超高減水聚羧酸母液的利弊及其混凝土應(yīng)用研究

賀海量　嚴(yán)杰　吳振軍

摘要：通過研究和實(shí)驗(yàn)，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(shí)對(duì)其在混凝土中的應(yīng)用做了一些研究。

關(guān)鍵詞：聚羧酸；高減水；混凝土

中圖分類號(hào)：TU528.042.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(chǎn)過程中無污染等優(yōu)點(diǎn)。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(zhǎng)了生產(chǎn)周期，還增加了生產(chǎn)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(huì)降低鏈引發(fā)速率常數(shù)和聚合反應(yīng)速率，進(jìn)而影響高分子聚合度，對(duì)聚羧酸母液的分散性能影響較大。為此，本文采取了在反應(yīng)釜底預(yù)先加入部分丙烯酸，并降低滴加反應(yīng)時(shí)間至一小時(shí)來常溫制備一種新型的超高減水聚羧酸母液PC-102，通過對(duì)其靜漿和混凝土等綜合性能研究，總結(jié)了這種母液的利弊，并對(duì)其在混凝土應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)做了一些探索性工作。

1.試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)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(fā)劑，分析純；鏈轉(zhuǎn)移劑，分析純；還原劑，分析純；堿液；去離子水。

水泥，P·042.5R級(jí)水泥：粉煤灰，株洲電廠；礦粉，湘潭華新礦粉s95細(xì)集料，坪塘機(jī)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(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸母液（PC-101），保坍型聚羧酸母液（PC-103），

JJ-1電動(dòng)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(jī)；實(shí)驗(yàn)室混凝土攪拌機(jī)；壓力試驗(yàn)機(jī)。

1.2合成工藝

在帶有攪拌器和溫度計(jì)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(fā)劑攪拌，然后快速滴加AA溶液，滴加還原劑和鏈轉(zhuǎn)移劑的混合溶液，兩種溶液快速滴加1h內(nèi)滴完，然后繼續(xù)攪拌保溫1h。反應(yīng)結(jié)束后，加入液堿，調(diào)節(jié)PH值至6-8，超高減水聚羧酸母液PC-102。

1.3水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試

水泥凈漿流動(dòng)度參照GB/T8077-2012《混凝土外加劑均質(zhì)性試驗(yàn)方法》中的水泥凈漿流動(dòng)度的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)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(cè)試

混凝土性能測(cè)定按照GB/T8076—2008《混凝土外加劑》、GB50119《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、GBIT50080-2002《普通混凝土拌合物性能測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)》及JC473-2001《混凝土泵送劑》進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.檢測(cè)結(jié)果與討論

2.1水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試和水泥適應(yīng)性測(cè)試

選取市場(chǎng)上3個(gè)不同廠家生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)，靜漿流動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，我們研發(fā)的PC-102，和華新、海螺、南方三種水泥的適應(yīng)性良好，初始靜漿流動(dòng)度表現(xiàn)優(yōu)異，體現(xiàn)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(shí)以后的靜漿數(shù)據(jù)表明，PC-102靜漿損失明顯。如果針對(duì)混凝土性能保坍時(shí)間要求1小時(shí)以上時(shí)，PC-102不適宜單獨(dú)使用，弊端明顯。當(dāng)然，在一些縣級(jí)城市攪拌站（對(duì)混凝土性能保坍時(shí)間要求1小時(shí)左右時(shí)）以及高速公路的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)段（有現(xiàn)場(chǎng)攪拌站，運(yùn)距不超過5公里），這時(shí)PC-102通過復(fù)配后恰恰是比較好的選擇，我們的產(chǎn)品PC-102已經(jīng)成功應(yīng)用于一些縣級(jí)城市攪拌站以及高速公路的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)段。PC-102靜漿和PC-101比較，明顯損失會(huì)相對(duì)較快，但是通過數(shù)據(jù)整體情況來看，PC-101在2小時(shí)后明顯同樣存在損失較大的弊端。這時(shí)我們選擇一種好的辦法，PC-102搭配PC-103，搭配后發(fā)現(xiàn)和華新、海螺、南方三種水泥的適應(yīng)性優(yōu)異，不論是初始靜漿流動(dòng)度，還是2小時(shí)內(nèi)的靜漿經(jīng)時(shí)損失都表現(xiàn)優(yōu)異，在選用南方做靜漿時(shí)，0.5小時(shí)和1小時(shí)還出現(xiàn)了略微反增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，讓我們堅(jiān)信，當(dāng)混凝土攪拌站提出混凝土保坍要求2小時(shí)經(jīng)時(shí)損失小時(shí)，

PC-102搭配PC-103是一種良好的選擇。

2.2混凝土測(cè)試結(jié)果

為了更全面的評(píng)定PC-102的性能，我們對(duì)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(jìn)行混凝土性能研究，主要包括：河砂以及機(jī)制砂混凝土的坍落度、擴(kuò)展度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)，通過對(duì)以上三種母液（包括混搭型母液）的混凝土性能進(jìn)行對(duì)比，最后評(píng)定各種聚羧酸母液的性能。試驗(yàn)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(fù)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(fù)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(jìn)行混凝土性能對(duì)比。水泥為長(zhǎng)沙市場(chǎng)上常用的海螺水泥、南方水泥和華新水泥，均為P·042.5R，細(xì)骨料為河砂，摻量為凝膠材料的2.0%?；炷列阅芙Y(jié)果如表5.

從表5可以看出，不同聚羧酸母液復(fù)配成外加劑成品后用于河砂配制的混凝土?xí)r，雖然單獨(dú)使用PC-102比PC-101損失快，但是在1小時(shí)內(nèi)混凝土還是具備一定的工作性能，如果結(jié)合考慮攪拌站以及工地的實(shí)際需求、外加劑成品的綜合成本時(shí)，在一些縣級(jí)城市攪拌站（對(duì)混凝土性能保坍要求1小時(shí)左右時(shí)）以及高速公路的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)段（有現(xiàn)場(chǎng)攪拌站，運(yùn)距不超過5公里），這時(shí)PC-102通過復(fù)配后使用也是比較好的選擇，這是PC-102的有利之處。當(dāng)然我們也可以清晰的看到，單獨(dú)使用PC-102，在2小時(shí)后，使用三種不同水泥的混凝土均失去工作性能，顯然當(dāng)攪拌站提出比較高的綜合性能要求時(shí)（對(duì)混凝土性能保坍要求2小時(shí)左右時(shí)），單獨(dú)使用PC-102明顯是不現(xiàn)實(shí)的，這是PC-102的弊端之處。在表中我們可以看出，PC-102在復(fù)配了保坍型母液PC-103后在混凝土保坍性能上的到了加強(qiáng)。并且，與三種水泥配置的混凝土粘聚性、和易性均較好，強(qiáng)度也較好，也就是說，當(dāng)使用河沙的混凝土攪拌站提出混凝土保坍要求2小時(shí)經(jīng)時(shí)損失小時(shí)，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(fù)配成外加劑成品后用于機(jī)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(jìn)行混凝土性能對(duì)比。水泥為長(zhǎng)沙市場(chǎng)上常用的海螺水泥、南方水泥和華新水泥，均為P·042.5R，細(xì)骨料為機(jī)制砂，摻量為凝膠材料的2.4%?；炷列阅芙Y(jié)果如表6。

從表6可以看出，不同聚羧酸母液復(fù)配成外加劑成品后用于機(jī)制砂配制的混凝土?xí)r，單獨(dú)使用PC-102和PC-101時(shí)，PC-102的超高減水率完全發(fā)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(shí)后混凝土的坍落度和拓展度也均比PC-101低。為了驗(yàn)證PC一102對(duì)機(jī)制砂混凝土的這種不適應(yīng)性，我們復(fù)配了母液PC一103來比對(duì)，從表中數(shù)據(jù)我們也可以清晰的發(fā)現(xiàn)，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(jīng)時(shí)損失，都要稍遜一籌。當(dāng)然，以上的混凝土試驗(yàn)都是在室溫30-35度進(jìn)行的，如果在低溫環(huán)境，比如說15度以下，我們需要再補(bǔ)充驗(yàn)證相關(guān)混凝土試驗(yàn)。所以我們初步得出結(jié)論，使用機(jī)制砂的混凝土攪拌站提出混凝土保坍要求2小時(shí)經(jīng)時(shí)損失小時(shí)，母液PC-101搭配母液PC-103是一種良好的選擇。

2.2.2對(duì)于不同亞甲藍(lán)值的機(jī)制砂復(fù)配使用的工作性能

從表8可以看出，隨著機(jī)制砂的亞甲藍(lán)值（MB）的增加，混凝土達(dá)到相對(duì)同樣的初始坍落度時(shí)，所需要的母液PC-103的摻量急劇增加，而使用了PC-103與其復(fù)配的外加劑在摻量上并沒有PC-102遞增明顯。同時(shí)隨著機(jī)制砂亞甲藍(lán)值不斷升高，PC-102的經(jīng)時(shí)損失急劇加大，而復(fù)配了PC-103的外加劑具有良好的坍落度保持能力。這可能因?yàn)镻C-102的抗吸附能力比較弱，而PC-102搭配PC-103對(duì)于含泥量高的機(jī)制砂具有一定的適應(yīng)性。3結(jié)論

通過對(duì)常溫制備的一種新型超高減水聚羧酸母液PC-102進(jìn)行水泥凈漿流動(dòng)度、水泥適應(yīng)性、混凝土應(yīng)用性能的研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）與其他高溫加熱型生產(chǎn)的聚羧酸母液相比，PC-102常溫啟動(dòng)滴加反應(yīng)，節(jié)能環(huán)保并且生產(chǎn)方便，滴加時(shí)間由3-4小時(shí)縮短至1小時(shí)以內(nèi)，進(jìn)一步降低了能耗，節(jié)約了人力物力，使得生產(chǎn)效率大大提高。

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

（3）當(dāng)使用河砂的混凝土攪拌站提出混凝土保坍時(shí)間要求2小時(shí)經(jīng)時(shí)損失小時(shí)，PC-102不適宜單獨(dú)使用，建議PC-102搭配PC-103是一種良好的選擇。

（4）當(dāng)使用機(jī)制砂的混凝土攪拌站提出混凝土保坍要求2小時(shí)經(jīng)時(shí)損失小時(shí)，PC-102出現(xiàn)適應(yīng)性不良，超高減水率完全發(fā)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(duì)吸附高的機(jī)制砂有一定的適應(yīng)性和保坍能力。