一種再生骨料用聚羧酸外加劑的制備及性能研究*

王敏，王信鴿,2，張凱峰，吳超，姚源，馮濤濤

（1. 中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710063；2. 西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055）

0 引言

在我國“一帶一路”戰(zhàn)略實施及城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略推進(jìn)、棚戶區(qū)改造及保障房建設(shè)的發(fā)展環(huán)境下，大量房屋被拆產(chǎn)生巨大建筑垃圾堆放，不僅整體上影響市容環(huán)境，其在運輸與堆放過程中產(chǎn)生的粉塵污染易造成霧霾天氣，對環(huán)境污染可謂嚴(yán)重之極[1-3]。將建筑垃圾作為再生骨料開發(fā)應(yīng)用，一方面解決了大量廢棄混凝土處理困難以及由此造成的生態(tài)環(huán)境日益惡化等問題；另一方面可以減少建筑業(yè)對天然骨料的消耗，從而減少對天然砂石的開采，從根本上解決了天然骨料日益匱乏和大量砂石開釆對生態(tài)環(huán)境的破壞問題，保護(hù)了人類的生存環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展的要求[4-6]。

目前建筑垃圾混凝土存在一個普遍問題，即采用建筑垃圾所制的混凝土工作性能較差，尤其是經(jīng)時損失非常快，有的甚至不到一小時就完全失去了流動性能，難以滿足目前大流態(tài)與泵送混凝土的要求，因此本文以丙烯酸、丙烯酸羥乙酯以及異戊烯醇聚氧乙烯醚為單體，巰基乙酸為鏈轉(zhuǎn)移劑，由過氧化氫和抗壞血酸組成氧化還原體系，通過自由基共聚機理合成了一種減水型聚羧酸減水劑與一種保坍型聚羧酸減水劑，將兩種減水劑再與緩凝組分、消泡組分、引氣組分等助劑復(fù)配制備出一種再生骨料專用外加劑，從而改善混凝土工作性能不佳的問題[7]。

1 試驗

1.1 原料與儀器

（1）原料

丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、氫氧化鈉，分析純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；抗壞血酸，分析純，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；巰基乙酸，工業(yè)品，山東鑫昌華工科技有限公司；異戊烯醇聚氧乙烯醚，工業(yè)品，遼寧奧克化學(xué)有限公司；葡萄糖酸鈉、有機硅消泡劑、三萜皂苷均、木質(zhì)素磺酸鈣為市售工業(yè)品。

水泥：銅川聲威 P·O42.5 水泥；粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度 13.8%，燒失量 6.2%；礦粉：S95 級礦粉，比表面積 460m2/kg；細(xì)骨料：渭河中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量 1.2%；粗骨料采用富平碎石，5～31.5mm 連續(xù)級配，含泥量 0.8%，壓碎指標(biāo) 6%。

（2）儀器

HJW60 型混凝土試驗用攪拌機，無錫建儀儀器機械有限公司；DYE-2000 型混凝土壓力機，上海東星建材試驗設(shè)備有限公司。

1.2 試驗方法

混凝土拌合物性能：參考標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行測試。

混凝土抗壓強度：試件尺寸為 100mm×100mm×100mm，參考標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行測試。

1.3 再生骨料基本性能

再生骨料性能指標(biāo)見表1。

表1 再生骨料基本性能

依據(jù) GB/T 25176—2010《混凝土用再生粗骨料》，輕質(zhì) 5～10 mm 粗骨料表觀密度滿足 Ⅲ 類要求；非輕質(zhì) 10～20 mm 粗骨料表觀密度滿足Ⅰ類要求，壓碎指標(biāo)滿足Ⅰ類要求。

1.4 減水型聚羧酸減水劑的制備

在 250mL 三口燒瓶中，加入一定量去離子水和異戊烯醇聚氧乙烯醚，待其完全溶解后，分別滴加丙烯酸單體水溶液和引發(fā)劑溶液，同時加入一定量的鏈轉(zhuǎn)移劑巰基乙酸，控制在 2.5～3h 滴完，滴加完畢后保溫反應(yīng)1h，溫度降至室溫后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30% 的 NaOH 溶液調(diào)節(jié) pH 至 5～6，即制得淡黃色透明共聚物聚羧酸減水劑水溶液。具體性能指標(biāo)見表2。

表2 高減水型聚羧酸減水劑

1.5 保坍型聚羧酸減水劑的制備

在 250mL 三口燒瓶中，加入一定量去離子水和異戊烯醇聚氧乙烯醚，待其完全溶解后，分別滴加丙烯酸、丙烯酸羥乙酯單體水溶液和引發(fā)劑溶液，同時加入一定量的鏈轉(zhuǎn)移劑巰基乙酸，控制在 3～3.5h 滴完，滴加完畢后保溫反應(yīng) 1h，溫度降至室溫后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)30% 的 NaOH 溶液調(diào)節(jié) pH 至 5～6，即制得淡黃色透明共聚物聚羧酸減水劑水溶液。具體性能指標(biāo)見表3。

表3 保坍型聚羧酸減水劑

1.6 再生骨料混凝土專用外加劑的制備

將上述所制的兩種聚羧酸減水劑與木質(zhì)素磺酸鈣、緩凝組分（葡萄糖酸鈉）、消泡組分（有機硅消泡劑）、引氣組分（三萜皂苷）粘度調(diào)節(jié)組分（增稠保水材料）等進(jìn)行復(fù)配，并加入一定量的水，攪拌均勻，從而制備出一種再生骨料混凝土專用外加劑。具體性能指標(biāo)見表4。

表4 混凝土外加劑

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 不同取代率的再生骨料對混凝土力學(xué)性能的影響

在粉料不變的基礎(chǔ)上，使用再生粗骨料取代天然粗骨料，混凝土強度等級為 C40；不同強度等級再生骨料的摻量 0、20%、30%、40% 的混凝土試驗如表5 所示。試驗中 5～10mm 再生骨料與 10～20mm 再生骨料對以不同比例搭配對粘聚性影響不是很明顯，坍落度保持穩(wěn)定，擴(kuò)展度有些細(xì)微的變化；為了骨料連續(xù)性好，因此試驗中 5～10mm 再生骨料與 10～20mm 再生骨料按 5∶5 比例搭配。

表5 不同再生骨料取代率對混凝土抗壓強度的影響

從表5 可以看出，當(dāng)再生骨料取代率在 30% 以內(nèi)時，再生骨料的摻入對混凝土抗壓強度影響不大，當(dāng)取代率大于 30% 時，混凝土 7d 和 28d 抗壓強度均明顯下降，因此本文選取 30% 取代量的再生骨料混凝土來開展進(jìn)一步研究。

2.2 外加劑對混凝土工作性能的影響

通過 C40 混凝土坍落度、擴(kuò)展度研究再生骨料混凝土專用外加劑對混凝土工作性能的影響，混凝土配合比如表6，其中 1# 試驗中不添加再生骨料，所用石為普通碎石，外加劑為普通聚羧酸型外加劑；2# 所用石為普通碎石與再生骨料混合石，其中再生骨料摻量為30%，所用外加劑為普通聚羧酸型外加劑；3# 配合比中所用外加劑為再生骨料混凝土專用外加劑，其他材料與2# 相同。

表6 混凝土配合比 kg/m3

表7 專用外加劑對再生混凝土工作性能的影響

試驗結(jié)果見表7，由表7 可知，用普通外加劑配制普通 C40 強度等級混凝土?xí)r，再生混凝土初始和易性良好，但流動度保持性較差，2h 后流動度損失較大，3h 后基本無流動性；使用本研究成功研發(fā)的再生骨料專用外加劑配制同樣的再生混凝土?xí)r，再生混凝土初始和易性好于普通 C40 強度等級混凝土和使用普通外加劑配制的相同強度等級再生混凝土，流動度保持性好于普通 C40 強度等級混凝土，且較使用普通外加劑配制的相同強度等級再生混凝土有明顯改善。

2.3 外加劑對混凝土力學(xué)性能影響

通過混凝土 7d、28d 及 60d 強度檢測，研究再生骨料混凝土專用外加劑對混凝土力學(xué)性能的影響，混凝土配合比如表5，試驗結(jié)果見表8。

表8 再生混凝土專用外加劑對混凝土力學(xué)性能影響

由表8 可知，再生骨料混凝土專用外加劑的使用并不會對混凝土力學(xué)性能有負(fù)面影響。

3 結(jié)論

（1）本文以丙烯酸、丙烯酸羥乙酯以及異戊烯醇聚氧乙烯醚為單體，巰基乙酸為鏈轉(zhuǎn)移劑，通過自由基共聚機理合成了一種減水型聚羧酸減水劑與一種保坍型聚羧酸減水劑，將兩種減水劑再與緩凝組分、消泡組分、引氣組分等助劑復(fù)配制備出了一種再生骨料混凝土專用外加劑。

（2）通過混凝土工作性能與力學(xué)性能檢測可知，再生骨料混凝土專用外加劑能有效提高混凝土的工作性能，減少混凝土經(jīng)時損失，且不會對混凝土的力學(xué)性能產(chǎn)生不良影響。

[1]石瑩，徐仁崇，戴鵬.我國建筑垃圾資源化利用現(xiàn)狀[J].粉煤灰，2016，28(01)∶ 27-30+34.

[2]陳家瓏.我國建筑垃圾資源化利用現(xiàn)狀與建議[J].建設(shè)科技，2014(01)∶ 9-12.

[3]肖燕.西安市建筑垃圾的現(xiàn)狀分析及綜合利用[D].長安大學(xué)，2008.

[4]李美蓉，謝瑞強，江燕航，等.建筑垃圾的資源化利用是保護(hù)生態(tài)的有效途徑[J].新疆環(huán)境保護(hù)，2006(03)∶ 40-43.

[5]伍銳，黃長松.建筑垃圾資源化利用產(chǎn)業(yè)鏈分析[J].四川建材，2016,2(02)∶ 125-127.

[6]賴鏡芬，潘志波，齊愛玲.城市建筑垃圾的資源化利用[J].環(huán)境與發(fā)展，2014,6(03)∶ 131-132.

[7]王俊，高哲.高性能外加劑的復(fù)配及對混凝土性能的影響[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2015(05)∶ 135-136+142.