超高減水聚羧酸母液的利弊及其混凝土應用研究

賀海量　嚴杰　吳振軍

摘要：通過研究和實驗，合成了一種超高減水聚羧酸母液，分析了這種母液的利弊，同時對其在混凝土中的應用做了一些研究。

關鍵詞：聚羧酸；高減水；混凝土

中圖分類號：TU528.042.2文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2017）0141-03

引言

聚羧酸減水劑作為第三代混凝土減水劑，有減水率高、新拌混凝土坍落度保持性好、生產過程中無污染等優點。在市面銷售中常見的聚羧酸母液的合成溫度在55-75°C，在這樣的溫度下合成不僅延長了生產周期，還增加了生產成本。因此常溫合成聚羧酸母液成為一種新型的合成工藝。然而隨著合成溫度的降低，隨之會降低鏈引發速率常數和聚合反應速率，進而影響高分子聚合度，對聚羧酸母液的分散性能影響較大。為此，本文采取了在反應釜底預先加入部分丙烯酸，并降低滴加反應時間至一小時來常溫制備一種新型的超高減水聚羧酸母液PC-102，通過對其靜漿和混凝土等綜合性能研究，總結了這種母液的利弊，并對其在混凝土應用中的優缺點做了一些探索性工作。

1.試驗

1.1試驗原料與儀器

異丁烯醇聚氧乙烯醚大單體（TPEG，分子量3000）：丙烯酸（AA），分析純；引發劑，分析純；鏈轉移劑，分析純；還原劑，分析純；堿液；去離子水。

水泥，P·042.5R級水泥：粉煤灰，株洲電廠；礦粉，湘潭華新礦粉s95細集料，坪塘機制砂：粗集料，望城碎石；聚羧酸母液采用自制超高減水聚羧酸母液（PC-102），標準型聚羧酸母液（PC-101），保坍型聚羧酸母液（PC-103），

JJ-1電動攪拌器；HL-2B恒流泵：DK-98-II水浴鍋，電子天平；四口燒瓶；NJ-160水泥凈漿攪拌機；實驗室混凝土攪拌機；壓力試驗機。

1.2合成工藝

在帶有攪拌器和溫度計的四口燒瓶中加入一定量的去離子水和大單體HPEG，攪拌至HPEG全部溶解，在燒瓶底部加入部分丙烯酸，再加入引發劑攪拌，然后快速滴加AA溶液，滴加還原劑和鏈轉移劑的混合溶液，兩種溶液快速滴加1h內滴完，然后繼續攪拌保溫1h。反應結束后，加入液堿，調節PH值至6-8，超高減水聚羧酸母液PC-102。

1.3水泥凈漿流動度測試

水泥凈漿流動度參照GB/T8077-2012《混凝土外加劑均質性試驗方法》中的水泥凈漿流動度的相關標準進行測試，水灰比為0.29，減水劑摻量為0.2%-0.3%（40%固含量聚羧酸減水劑）。

1.4混凝土測試

混凝土性能測定按照GB/T8076—2008《混凝土外加劑》、GB50119《混凝土外加劑應用技術規范》、GBIT50080-2002《普通混凝土拌合物性能測試方法標準》及JC473-2001《混凝土泵送劑》進行實驗。

2.檢測結果與討論

2.1水泥凈漿流動度測試和水泥適應性測試

選取市場上3個不同廠家生產的水泥，與我們研制的超高減水聚羧酸母液（PC-102）使用量0.7克，標準型聚羧酸母液（PC-101）使用量0.7克，超高減水聚羧酸母液（PC-102）搭配保坍型聚羧酸母液（PC-103）使用量0.6克+0.3克，標準型聚羧酸母液（PC-101）搭配保坍型聚羧酸母液（PC-103）使用量0.6克+0.3克，水泥300克，水87克，分別做實驗，靜漿流動度（單位：mm）如下表。

聚羧酸母液PC-102、PC-101、PC-103固含量均為40%。水泥分別為華新、海螺、南方P·O42.5R。

實驗結果表明，我們研發的PC-102，和華新、海螺、南方三種水泥的適應性良好，初始靜漿流動度表現優異，體現出超高的減水率，這是PC-102有利之處。但是從靜漿損失來看，特別是1小時以后的靜漿數據表明，PC-102靜漿損失明顯。如果針對混凝土性能保坍時間要求1小時以上時，PC-102不適宜單獨使用，弊端明顯。當然，在一些縣級城市攪拌站（對混凝土性能保坍時間要求1小時左右時）以及高速公路的現場標段（有現場攪拌站，運距不超過5公里），這時PC-102通過復配后恰恰是比較好的選擇，我們的產品PC-102已經成功應用于一些縣級城市攪拌站以及高速公路的現場標段。PC-102靜漿和PC-101比較，明顯損失會相對較快，但是通過數據整體情況來看，PC-101在2小時后明顯同樣存在損失較大的弊端。這時我們選擇一種好的辦法，PC-102搭配PC-103，搭配后發現和華新、海螺、南方三種水泥的適應性優異，不論是初始靜漿流動度，還是2小時內的靜漿經時損失都表現優異，在選用南方做靜漿時，0.5小時和1小時還出現了略微反增長的數據，讓我們堅信，當混凝土攪拌站提出混凝土保坍要求2小時經時損失小時，

PC-102搭配PC-103是一種良好的選擇。

2.2混凝土測試結果

為了更全面的評定PC-102的性能，我們對母液PC-102、母液PC-101、母液PC-102搭配母液PC-103、母液PC-101搭配母液PC-103進行混凝土性能研究，主要包括：河砂以及機制砂混凝土的坍落度、擴展度和抗壓強度測試試驗，通過對以上三種母液（包括混搭型母液）的混凝土性能進行對比，最后評定各種聚羧酸母液的性能。試驗配制C30混凝土，混凝土的配合比如表3、表4。

2.2.1聚羧酸母液復配成外加劑成品后的混凝土工作性能

2.2.1.1不同聚羧酸母液復配成外加劑成品后用于河砂配制的混凝土的性能

使用母液PC-102、母液PC-101、母液PC-102搭配母液PC-103、母液PC-101搭配母液PC-103進行混凝土性能對比。水泥為長沙市場上常用的海螺水泥、南方水泥和華新水泥，均為P·042.5R，細骨料為河砂，摻量為凝膠材料的2.0%。混凝土性能結果如表5.

從表5可以看出，不同聚羧酸母液復配成外加劑成品后用于河砂配制的混凝土時，雖然單獨使用PC-102比PC-101損失快，但是在1小時內混凝土還是具備一定的工作性能，如果結合考慮攪拌站以及工地的實際需求、外加劑成品的綜合成本時，在一些縣級城市攪拌站（對混凝土性能保坍要求1小時左右時）以及高速公路的現場標段（有現場攪拌站，運距不超過5公里），這時PC-102通過復配后使用也是比較好的選擇，這是PC-102的有利之處。當然我們也可以清晰的看到，單獨使用PC-102，在2小時后，使用三種不同水泥的混凝土均失去工作性能，顯然當攪拌站提出比較高的綜合性能要求時（對混凝土性能保坍要求2小時左右時），單獨使用PC-102明顯是不現實的，這是PC-102的弊端之處。在表中我們可以看出，PC-102在復配了保坍型母液PC-103后在混凝土保坍性能上的到了加強。并且，與三種水泥配置的混凝土粘聚性、和易性均較好，強度也較好，也就是說，當使用河沙的混凝土攪拌站提出混凝土保坍要求2小時經時損失小時，母液PC-102搭配母液PC-103是一種良好的選擇。

2.2.1.2不同聚羧酸母液復配成外加劑成品后用于機制砂配制的混凝土的性能

使用母液PC-102、母液PC-101、母液PC-102搭配母液PC-103、母液PC-101搭配母液PC-103進行混凝土性能對比。水泥為長沙市場上常用的海螺水泥、南方水泥和華新水泥，均為P·042.5R，細骨料為機制砂，摻量為凝膠材料的2.4%。混凝土性能結果如表6。

從表6可以看出，不同聚羧酸母液復配成外加劑成品后用于機制砂配制的混凝土時，單獨使用PC-102和PC-101時，PC-102的超高減水率完全發揮不出來，同等條件下，使用不同的三種水泥的混凝土竟然初始坍落度和拓展度和PC-101持平甚至略低。一小時后混凝土的坍落度和拓展度也均比PC-101低。為了驗證PC一102對機制砂混凝土的這種不適應性，我們復配了母液PC一103來比對，從表中數據我們也可以清晰的發現，使用不同的三種水泥的混凝土，在同等條件下，PC-102+103和PC-101+103相比較，無論是混凝土的初始坍落度和拓展度，還是混凝土的坍落度經時損失，都要稍遜一籌。當然，以上的混凝土試驗都是在室溫30-35度進行的，如果在低溫環境，比如說15度以下，我們需要再補充驗證相關混凝土試驗。所以我們初步得出結論，使用機制砂的混凝土攪拌站提出混凝土保坍要求2小時經時損失小時，母液PC-101搭配母液PC-103是一種良好的選擇。

2.2.2對于不同亞甲藍值的機制砂復配使用的工作性能

從表8可以看出，隨著機制砂的亞甲藍值（MB）的增加，混凝土達到相對同樣的初始坍落度時，所需要的母液PC-103的摻量急劇增加，而使用了PC-103與其復配的外加劑在摻量上并沒有PC-102遞增明顯。同時隨著機制砂亞甲藍值不斷升高，PC-102的經時損失急劇加大，而復配了PC-103的外加劑具有良好的坍落度保持能力。這可能因為PC-102的抗吸附能力比較弱，而PC-102搭配PC-103對于含泥量高的機制砂具有一定的適應性。3結論

通過對常溫制備的一種新型超高減水聚羧酸母液PC-102進行水泥凈漿流動度、水泥適應性、混凝土應用性能的研究，可以得出以下結論：

（1）與其他高溫加熱型生產的聚羧酸母液相比，PC-102常溫啟動滴加反應，節能環保并且生產方便，滴加時間由3-4小時縮短至1小時以內，進一步降低了能耗，節約了人力物力，使得生產效率大大提高。

（2）PC-102，和華新、海螺、南方三種水泥的適應性良好，初始靜漿流動度和混凝土坍落度拓展度以及工作性能表現優異，體現出超高的減水率，在達到同等初始減水率的條件下能為企業降低成本。

（3）當使用河砂的混凝土攪拌站提出混凝土保坍時間要求2小時經時損失小時，PC-102不適宜單獨使用，建議PC-102搭配PC-103是一種良好的選擇。

（4）當使用機制砂的混凝土攪拌站提出混凝土保坍要求2小時經時損失小時，PC-102出現適應性不良，超高減水率完全發揮不出來，建議PC-101搭配PC-103是一種良好的選擇。

（5）PC-102搭配PC-103針對吸附高的機制砂有一定的適應性和保坍能力。