一種納米材料改性粉體聚羧酸高性能減水劑應(yīng)用研究

滕 飛

（遼寧省建設(shè)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110000）

目前，建筑、交通、水利工程中干混砂漿和水泥混凝土的使用量十分巨大，現(xiàn)場(chǎng)使用情況也十分復(fù)雜，隨之對(duì)減水劑的性能要求也越來(lái)越高；另外，由于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)葪l件的限制，常見(jiàn)的液體減水劑在有些情況下的使用顯得不是很方便；因此，近些年來(lái)粉體聚羧酸高性能減水劑逐漸嶄露頭角，不但儲(chǔ)存占用空間小，而且運(yùn)輸容易，可預(yù)見(jiàn)其未來(lái)更廣泛的應(yīng)用。

本文研究了一種納米材料改性聚羧酸高性能減水劑在水泥基灌漿料、混凝土中的應(yīng)用情況，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果的比較，可以看出粉體聚羧酸高性能減水劑完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的萘系減水劑在干混砂漿中以及液體減水劑在混凝土中的應(yīng)用，同時(shí)這種改性后的減水劑能夠使砂漿和混凝土的各項(xiàng)性能得到明顯的提高。

1 試驗(yàn)方案

1.1 納米改性粉體聚羧酸高性能減水劑制備

采用滴定法合成含固量為40%的聚羧酸高性能減水劑母液，在45 攝氏度條件下向母液中加入適量的納米級(jí)硅、鈣、鋁和無(wú)機(jī)分散劑F100 等材料作為改性劑并攪拌三十分鐘，然后將得到的產(chǎn)物烘干成塊狀，待塊狀物冷卻至室溫后，再與一定量揮發(fā)型冷凍劑混合，經(jīng)破碎機(jī)進(jìn)行低溫粉碎成粉末狀，即得到納米改性粉體聚羧酸高性能減水劑。

1.2 水泥基灌漿料制備

本試驗(yàn)的依據(jù)為《工程結(jié)果加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)程》 （GB50728-2011） 中結(jié)構(gòu)加固用水泥基灌漿料的技術(shù)要求，灌漿料的基礎(chǔ)配合比為：水泥采用強(qiáng)度等級(jí)42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥；二級(jí)配石英砂，最大粒徑小于4.75mm，粗砂與細(xì)砂的質(zhì)量比例為2∶3；膠砂比為1∶1.2；水膠比為0.13；膨脹劑摻量為10%等量取代水泥。

在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，即使提高萘系減水劑的摻量，灌漿料流動(dòng)度也不會(huì)隨之提高，因此選擇1%摻量作為萘系減水劑的最佳摻量；另一方面，提高粉體聚羧酸高性能減水劑摻量后，如果不同時(shí)加入一定量的保水劑，那么灌漿料就會(huì)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，所以在保證不泌水的條件下，采用0.1%摻量作為粉體聚羧酸高性能減水劑的合理?yè)搅俊＞C上，對(duì)比試驗(yàn)分別為摻入0.1%的納米改性粉體聚羧酸高性能減水劑和摻入1%萘系高效減水劑（減水劑摻量比例為占膠凝材料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。

1.3 混凝土制備

試驗(yàn)混凝土所采用的原料有：遼陽(yáng)天瑞水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥；碎石采用連續(xù)級(jí)配，粒徑在4.75mm～31.5mm 之間；砂子為天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.5；粉煤灰為鐵嶺電廠的一級(jí)灰；礦渣粉為S95 級(jí)的本鋼礦粉；水為自來(lái)水；外加劑為本項(xiàng)目研究制出的納米改性粉體聚羧酸高性能減水劑（復(fù)配載體為粉煤灰75%）。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉體聚羧酸高性能減水劑在水泥基灌漿料中應(yīng)用

對(duì)摻入納米改性粉體聚羧酸高性能減水劑和萘系減水劑而制備的水泥基灌漿料進(jìn)行了性能測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1 的實(shí)測(cè)結(jié)果明顯看出，摻入粉體聚羧酸高性能減水劑的灌漿料的各項(xiàng)性能指標(biāo)更為優(yōu)異，特別是極大地提高了灌漿料的流動(dòng)性和早期強(qiáng)度發(fā)展，這表明這種納米改性粉體聚羧酸高性能減水劑具有高減水、高保坍等特性，可以克服萘系高效減水劑減水率低等缺點(diǎn)；另外，粉體聚羧酸高性能減水劑還能夠增加砂漿自身的粘聚力和對(duì)其他物體的粘接力，這可以在與鋼筋握裹強(qiáng)度的提高方面看出。因此，采用粉體聚羧酸高性能減水劑可以完全取代粉體萘系高校減水劑在水泥基灌漿料中的應(yīng)用，同時(shí)由于其更低的摻量可以節(jié)約一定的成本，是制備水泥基灌漿料值得選用的減水劑類型。

2.2 粉體聚羧酸高性能減水劑在混凝土中應(yīng)用

分別適配了強(qiáng)度等級(jí)為C20、C30、C40、C50 的混凝土，混凝土的初始坍落度均控制在220mm～240mm，對(duì)不同配合比、不同膠凝材料體系的混凝土進(jìn)行了性能測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2、3。

綜合以上兩個(gè)表格中所列試驗(yàn)結(jié)果可以看出，由于聚羧酸鹽對(duì)水泥粒子的超分散性能，聚羧酸高性能減水劑的減水效果十分優(yōu)異，減水率可達(dá)25%以上，適合配置中、高強(qiáng)度的高性能混凝土；另外由于聚羧酸高性能減水劑摻量為占膠凝材料的2%，而減水劑中聚羧酸鹽含量為25%，這樣折固量?jī)H為0.5%，無(wú)論從降低成本還是方便運(yùn)輸方面都表現(xiàn)的十分突出。

表2 混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果（1）

利用具有良好分散穩(wěn)定性的聚羧酸高性能減水劑，可以配制坍落度≥220mm 的大流動(dòng)性混凝土，而且混凝土經(jīng)時(shí)坍落度損失小，一小時(shí)基本沒(méi)有坍落度損失，彌補(bǔ)了常用的萘系高效減水劑配制的混凝土坍落度損失大、易泌水等方面的缺陷。與粉煤灰配合使用，減水劑的小摻量即可獲得優(yōu)異的流動(dòng)性，適應(yīng)生產(chǎn)商品混凝土的工藝要求，特別對(duì)于泵送混凝土不易發(fā)生堵管現(xiàn)象。流動(dòng)性大的混凝土易于澆筑密實(shí)，而且使用聚羧酸高性能減水劑配制混凝土?xí)捎诰酆衔飳?duì)水化產(chǎn)物的聚合活性而生成具有膠凝狀態(tài)的水化物填充空隙，進(jìn)而令混凝土強(qiáng)度得到大幅度提高，除此之外再加上聚合物膜的密封效果還會(huì)使得混凝土提高抗?jié)B抗裂的性能，另一方面聚合物在混凝土中形成的空間柔性網(wǎng)絡(luò)提高了混凝土拌合物的粘聚力，使得混凝土早期抗凍性能增強(qiáng)。

表3 混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果（2）

3 結(jié)語(yǔ)

采用納米材料改性粉體聚羧酸高性能減水劑而制備的干混砂漿、混凝土的工作性良好，各項(xiàng)性能指標(biāo)有了明顯的提高，可以更好的滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的使用要求，因此這種減水劑是一種值得推廣應(yīng)用并發(fā)展前景廣闊的外加劑材料。