聚羧酸減水劑與地方助劑的復配研究

孫芳寧 趙倩倩 胡翠平

摘 要：通過緩凝劑、消泡劑與聚羧酸減水劑的復配實驗，論述多種復配結果對水泥凈漿流動性、混凝土強度、混凝土坍落度的影響，并根據山東地區混凝土生產的相關執行標準，給出了最佳的復配比，以期對提升混凝土的使用性能有所幫助。

關鍵詞：聚羧酸減水劑；地方助劑；復配

緩凝劑可增強緩凝作用和提升塑化效果，可影響水泥凈漿流動性和初凝時間。消泡劑可減少混凝土的含氣量，提升混凝土抗滲性、抗凍性。上述試劑與聚羧酸減水劑復配時不同的摻入量以及不同的種類選擇也會影響到最終的使用效果。為了厘清相關的影響因素，本文開展了復配試驗，現介紹如下。

1 試驗方法

1.1 實驗原料 水泥：山東膠州地區P·O 42.5級水泥；消泡劑：礦物油類、有機硅類、脂肪族類、聚醚JCYX7；緩凝劑：蔗糖、酒石酸鈉、焦磷酸鈉、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸鈉、聚糖酸鈉；減水劑：自制聚羧酸減水劑；其他原料：山東地區砂石料、礦粉、粉煤灰等。

1.2 制備方法 在反應瓶中滴加消泡劑、緩凝劑、聚羧酸減水劑，反應1-2h。其中，緩凝劑濃度可根據實際情況進行調整[1]。為了方便添加，緩凝劑、聚羧酸減水劑均裝在帶有裝置的四口瓶中。

1.3 檢測和應用評價方法

1.3.1 水泥凈漿流動度測試。水泥凈漿流動度測試的參考指標是《混凝土外加劑勻質性試驗方法》（GB/T8077-2000）。

1.3.2 混凝土坍落度測試。混凝土坍落度測試的參考指標是《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）。

1.3.3 混凝土強度測試。混凝土抗壓強度測試的參考指標是《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）。

2 試驗結果及分析

2.1 緩凝劑

2.1.1 聚羧酸減水劑與幾種緩凝劑的相容性。聚羧酸減水劑復合緩凝劑的主要目的是為了增強緩凝作用和提升塑化效果[2]，但還應考慮兩者的相容性。綜合各方面因素，緩凝劑應選用檸檬酸鈉，具體見表1。值得注意的是，混凝土原材料以及其配合比也會影響到緩凝劑的使用效果，具體選擇何種緩凝劑應根據具體的實際情況。

2.1.2 幾種緩凝劑對水泥性能的影響

①對水泥凝結時間的影響。緩凝劑對水泥凝結時間的影響是通過延緩水化來實現的，不同摻量對應不同的影響，具體見表2。

②對水泥凈漿流動性的影響。在水泥中摻入0.03%檸檬酸鈉后，凈漿流動度得到一定的提升，效果高于單摻聚羧酸減水劑，但不明顯，且隨著摻入量的增加，流動度甚至有下降的趨勢（提示盡管少量的檸檬酸鈉能提升凈漿流動度，尤其是初始值，但整體效果并不理想），見表3。

2.1.3 檸檬酸鈉對混凝土性能的影響。在一定范圍內摻入檸檬酸鈉可減少混凝土坍落度經時損失，但超過該范圍就會出現增大的現象，見表4。檸檬酸鈉與聚羧酸減水劑配復產品對混凝土凝結時間的影響見表5。

摻入檸檬酸鈉后，混凝土初期強度應凝結速度過慢而降低，但并沒有明顯削弱凝結后水化反應，所以混凝土后期強度并不會被削弱，提示檸檬酸鈉不會影響混凝土的強度，見表6。

凍融循環試驗證實，緩凝劑可提高混凝土的抗凍性、抗滲性，這是因為緩凝劑可降低混凝土的水灰比，使得后期水化產物的分布更為均勻而變得有利于強度的提升。

2.2 消泡劑的影響 聚醚是合成聚羧酸類接枝共聚物最主要的原材料，但聚醚存在引氣過大的缺陷，導致混凝土有大量的氣泡，影響混凝土強度。為了降低氣泡的影響，一般會摻入一定量的消泡劑，但當前市面上大多數消泡劑總是是漂浮在溶劑表面，很難溶于聚羧酸類外加劑，這是摻入消泡劑混凝土質量不穩定的主要原因[3]。盡管可通過一些強制性措施使消泡劑通過聚合反應或分散到減水劑中達到溶于溶劑的效果，但由于形成的聚合物不穩定以及減水劑對消泡劑吸附作用有限，實際的使用效果非常有限[4]。本文經過反復實驗，發現應用嵌段聚醚來聚合消泡劑能達到較好的效果，且聚合物也更為穩定。

2.2.1 消泡劑與聚羧酸減水劑的相容性。是否溶于聚羧酸減水劑，不同種類的消泡劑表現不同：與礦物油類減水劑相容性最差，配置后很快表現出物理不相容，最終結果分層；與有機硅類減水劑有一定的相容性，但配置后油珠和沉淀與脂肪烴類在配置初期表現出較高的相容性，但靜置一段時間后分層；與脂肪烴類減水劑（即聚醚JCYX7）相容性最好，復配后能長時間保持較高的穩定性，無沉淀無分層等。詳情見表7。

2.2.2 消泡劑JCYX7對水泥凈漿流動性的影響。消泡劑JCYX7一定范圍內的添加量可改善水泥凈漿流動性。但超過該范圍后水泥凈漿流動性就會降低。此外，消泡劑JCYX7可導致表面氣泡的增多，見表8。

2.2.3 消泡劑JCYX7對混凝土流動性能和力學性能的影響

消泡劑JCYX7一定范圍內的添加量可顯著減少混凝土的含氣量，但超過這個范圍后其功效并不明顯，且能影響減水劑的均勻性（提示消泡劑JCYX7摻加量應確保兼顧減水劑的均勻性要求和混凝土強度要求），見表9。

3 結論

不同種類的緩凝劑，其與聚羧酸減水劑的相容性不同，其中檸檬酸鈉最具代表性。對于提高聚羧酸減水劑的流動度，檸檬酸鈉作用非常有限，只能提升初始流動度，但無法有效提升減水劑對水泥的適應性。一定范圍內的摻入量，檸檬酸鈉可明顯提升混凝土的抗凍性、抗滲性。消泡劑可明顯改善消泡劑的含氣量，但其與聚羧酸減水劑的復合有較強的選擇性，其中聚醚JCYX7的使用效果最好，能顯著提升混凝土的強度，但應對摻入量進行掌控，防止減水劑的均勻性被影響。根據山東地區混凝土生產的相關執行標準，筆者認為0.03%檸檬酸鈉+0.4%聚醚JCYX7最能提升混凝土的工作性能。

參考文獻：

[1]郭清春，王智，黨玉棟，等.聚羧酸減水劑與減縮劑的相容性研究[J].建筑材料學報，2014，17（2）：239-245.

[2]劉娟紅，宋少民，高霞，等.硫酸鹽對聚羧酸減水劑分散性能的影響[J].建筑材料學報，2013，16（3）：410-415.

[3]趙菊梅，李茂紅，鄧思遠，等.聚羧酸減水劑與不同新鮮度水泥的相容性[J].西南交通大學學報，2013，48（2）：323-327.

[4]易聰華，湯潛潛，黃欣，等.聚羧酸減水劑在水泥顆粒表面的吸附行為[J].化工學報，2012，63（8）：2460-2468.

基金項目：青島工學院董事長基金資助項目，項目編號：2014ky009。