砂石含泥量對聚羧酸高性能減水劑性能的影響

安照燕

摘 要：現階段大范圍使用的混凝土工程中，有效發揮聚羧酸減水劑的性能，可以使建筑的堅固性加強。所謂聚羧酸高性能減水劑，主要是對泥成分有一定的吸附作用，而使用材料中的含泥量又與混凝土性能和質量息息相關。文章旨在通過對不同強度等級的混凝土中加入不同泥成分來進行控制變量的試驗，進一步提升混凝土抗壓強度。

關鍵詞：聚羧酸高性能減水劑；含泥量；混凝土工程；強度；性能

中圖分類號：TU528.042.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0177-02

前言

聚羧酸高性能減水劑是我國減水劑行業主要利用的物質，也代表未來發展方向。但不容忽視的是，聚羧酸高性能減水劑雖然具有高性能的減水作用，但由于它自身組成物質的問題，導致在使用過程中極易與混凝土原材料間發生沖突，造成難以避免的兼容性問題，其中砂石的含泥量影響最為顯著，這也為后期著重與研究砂石含泥量與聚羧酸高性能減水劑的關系埋下了伏筆。

1 聚羧酸高性能減水劑基本概念解析

1.1 減水劑解析

減水劑從問世以來總共經歷了三次變化。最初減水劑種類較少，相應的功能不豐富，減水能力也較差，主要是利用木質素作為基本成分形成的，雖然有減水作用，但是收效甚微，不僅不能發揮自身的優勢，反而會延誤工期，造成大量的資源浪費[2]。第二代的減水劑在第一代的基礎上進行轉型，利用相對來說較為成熟的工藝，利用氨基磺酸鹽等作為主要組成成分。經過改良后的減水劑，整體上對混凝土工程施工過程中的力學性能有所提升，但是也存在一些小問題，例如砂漿的流動性差，混凝土的穩固性較低。而且整個操作過程由于會有甲醛這一有害氣體散發，也是對操作人員生命安全的一種威脅，因而在近幾年的市場上不再具備較強的競爭力。第三種就是現階段市面上流通最廣的聚羧酸高性能減水劑，其減水率可以達到25%以上，操作過程中也不會出現危害環境和人體健康的物質，高度符合我國關于發展高性能綠色材料相關精神。

1.2 聚羧酸高性能減水劑結構特點

由于聚羧酸高性能減水劑對于水溶性高分子具有較強的吸附作用，其結構即使復雜多樣，但也有據可循。一般來說，聚羧酸高性能減水劑是由甲基丙烯酸或者烯丙基磺酸鹽與乙烯基類大單體甲基丙烯酸聚乙二醇酯等物質結合在一起，通過自由基的作用形成的共聚物。其內部特有的PEO側鏈由于體積較大，因而在實際的作用過程中能輕松與水泥顆粒發生作用，形成立體位阻效應。在磺酸基、乙烯類小單體的作用下，聚羧酸高性能減水劑表面的活性物質增多，使得混凝土的抗壓能力得到了有效的提升[3]。

1.3 聚羧酸高性能減水劑與水泥之間的相互影響

聚羧酸高性能減水劑與水泥之間的相互影響大多是由于內部化學物質等組成成分之間發生反應所造成的。而且在水化作用的前期過程中，聚羧酸高性能減水劑將游離的鈣離子結合起來，增大水泥顆粒和水的接觸面積，使其不斷吸附其他例子，從而對水分子起到一定的束縛作用，減少了水化反應的進一步進行。

1.4 聚羧酸高性能減水劑對砂石含泥量的作用原理

聚羧酸高性能減水劑對于實施含泥量的作用較為明顯，作用原理可以分為兩類，一類是靜電排斥理論，一類是空間位阻理論。其中靜電排斥理論則是由于靜電斥力在水中等液體條件作業的時候，將水泥顆粒進行一定的分散，創造出大量的游離水，來改善混凝土的性質。而空間位阻理論則是利用聚羧酸高性能減水劑中含有的陰離子與泥成分表面的顆粒進行結合，形成一層具有一定厚度的薄膜，來增加分子與泥成分之間的排斥力。其中發揮作用的是聚羧酸高性能減水劑所含有的PEO側鏈，PEO側鏈在水中延展，使得泥成分顆粒的表面能夠產生立體吸附層來阻隔相應顆粒物的聚集和沉淀。而且，PEO側鏈的長度越長，對于泥成分顆粒之間的分散作用就越大，整體與空間位阻呈現一種正相關的關系[4]。

2 相關試驗分析

2.1 試驗原材料選擇

（1）水泥：選取具有一定市場效應的品牌水泥，保證其基本質量和安全問題，有效控制試驗過程最后的效果。（2）礦渣粉：選取市面上常用的礦渣粉品牌。一般選擇比表面積為426m2/kg，密度為2860g/cm3，流動度為106%的礦渣粉。（3）碎石：常用的碎石是金業石，緊密堆積密度1730kg/m3、表觀密度2760kg/m3，需要保證內部的顆粒級別在15～25之間，在使用前期，對其進行簡單的清理工作，保證徹底風干后再投入使用。（4）砂石：采取表觀密度2720kg/m3，細度模數為Mx=3.1的標準化砂石，在使用前期，也需要進行相應的清潔和風干處理。（5）外加劑：主要是化學制劑，常用的是RAWY101聚羧酸外加劑，其PH值偏酸性，相應的減水率和含固量較高，有助于形成良好的抗壓效應。（6）粉煤灰：選取較為常用的品牌，保質保量。

2.2 試驗方法

（1）水泥膠砂性能試驗

主要分為兩個部分，一種是膠砂強度性能試驗，在遵循國家相應的規定和標準前提下，保證所投入試驗的砂漿，其內部成分、物質組成，相應的流動速度要合乎標準[5]。而且對于試驗樣品在后期的維護過程中也要按照國家標準進行檢驗和處理。其二是砂漿減水率試驗，主要是為了研究外加試劑，例如聚羧酸高性能減水劑等對于水泥內部各個成分之間的離散度影響，當然也是在國家標準規范允許的范圍內進行操作。

（2）計算公式

W=（P1-P2）/P1*100%。

其中P1是國家標準下統一規定的適宜用水量。

P2是在使用聚羧酸高性能減水劑情況下實際的用水量。

3 試驗操作過程

為了探究砂石泥含量對聚羧酸高性能減水劑性能的影響，試驗中要將所準備好的各種材料按照國家標準規范中要求的比例進行配比。常用的比例如下：水泥：砂：石：水=466：586：1089：205。對于聚羧酸高性能減水劑的利用分別以2%以下較為適宜，一般采取控制變量法，分為四組對照試驗，控制聚羧酸高性能減水劑的投入比例為0.5%、1%、1.5%、2%。在試驗過程中，要保證控制水泥、砂石、水的基本比例相應有規律的變化，才能投入不同比例的聚羧酸高性能減水劑進行相互作用的研究。endprint

4 試驗結果分析

4.1 含泥量變化的不同對于混凝土抗壓作用的影響

通過最終的數據計算可以發現，當含泥量在0.8%～2%這個區間的時候，聚羧酸高性能減水劑作用于混凝土后所形成的抗壓強度會隨著含泥量的增加呈現一定的波動，總體是正相關的關系，但是曲線的曲率變化不大，態勢較為平緩。這樣表明在這一區間范圍內，兩者之間的相互關系不大，作用力不夠大。這主要是因為泥成分對于聚羧酸高性能減水劑和水分會有一定的吸附作用，當泥成分較少的時候，它將理論上作用水的含量吸附起來，導致真正發揮試驗的水含量減少，直接影響到了試驗結果。

當含泥量在2%～5%這一區間范圍內，聚羧酸高性能減水劑形成混凝土的抗壓能力又會隨著泥含量的增加呈現下降趨勢，而且整個態勢變化較大，曲線曲率變大，兩者呈現較為明顯的相互影響關系。這主要是因為含泥量不斷的增加，對于聚羧酸高性能減水劑和水分的需求增多，而泥成分表面的顆粒容易與水作用形成薄膜，其內部所含有的有機雜質影響到了水化反應，使得混凝土的抗壓作用發生影響。

4.2 聚羧酸高性能減水劑含量不同對混凝土抗壓作用的影響

在保證水泥：砂：石：水=466：586：1089：205不變的時候，聚羧酸高性能減水劑作用形成混凝土的抗壓性能與含泥量變化的曲線走向近似，整體會隨著含泥量的增多呈現下降趨勢。主要是因為泥成分表面顆粒的增加，使得整體顆粒的表面積增加，就會在試驗過程中大量吸收水分，而水分的控制是按照標準確定的，是理論上可以發生作用的水含量，這樣導致實際作用的水含量就會有所減少，不能夠達到預計的試驗水平，影響結果。

5 結束語

綜上所述，通過對聚羧酸高性能減水劑中不同砂石含泥量的影響研究，發現當砂石含泥量處于2%及以下情況時，兩者關系不明顯，不會影響整體混凝土的抗壓作用。但是當含泥量大于2%的時候，含泥量越高，聚羧酸高性能減水劑對于混凝土作用后產生的抗壓作用就會不顯著，整體呈現下降趨勢。因此，在實際的施工過程中，有效控制聚羧酸高性能減水劑中的砂石含泥量在2%以下，將對混凝土的抗壓強度起到一定的維持作用，為保障工程順利進行打下堅實的物質基礎。

參考文獻：

[1]羅金連，黃小靈.砂石含泥量對聚羧酸高性能減水劑性能的影響[J].內蒙古師范大學學報（自然科學漢文版），2016（03）：369-372.

[2]鐘志強.助劑改善聚羧酸減水劑抗泥性能研究[D].重慶大學，2016.

[3]劉斌，何廷樹，何娟，等.含泥量對摻聚羧酸減水劑混凝土性能的影響[J].硅酸鹽通報，2015（02）：349-353.

[4]吳昊.粘土對聚羧酸系減水劑性能的影響機制及控制措施[D].北京工業大學，2012.

[5]許國林，黎韜，林鵬.砂中含泥量對聚羧酸鹽減水劑性能影響的研究[J].廣東建材，2010（12）：13-15.endprint