一種解決聚羧酸與高含泥量集料適應性差的方法

臧軍，趙長江，嵇曉康

（江蘇名和集團有限公司，江蘇 鎮江 212028）

0 前言

聚羧酸減水劑具有摻量低、減水率高、保坍性能好，生產過程中不使用甲醛等優點，具有廣闊的應用前景，但對集料中的泥含量尤為敏感[1]。集料中的泥主要為粘土礦物（如高嶺石、蒙脫石、伊利石和綠泥石等），這些粘土礦物在加水攪拌過程中會產生膨脹，然后進一步分散成直徑小于 10μm的細小顆粒，因而它們表現出一系列表面化學的性質，粘土內由同晶置換和吸附在粘土表面的腐殖質解理而產生的負電荷大部分分布在層狀硅酸鹽的板面（垂直于 c 軸的面）上。當集料中泥含量較高時，聚羧酸減水劑的吸附量增大，導致了聚羧酸減水劑的適應性變差[2-4]。因此在使用聚羧酸時，常對集料的含泥量提出較高的要求。

當前，隨著國民經濟的發展，大型工程的建設越來越多，但優質集料的獲得存在較大困難。而使用含泥量較高的集料通常需要增加聚羧酸減水劑的摻量來彌補適應性的劣化，并且混凝土的坍落度損失也隨之增大。而增加聚羧酸減水劑摻量勢必會增加混凝土的生產成本[2-5]。因此，本文通過采用季銨鹽型粘土穩定劑和無機鉀鹽來減少粘土表面擴散雙電層厚度和 Zeta 電位，抑制粘土的膨脹與分散，同時利用有機磷阻垢劑吸附在粘土表面，在粘土穩定劑和有機磷阻垢劑的協同作用下，聚羧酸高性能減水劑就不再與粘土表面直接接觸，從而在含泥量較高的體系中依然保持良好的減水效果。

1 試驗

1.1 試驗原料

（1）化學試劑：環氧氯丙烷（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）、二甲胺（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）、乙二胺（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）、亞硫酸鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）、過硫酸鉀（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）、硝酸鉀（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）、二乙烯三胺五甲叉膦酸七鈉（DTPMP.Na7，山東省泰和水處理有限公司）。

（2）膠凝材料： P·O42.5 水泥（江蘇鎮江鶴林水泥廠）、Ⅱ級粉煤灰（江蘇鎮江諫壁電廠）、S95 級礦粉（江蘇溧陽友邦礦粉廠，比表面積 400m2/kg）。

（3）聚羧酸減水劑：FOX-8H（蘇州弗克科技有限公司），固含量 40%，減水率 30%。

（4）集料：Ⅱ 區中砂（潔凈河砂，細度模數 2.6，含泥量 0%）、碎石（石灰石質，5～25mm 連續級配）。

（5）泥：將砂水洗后的泥漿烘干后，研碎，使泥恢復到自然的狀態。

1.2 試驗方法

1.2.1 阻泥劑溶液的制備

在 30℃ 的恒溫水浴中，向反應容器中加入一定量的環氧氯丙烷，然后按一定比例緩慢滴加二甲胺水溶液（環氧氯丙烷與二甲胺的摩爾比為 1:1.2），低速攪拌，隨后滴加適量的乙二胺為交聯劑（環氧氯丙烷與乙二胺的摩爾比為1:0.01），緊接著加入亞硫酸鈉和過硫酸鉀為引發劑，然后升溫至 70℃ 反應 6h 后停止。得到季銨鹽型粘土穩定劑。將季銨鹽型粘土穩定劑、硝酸鉀、DTPMP.Na7、水按照質量百分比為 1:1:5:13 的比例配制成阻泥劑溶液。

1.2.2 試驗及檢測方法

通過向潔凈的砂中加入處理后的泥來調整砂的含泥量，用以測試加入自制阻泥劑后聚羧酸對含泥量的敏感度。試驗以 C40 商品混凝土配比為檢驗標準，具體配合比見表1。測試均按照國家標準 GB8076—2008《混凝土外加劑》和GB50204—2002（2011）《混凝土結構工程施工質量驗收規范》及其他相關規定執行。

表1 C40 商品混凝土配合比 kg/m3

2 實驗結果與討論

用 FOX-8H 聚羧酸高性能減水劑與自制的阻泥劑復配，復配后的減水劑中 FOX-8H 的固含量為 20%，阻泥劑的固含量為 10%，調整砂的含泥量，用未復配固含量為 20% 的FOX-8H 與之對比，測試加入阻泥劑后聚羧酸對含泥量的敏感度。在測試結果中，將未加入阻泥劑的減水劑標記為 A，將加入阻泥劑的減水劑標記為 B。

2.1 阻泥劑對初始坍落度的影響

調整砂的含泥量后測試混凝土的初始坍落度，測試結果如圖1 所示。

圖1 阻泥劑對混凝土初始坍落度的影響

在含泥量低于 2% 時，聚羧酸的減水效果沒有受到明顯干擾，但隨著含泥量的繼續增加，未加入阻泥劑的混凝土初始坍落度迅速減小；當含泥量達到 6% 時，混凝土已經成為了干硬性混凝土。這說明粘土礦物在加水攪拌過程中產生的膨脹與分散導致粘土顆粒表面化學性能的改變和比表面積的增加對聚羧酸外加劑有著強烈的吸附作用。而加入阻泥劑的混凝土則初始坍落度變化不大，即使當含泥量達到 6% 時，混凝土的工作性能依然良好，說明自制的阻泥劑使聚羧酸對含泥量的敏感度有著明顯的改善作用。這種阻泥劑利用粘土穩定劑和有機磷阻垢劑的協同作用，使聚羧酸高性能減水劑不與粘土表面直接接觸，保證了聚羧酸減水劑對膠凝材料的減水效果。

2.2 阻泥劑對坍落度保持性能的影響

增加 FOX-8H 在混凝土中的摻量，使之與加入阻泥劑后的混凝土達到同樣的初始坍落度，測試混凝土坍落度的經時損失，測試結果如圖2 所示。

圖2 阻泥劑對坍落度經時損失的影響

由圖2 可以看出，阻泥劑對混凝土坍落度的經時損失有著明顯的抑制作用。當含泥量為 2% 時，未加入阻泥劑的混凝土工作性能勉強保持 1h，而當含泥量為 3% 時，未加入阻泥劑的混凝土工作性能保持時間僅為 0.5h，并且這還是在聚羧酸增加摻量后的結果。隨著時間的延長，在水和聚羧酸減水劑的共同作用下，粘土礦物充分分散，粘土顆粒的比表面積進一步增大，吸附的聚羧酸量增大，使得混凝土坍落度難以保持。而在加入阻泥劑后，季銨鹽型粘土穩定劑和無機鉀鹽抑制了粘土的膨脹與分散，使粘土顆粒在較長的時間內可以保持穩定，不會干擾聚羧酸高性能減水劑對膠凝材料的減水作用。

3 結論

（1）在含泥量低于 2% 時，聚羧酸的減水效果沒有受到明顯干擾，隨著含泥量的繼續增加，未加入阻泥劑的混凝土初始坍落度迅速減小；當含泥量達到 6% 時，混凝土已經成為了干硬性混凝土。而加入阻泥劑的混凝土則初始坍落度變化不大，即使當含泥量達到 6% 時，混凝土的工作性能依然良好，說明了自制的阻泥劑使聚羧酸對含泥量的敏感度有著明顯的改善作用。

（2）當含泥量為 2% 時，未加入阻泥劑的混凝土工作性能勉強保持 1h，而當含泥量為 3% 時，未加入阻泥劑的混凝土工作性能保持時間僅為 0.5h。而阻泥劑對混凝土坍落度的經時損失有著明顯的抑制作用，能在 2 小時內保證混凝土的工作性能沒有大的變化。

[1] 尚蘊果.季銨鹽型粘土穩定劑的合成研究及防膨性能評價[D].中國海洋大學碩士學位論文[A]，2009: 1-13.

[2] 楊志冬，蔡圣權，秦爽，等.低滲強水敏油藏整體防膨注水開采技術研究與應用[J].特種油氣藏， 2004,11(4): 86-88.[3] 馬喜平，胡星琪，趙東濱，等.環氧氯丙烷-二甲胺陽離子聚合物的合成[J].高分子材料科學與工程學報，1996,12(4):50-54.

[4] Duk Jong Joo, Won Sik Shin, Young-Hun Kim. Effect of Polyamine Flocculant Types on Dye Wastewater Treatment[J].Speration Science and Technology,2008,38(3): 661-678.

[5] 黃宏周.工業表面活性劑（第三版）[M].北京：化學工業出版社，2001: 100-101.