保水型聚羧酸減水劑在機制砂混凝土中的應用

（山東中巖建材科技有限公司，山東 棗莊 277110）

0 引言

我國混凝土用量越來越大，天然砂資源也越來越緊張[1]。天然砂是一種地方性資源，短期內不可再生。不少地區天然砂資源逐步短缺，導致其價格越來越高。在經濟利益的驅使下，許多地方的亂采、亂挖已造成嚴重的環境污染問題。為了保護生態環境，降低混凝土的生產成本，采用機制砂全部或者部分替代天然砂作為細集料的趨勢明顯[2]。

然而，機制砂與天然砂相比，在粒型、顆粒級配、石粉含量等方面存在著很大的區別[3]，使用機制砂配制的混凝土在工作性能和強度上與天然砂相比存在一定的差異[4]。由于機制砂在生產過程中會導致其級配不如河沙合理，容易斷級配，造成在使用機制砂配制混凝土時易出現離析、泌水、工作性差等現象[5]。

本文選取兩種有代表性機制砂，通過不同母液與功能助劑復配外加劑對含粉量少、顆粒級配差、細度粗的機制砂混凝土進行研究，分析保水型母液對機制砂混凝土的和易性、工作性能和力學性能的影響。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

試驗用水泥為棗莊中聯生產“中聯”牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥物理及力學性能見表1。

表1 水泥的物理及力學性能

試驗用摻合料為濟寧鄒縣電廠生產的Ⅱ粉煤灰和山東魯碧建材有限公司生產的S95級礦粉，其主要性能指標如表2、表3。

表2 粉煤灰的主要性能指標

表3 S95級礦粉的主要性能指標

試驗選用兩種代表性機制砂。1#是濕法生產水洗機制砂，石粉含量1.9%，MB值0.25%，細度模數3.31；2#是干法生產機制砂，石粉含量9.2%，MB值0.85%，細度模數2.54。機制砂篩余指標見表4，機制砂級配曲線見圖1。

表4 機制砂篩余指標

圖1 機制砂級配曲線圖

試驗用石子選用棗莊中聯自產的石子，含泥量小于0.5%，公稱粒徑為5～20mm和16～31.5mm的碎石，其中5～20mm與16～31.5mm碎石的比例為6:4。

試驗用減水劑選用山東中巖自產的聚羧酸減水劑。由通用型減水母液HL-700（含固量40%，減水率≥35%）、緩釋型母液SR-3（含固量50%，減水率≥18%）、保水型母液BA-1（含固量40%，減水率≥30）復配而成。

其他功能助劑包括：葡萄糖酸鈉（PN）、日本竹本油脂AE-220引氣劑(YQ)、日本竹本油脂AFK-2消泡劑(XP)、泰安瑞泰水溶性10W粘度纖維素(XWS)。

1.2 試驗方法

本試驗適配混凝土強度等級為C30，用砂為純機制砂，砂率為42%，減水劑摻量為1.0%。具體配合比見表5。

表5 混凝土配合比(kg/m3)

新拌和混凝土的坍落度、擴展度、含氣量的測定按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。混凝土3d、7d、28d的抗壓強度試驗參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行。

2 試驗結果與分析

機制砂混凝土硬化前的性能主要涉及混凝土稠度、和易性、可塑性、可加工性等，其中，和易性不僅表示混凝土澆灌成型的難易程度，也表示混凝土抵抗材料分層離析的能力，是滿足混凝土施工過程的硬性條件。本文把混凝土和易性和工作性能作為混凝土性能評價指標，通過不同外加劑的復配找出適合該混凝土的外加劑配比，要求其出機坍落度在200～220mm、1h坍落度損失≤20mm，2h坍落度損失≤40mm，混凝土不泌水、不露石，和易性好為最優。

2.1 使用1#機制砂混凝土減水劑試配試驗

由于 1#機制砂含粉量低，粗顆粒較多，且級配不太合理，使其很容易泌水、離析，和易性差。為了解決此問題，通過聚羧酸母液與功能助劑復配使混凝土達到良好的和易性。減水劑復配配比見表6，1#機制砂混凝土拌合物工作性能與強度見表7，不同減水劑配比經時坍落度損失見圖2所示。

表6 1#機制砂混凝土減水劑復配配比表

根據表7，由H1可知，由于1#濕法生產水洗機制砂細度模數較大、含粉量少、顆粒形態不佳，使用通用減水母液與緩釋母液復配現有的膠材量不足以包裹粗砂顆粒和石子，混凝土的保水性不好，出機混凝土放置幾分鐘后易泌水、無包裹性，和易性差，導致流動度不佳，且混凝土強度也較低。

表7 1#機制砂混凝土拌合物工作性能與強度

為了提高其和易性、防止泌水，使用速溶型纖維素進行保水增稠，由試驗H2、H3、H4可知，隨著纖維素用量的下降，混凝土的坍落度和擴展度都有所增加，且混凝土的和易性也較不加纖維素的要好，混凝土強度也優于H1。由此可以看出，為保證混凝土有良好的和易性及工作性，加入一定量的纖維素進行保水增稠是可行的。

但是纖維素的用量需要進行反復試驗，找到母液與纖維素的平衡點，以達到混凝土和易性良好且不泌水的狀態，這樣做會增加工作量，且外加劑成本也會增加。因此，本文在減水劑復配中使用BA-1保水型母液，其減水率約為HL-700的80%，不易泌水且有一定的保水效果，能很好解決混凝土的泌水、和易性差的問題。如試驗H5所示，BA-1等量替代HL-700后，混凝土的出機坍落度和擴展度與加纖維素的H4相差不大，保坍性能優于H4，混凝土強度最高，且不加纖維素能夠降低母液用量從而降低外加劑的復配成本。

由圖2可知，試驗H1、H2、H3試配混凝土的出機坍落度不滿足混凝土工作性能指標，1h、2h坍落度損失均不滿足要求，試驗H4出機狀態與1h坍落度損失滿足試驗要求，但是2h坍落度損失＞40mm。試驗H5所有指標滿足要求，是最優減水劑配合比。

圖2 1#機制砂不同減水劑配比經時坍落度損失

2.2 使用2#機制砂的混凝土減水劑試配試驗

2#機制砂含粉量高，細度模數低，級配較1#合理，在混凝土試配過程中，和易性好，不會出現泌水、露石等現象，但是保坍性不佳。與1#砂不同，對于2#砂，主要考慮其經時坍落度損失。減水劑復配配比見表8，2#機制砂混凝土拌合物工作性能與強度見表9，不同減水劑配比經時坍落度損失見圖3。

表8 2#機制砂混凝土外加劑復配配比表

由表9和圖3可以看出，對于含粉量較多、細度較細的干法生產的機制砂保水型母液效果與通用減水母液相差不大。通過試驗H8與H6對比，混凝土初始與1h拌合物工作性能均滿足技術要求，但是H6試驗2h坍落度損失＞40mm。通過試驗H8與H7對比，混凝土各指標均滿足要求，但是H8減水劑材料成本對比H7更低，更具有性價比。

表9 2#機制砂混凝土拌合物工作性能與強度

圖3 2#機制砂不同減水劑配比經時坍落度損失

3 結論

1）對于濕法生產的水洗機制砂，由于細度粗、含粉少、顆粒級配不佳且質量不穩定，使用保水型聚羧酸母液替代纖維素等增稠保水助劑可以解決機制砂混凝土泌水、離析問題，提高和易性，大幅度改善混凝土的狀態，且降低外減水復配材料成本。

2）對于干法生產的機制砂，其細度細、含粉量較高、顆粒級配較好，混凝土的和易性較好，使用保水型母液對比通用減水母液具有更好的混凝土狀態，同時也能降低減水劑復配材料成本。