兩性聚羧酸減水劑與礦渣水泥相容性研究

李娟，張海嬌，張力冉，郝兵，王棟民

（中國礦業大學（北京），北京　100083）

兩性聚羧酸減水劑與礦渣水泥相容性研究

李娟，張海嬌，張力冉，郝兵，王棟民

（中國礦業大學（北京），北京100083）

在不同礦渣摻量的混凝土中，分別摻入兩種減水劑—陰離子型聚羧酸減水劑（PCan）和兩性型聚羧酸減水劑（PCam），礦渣取代水泥總量為 10%～50%，設計坍落度在 (200±20)mm，測試混凝土塑性階段和硬化階段性能，探討兩性型聚羧酸減水劑 PCam 與礦渣的相容性。結果表明：摻入減水劑，能有效降低混凝土用水量，PCam 作用效果甚與 PCan，減水率在 30% 以上。礦渣的摻入導致混凝土早期強度不高，并且隨著礦渣摻量的增加混凝土的早期強度越低，PCam 的加入能有效改善因礦渣摻入而導致早期強度的不足，提高 15% 以上強度。

礦渣；兩性型聚羧酸減水劑；相容性；水泥漿

0　前言

礦物摻合料與減水劑是現代混凝土中的重要組分，摻合料替代水泥后改變了膠凝材料組成，影響水泥水化，對減水劑的相容性也有一定影響[1,2]。因此，礦物摻合料在混凝土中應用時，不僅要考慮力學性能與耐久性，其與減水劑的相容性也值得重視。聚羧酸系減水劑因其優異的分散及分散保持性能以及便于功能結構設計的特性，已成為現代混凝土技術重要研究方向之一[3-6]。普通聚羧酸減水劑是陰離子型，當水泥熟料被活性較低的礦物摻合料所替代時，陰離子型聚羧酸減水劑分子的吸附作用較弱，會致使漿體流動性在短時間內便表現出較大的損失。本文將自制兩性型聚羧酸減水劑加入礦渣水泥中，與陰離子型聚羧酸減水劑對比，研究了兩類減水劑對不同摻量礦渣與水泥混摻后混凝土的流動性、凝結時間、抗壓抗折強度，探討兩性型聚羧酸減水劑與礦渣水泥的相容性[7-9]。

1　試驗材料及方法

1.1原材料

研究所采用的水泥為基準水泥，水泥成分見表 1，礦渣（Blast Furnace Slag, BFS）是由山西朔州神光粉煤灰建材開發有限公司提供，其化學成分見表 2，設計幾組不同配比的礦渣與水泥混摻料，配比如表 3 所示，機制砂，碎石。

表1　水泥的化學成分分析　　　　　　%

表2　礦渣的化學成分分析%

表3　水泥—礦渣的試驗配比　　　　　　%

1.2PCam 和 PCan 制備

本文以異戊烯醇聚氧乙烯醚 TPEG-2400（上海臺界化工有限公司，工業級）、甲基酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC，北京化學試劑公司，分析純）、丙烯酸為單體（AA，北京化學試劑公司，分析純），采用水溶液聚合的方法，制備一種新型的兩性型聚羧酸系高效減水劑。PCan 和 PCam 的化學結構式如圖 1 所示。

圖1　PCan、PCam 的結構示意圖

1.3試驗方法

參照 GB/T 8076—2008《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中的試驗方法進行測定，測試礦渣—水泥漿體流動及流動保持性能。

參照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》，對摻入 PCam 與 PCan 的混凝土性能進行測試，用礦渣取代水泥熟料用量，礦渣摻量分別為 0、10%、30%、50%，測試包括塑性階段性能：坍落度，含氣量，減水率；硬化階段性能：1d，7d，28d 抗壓強度，配合比設計見表 4。

表4　C30 混凝土的配合比設計

2　結果與討論

2.1PCam 與 PCan 對新拌礦渣—水泥漿體的影響

圖2　PCam和 PCan對 C-1漿體的分散性能

圖3　PCam 和 PCan 對 C-2 漿體的分散性能

圖4　PCam和 PCan對 C-3 漿體的分散性能

圖5　PCam 和 PCan 對 C-4 的分散性能

由圖 2、3、4 和 5 中可以看出，將普通陰離子型超塑化劑 PCan 和兩性型超塑化劑 PCam 摻入到摻有 0、10%、30%、50% 礦渣的混合材水泥砂漿中，其分散效果和分散保持性均比空白樣品要好。因為礦渣硬度比水泥熟料高，粉磨成細顆粒后一般形狀不佳，呈多角形，礦渣微粉間易發生團聚作用，降低自由水含量，而導致漿體流動度下降。但隨著混合材礦渣摻量的增大，無論是摻入普通陰離子型超塑化劑PCan 的水泥漿體還是摻入 PCam 的水泥漿體其分散效果和分散保持性均越來越好。一方面是由于聚羧酸減水劑使原本團聚的礦渣微粉得以解聚，礦渣粉對水泥顆粒的填充效應增強，因而礦渣摻量越多漿體的流動性也就越高；另一方面隨著礦渣微粉摻量增加，熟料含量相對減少，早期水化產物相應減少，使得漿體流動及流動保持更好。

2.2PCam 與 PCan 在礦渣混合材水泥中的混凝土減水率及力學性能

表5　不摻礦渣 PCan 和 PCam的混凝土減水率及力學性能

表6　礦渣摻量為 10% PCan 和PCam 的混凝土減水率及力學性能

表7　礦渣摻量為 30% PCan 和PCam 的混凝土減水率及力學性能

表8　礦渣摻量為 50% PCan 和PCam 的混凝土減水率及力學性能

由表 5～8 可以看出，從和易性方面來說，在同等坍落度情況下，摻加超塑化劑可以極大的節約水的用量，從而降低水灰比提高混凝土的力學性能。從混合材的角度來看，礦渣粉的總體顆粒粒徑要比水泥更細，從而可以與水泥顆粒組成級配良好的膠凝材料，提高其流動性，從另一方面講也間接的起到了減水的作用。隨著混合材摻量的增加，混凝土的用水量降低；而隨著混合材量的增加，PCam 的減水率呈增加的趨勢，這說明兩性型聚羧酸減水劑由于陽離子單體的引入在礦渣水泥中具有更好的減水效果。力學性能方面，由于礦渣的摻入混凝土的早期（3d、7d）強度不高，這也嚴重影響了工程中對施工性能的要求，而且隨著礦渣摻量的增加混凝土的早期強度越低。摻加超塑化劑可以降低水灰比，在一定范圍內提高混凝土的早期強度以滿足施工性能的要求，PCam 效果優于 PCan，能提高強度 15% 以上。但是如果礦渣摻量過大，由于礦渣本身的特性使其早期強度即便是降低水灰比也難以達到要求，所以礦渣的摻量不宜太高。

3　結論

隨著混合材礦渣摻量的增大，不論摻入 PCan 的水泥漿體還是摻入 PCam 的水泥漿體其分散效果和分散保持性均越來越好，混凝土的用水量降低，減水率增大，而 PCam 相比于 PCan 要更優，減水率更高，能提高強度 15% 以上；但隨著礦渣摻量的增加混凝土的早期強度越低由于礦渣本身的特性使其早期強度即便是降低水灰比也難以達到要求，礦渣的摻量不宜太高。

[1] 蒲心誠，王勇威．高效活性礦物摻合料與混凝土的高性能化[J]．混凝土， 2002，2：3-6．

[2] 雷西萍．聚羧酸減水劑對礦渣水泥性能影響的研究．硅酸鹽通報，2010,29(6)：1468-1471．

[3] 戶田和敏．混合劑的種類、性質的變化和將來展望[J]．高性能減水劑工學，1999(1)：57-60．

[4] 王可良，馬德富，李鳳強，等．聚羧酸減水劑合成因素對混凝土拉壓比及初裂時間的影響[J]．硅酸鹽通報.山東水利科學研究院，2006(5)；199-205．

[5] 孫娜．兩性混凝土超塑化劑的合成與性能研究[D]．濟南；濟南大學，2011．

[6] 李崇智．新型聚羧酸系超塑化劑的合成及性能研究[D]．北京；清華大學，2004：96-125．

[7] 冉千平，劉加平．兩性所酸類接枝共聚物混凝土超塑化劑的制備與性能評價[J]．新型建筑材料，2005，12：54-56．

[8] 冉千平，繆昌文．一種兩性聚羧酸類梳形接枝共聚物混凝土超塑化劑[J]．CN200510037871.1，2005-02-28．

[9] 鄭青，許曉東，杜澤．礦粉摻量對混凝土性能的影響[J]．混凝土與水泥制品，2011，4：21-24．

［通訊地址］北京市海淀區學院路丁 11 號寶源公寓 B（100083）

The compatibilities of slag with amphoteric superplasticizer

Li Juan, Zhang Haijiao, Zhang Liran, Hao Bing, Wang Dongmin
(China University of Mining &Technology, Beijing100083)

Different dosage of slag concrete , were mixed with two kinds of water reducing agent-anionic superplasticizer (PCan) and amphoteric superplasticizer (PCam). The amount of cement replaced by slag is 10%～50%. Slump was designed in (200±10)mm, the concrete stage and hardening stage performance were tested and the PCam compatibility with slag was discussed. Results show that water use canbe effectively reduced by superplasticizer, water reducing rate is more than 30%, PCam can effectively improve the early strength, increase the strength of more than 15%。

slag; amphoteric superplasticizer; compatibility; cement

李娟（1990－），女，碩士研究生，研究方向：聚羧酸減水劑及水泥基材料。