聚羧酸高性能減水劑對高含泥砂的相容性研究

潘瑞娜，左彥峰

（1.北京化工大學 材料系，北京 100013；2.中國建筑科學研究院，北京 100013）

聚羧酸高性能減水劑對高含泥砂的相容性研究

潘瑞娜1，左彥峰2

（1.北京化工大學 材料系，北京 100013；2.中國建筑科學研究院，北京 100013）

目前混凝土中砂子含泥量的波動直接影響混凝土的坍落度大小和保留值。本文合成了三種聚羧酸系高性能減水劑母液，通過三者的復合解決了砂含泥量過高造成的工作性下降的問題，對聚羧酸系高性能減水劑在混凝土攪拌站的推廣應用具有重要意義。

聚羧酸系高性能減水劑；水泥凈漿流動度；坍落度；流動度

1 前言

隨著混凝土高性能化進度的不斷深化和對混凝土氯離子含量、總堿量等有害離子的控制越來越嚴格，聚羧酸類高性能減水劑成為配制高性能混凝土的最佳選擇，而得到大量推廣使用。北京、上海等城市的商品混凝土攪拌站也大多使用聚羧酸類高性能減水劑。但是，由于受材料條件限制，各地的砂子資源逐漸劣化，特別是大中城市，有很多使用高含泥砂和人造尾礦砂以及二者的混合砂。這為混凝土運輸、工作狀態以及強度等帶來很大影響。

目前市場使用的聚羧酸系高性能減水劑雖然能夠應付水泥、砂含泥波動，但通常采用超摻量和復配兩種方法。采用這兩種方法難免帶來單方混凝土外加劑成本的增加和其他生產工藝的麻煩，如，通過超摻使混凝土初始嚴重離析來保證0.5h乃至1h后的施工狀態；混凝土含氣量高嚴重影響制品外觀和后期強度；凝結時間過長等等。

針對目前材料的變化，很難以一種聚羧酸高性能減水劑來適應混凝土生產廠家砂含泥量多變的狀況。本文通過合成了三種具有不同特征的聚羧酸系高性能減水劑，通過三者的復配對不同含泥量的砂子進行混凝土試驗，取得了良好的效果。

2 試驗與試驗方法

2.1 合成聚羧酸高性能減水劑工藝

2.1.1 原料

丙烯酸 （代號AA），北京東方化工廠生產；工業用99%片堿，市售；異戊烯醇封端聚氧乙烯醚（聚合度54），代號TPEG，上海佳化生產；巰基乙酸，試劑級；L-抗壞血酸，河北石家莊華北制藥生產；雙氧水（27.5%），市售；去離子水。

2.1.2 儀器

1000毫升四口燒瓶；200mL恒壓滴液漏斗；增力電動攪拌器；聚四氟乙烯攪拌漿；溫度計；實驗用可調節溫度的加熱套；燒杯等。

2.1.3 合成工藝

首先提前配置A溶液（AA+去離子水）；B溶液（巰基乙酸+L-抗壞血酸+去離子水）；在裝有溫度計，攪拌裝置的四口燒瓶中加入去離子水；雙氧水。攪拌均勻后加入TPEG，邊攪拌邊開啟升溫，直到四口燒瓶內溫度在58度后停止升溫TPEG完全溶解均勻；然后將A溶液和B溶液分別置于2個恒壓滴液漏斗。

在確定溫度58～60℃范圍內，燒瓶內溶液均勻的情況下開始同時滴加A溶液和B溶液?？刂艫溶液滴加時間在3h±5min，B溶液滴加時間在3.5h±5min。全部滴加完畢后，在60℃下，再保溫攪拌1h，然后緩慢加入配置好的30%氫氧化鈉溶液，調節燒瓶內溶液pH值到7以上。對燒瓶內的聚羧酸溶液取樣進行水泥凈漿流動度檢測。我們選擇了成品含固量30%濃度的3種工藝。根據丙烯酸（代號AA）等用量不同所表現出來的水泥凈漿流動度的差異，這三種工藝是從大到小分別選取30A（270～310mm）；30B(230～250mm)；30C(180～200mm)。

2.2 水泥凈漿試驗與混凝土試驗

2.1.1 原材料

（1）水泥：冀東P·O42.5；

（2）砂：涿州中砂，含泥量2%～5%，其中多為有機淤泥，本試驗選取砂子含泥量為5.0%、2.5%；

（3）石：5～25mm連續級配碎石；

（4）水：潔凈自來水；

（5）粉煤灰：1級粉煤灰，北京興達廣源商貿有限公司；

（6）磨細礦渣：唐山雙龍S95礦粉。

2.2.2 試驗方法

水泥凈漿試驗按GB/T 8077方法進行，W/C=0.29?；炷猎囼灠凑誈B8076-2008進行，新拌混凝土攪拌90s。

3 試驗結果與分析

3.1 聚羧酸系高性能減水劑對新拌水泥漿體流動性的影響

聚羧酸系高性能減水劑對新拌水泥漿體流動性的影響見表1和表2。

從表1和表2可以得知，30A分散性高，但分散性有經時損失；30C初始分散性較差，但保持能力較高；30B具有較高的初始分散能力和保持能力。在工程實踐中發現，使用30A的混凝土容易產生抓底、離析、石子包裹性能差等不良狀態，難以單獨使用；30B可以單獨使用于混凝土，但是必須控制摻量；30C減水率雖然低，但是對混凝土單方用水量變化和摻量不敏感，特別適宜低強度等級混凝土。

表1 聚羧酸系高性能減水劑的凈漿流動度

表2 W/C=0.35時30C對新拌水泥漿體流動度的影響

3.2 對不同含泥量砂和尾礦砂的相容性實驗

混凝土配合比采用C30和C60混凝土進行試驗，以考察砂子含泥量對高強度等級和低強度等級混凝土中聚羧酸高性能減水劑的影響，混凝土配合比見表3。

表3 C30和C60混凝土配合比 kg/m3

外加劑使用我們前面生產的三種聚羧酸高性能減水劑進行一定比例勾兌混合均勻后使用。經過大量實驗后確定最佳比例。比較有代表性的比例見表4。

表4 減水劑母液的配比

在使用以上復配聚羧酸高性能減水劑時，按摻量0.5%、0.6%和0.7%進行對比。C30混凝土實驗數據結果見表5。

表5 砂含泥量為5%時C30混凝土的工作性

6 4號0.7 240 240 230 230 狀態良好

從表5中可以得知，在含泥量5%時，四個樣品都能在一定摻量下出機以及適當保留坍落度；但混凝土狀態差距很大。也說明在含泥量很高時候，30A分散能力還是很好。但是要保證混凝土狀態還必須復合30B和30C，特別是30C對抑制抓底、泌水效果顯著。特別是4號，即使摻量加大也沒有出現泌水和抓低現象。

表6 砂含泥量為2.5%時C30混凝土的工作性

從表6可以得知，在含泥量2.5%時候，外加劑摻量明顯降低，而且30A+30B+30C三種復配后的效果比較理想。30B的引氣效果會改善混凝土和易性，混凝土不抓底，特別是30C的抗泌水效果，這在3號樣品和4號樣品試驗中得到證明。

C60混凝土試驗見表7。

表7 砂石含量為2.5%C60混凝土的工作性

從表7中可以得知，在高強度等級混凝土中，由于混凝土規范要求砂子含泥量低于3%。加上膠凝材料的增大，更能體現聚羧酸高性能減水劑的優勢，而且摻量和C30混凝土幾乎一樣。

4 體會與討論

對于目前國內因砂子含泥量高的情況，聚羧酸高性能減水劑完全可以通過調節來適應，但必須經過實際材料來實驗確定，而且通過幾種不同特點的聚羧酸高性能減水劑來調節要最快最直接，不要盲目的使用所謂小料來調節。

砂子含泥量增加，對外加劑的摻量要求增加，說明聚羧酸類高性能減水劑對砂子中的有機淤泥和風化礦物組分有分散性，也可以說砂子中的淤泥和其他風化礦物組分等對聚羧酸類高性能減水劑有吸附消耗作用。

聚羧酸類高性能減水劑中減水率越高越容易對付高含泥量的砂子，但是可能會帶來抓底，泌水等不利因素。所以建議使用不同減水率，或者不同性能的聚羧酸減水劑母液復配來其調節適應性。

4 結論

在砂子含泥2.5%～5%，時基本能通過改變本文合成的三種聚羧酸系高性能減水劑的復合改而性達到商品混凝土攪拌站的技術要求。使用時可根據材料變化適當調整比例和總摻量來適應要求。

[1]郭誠，任雪梅.聚羧酸減水劑原液性能對混凝土砂子含泥量的敏感度初探[A].混凝土外加劑及其應用技術進展[C].北京：北京工業大學出版社,2009.

[2]劉國棟，關志梅，魏春濤，楊紅紅.砂子含泥量對摻用聚羧酸高效減水劑性能的影響及有效對策[J].商品混凝土，2008（3）：15-18，24.

潘瑞娜（1989-），現就讀于北京化工大學材料科學與工程專業。

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