羧酸(KTPCA)高性能減水劑的混凝土進行了研究分析，取得了很好的經濟效益，每立方米混凝土可節省費用約20元。

3． 1 試驗原材料

1)水泥采用山西聞喜產的冀東普通硅酸鹽42．5水泥;

2)粉煤灰采用河津電廠產的Ⅱ級粉煤灰;

3)砂子采用新絳三家店山砂(選用含泥量低于3%的砂子);

4)石子采用侯馬花崗巖石(5 mm～31．5 mm連續級配);

5)外加劑采用山西康特爾精細化有限責任公司聚羧酸KTPCA高性能減水劑;

6)泥為從砂子里邊洗出來烘干后又磨成細粉。

3． 2 水泥凈漿試驗

分別按水泥用量的0%，5%，10%摻入泥(內摻法)，水泥凈漿試驗按照GB/T 8077-2000混凝土外加劑勻質性試驗方法進行。試驗配合比及試驗結果見表1。

從表1分析看出，與純水泥比，內摻5%泥后減水劑的摻量提高150%后其效果仍不能達到原來的要求，且凈漿流動度損失仍偏大。內摻10%泥后減水劑的摻量提高400%其效果仍不能滿足要求，且凈漿流動度損失較5%還嚴重。

表1 試驗配合比及試驗結果

3． 3 混凝土試驗

對同一水膠比，外加劑摻量固定，預先通過空白(摻泥)試配確定外加劑的摻量，坍落度控制在180 mm，含泥量從3%～9%按2%遞增。試驗混凝土配合比見表2。

表2 試驗混凝土配合比

為了使試驗更貼近實際，我們采用含泥量低于3%的砂子，對于砂中的含泥量的控制是先把砂子和泥按要求的含泥量均勻地混合好，再在它們表面灑一些水，使它們能充分的濕潤，這樣泥就能更好地粘在砂子表面，然后再自然曬干進行試驗。這樣就保證了試驗中的砂子的狀態和現實中的狀態相接近。

3．3．1 砂子含泥量對摻聚羧酸高效減水劑混凝土拌合物的影響

根據表2我們按照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能試驗標準進行試驗。經過多次試拌，測定混凝土拌合物的各項試驗數據見表3。

表3 測定混凝土拌合物的各項試驗數據

從表3可以看出，當砂子含泥量在3%以下時對混凝土流動度影響基本不大，當超過3%時，隨著含泥量的增大，其混凝土的流動度減少和坍落度的損失都大大增加，嚴重影響混凝土拌合物的各項性能。

3．3．2 砂子含泥量對摻聚羧酸高效減水劑混凝土強度的影響

按表2混凝土配合比設計，將混凝土制成試塊進行抗壓試驗，我們按照GB/T 50081-2002普通混凝土力學性能試驗標準進行制作、養護、抗壓等試驗，具體數據及曲線圖見表4和圖1～圖3。

表4 各種配合比在三個齡期階段的抗壓強度值對比

圖1 各種水灰比3 d的強度曲線

圖2 各種水灰比7 d的強度曲線

圖3 各種水灰比28 d的強度曲線

由圖1～圖3可以看出，當砂子含泥量在3%以下時，對混凝土強度基本影響不大，當大于3%時對混凝土的強度影響較大，砂子中的含泥量每增加2%，其強度降低均超過10%。

4 結語

通過對比試驗分析得出，當砂子含泥量在3%以下時，對混凝土強度沒有太大影響，且坍落度損失也較小。當砂子含泥量超過3%及以上時，在此基礎上每超2%，強度降低超過10%，且坍落度降低幅度較大和坍落度損失較快。因此，在使用聚羧酸高性能減水劑生產混凝土時，一定要控制住砂石中的含泥量，才能確保混凝土的性能。

［1］ GB/T 14684-2001，建筑用砂［S］．

［2］ GB 8076-2008混凝土外加劑［S］．

［3］ 付典龍，樊耀星．高效減水劑NF對混凝土力學性能的影響［J］．山西建筑，2010，36(22):186-187．