和易性調節型聚羧酸減水劑對混凝土性能的影響

權偉博

(1.四川華西綠舍建材有限公司，成都 610041；2.四川華西綠舍精城建材有限公司，內江 641000)

混凝土由于其自身穩定、成本低廉等優異特性已經成為當今世界用量最大的建筑材料之一。減水劑作為混凝土外加劑，不僅能夠在施工時大幅度減少水的用量，使得混凝土在較低水灰比的情況下保持較高的流動性，而且可以改善混凝土凝固后的機械性能，延長其使用壽命，這些特性使得減水劑逐漸成為混凝土生產中不可缺少的一部分，發揮巨大的作用[1]。20世紀30年代末，美國首先發明了松脂類引氣劑和紙漿廢液減水劑。普遍認為減水劑的發展分為三個階段，以木質素磺酸鈣為代表的第一代普通減水劑，以萘系為代表的第二代高效減水劑和以聚羧酸鹽系為代表的第三代高性能減水劑[2,3]。其中聚羧酸減水劑憑借低摻量、高減水率和低坍落度損失等優點現已廣泛用于建筑行業[4]。而聚羧酸減水劑由于自身特點對于砂石中的含泥、含粉量較為敏感[5]。由于各地區材料存在差異與波動，試驗針對四川地區常用材料研究合成了和易性調節型聚羧酸減水劑，與國內外常用外加劑在混凝土工作性、力學性能、細骨料適應性、減水劑摻量敏感性等方面進行了比較。

1 試 驗

1.1 原材料

水泥：選取了四川地區混凝土生產常用的三種的水泥，拉法基水泥有限公司、四川重龍水泥有限公司和四川峨勝水泥股份有限公司生產的PO42.5R水泥，性能指標符合GB 175—2020《通用硅酸鹽水泥》中的要求，水泥基本性能見表1。

表1 水泥的基本物理性能

礦粉：選用S95級礦粉，比表面積425 m2/kg，密度2.86 g/cm3，7 d活性指數 86%，28 d活性指數97%，性能指標符合GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》的要求。

粉煤灰：選用Ⅰ級粉煤灰，細度10.4%，燒失量3.0%，需水比93%，性能指標符合GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求。

減水劑：國內減水劑母液(無色透明、pH6～7、固含50%，以下簡稱A)；國外減水劑(瑞士)母液(微黃澄清、pH5～6、固含50%，以下簡稱B)，自制和易性調節型聚羧酸母液(微黃澄清、pH5～6、固含50%，以下簡稱C)。

自制聚羧酸減水母液C的合成工藝如下：將乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚(2+2活性大單體)粉劑、還原劑和適量丙烯酸投入裝有攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，加水開啟攪拌溶液，待燒瓶內單體粉劑完全溶解后，投入引發劑，攪拌5～10 min后，同時滴加A料混合儀和B料混合液，其中A料為由丙烯酸、功能性酯類活性單體和水攪拌均勻配置而成的混合液，B料為有機醛類次亞硫酸鈉、巰基丙酸和水攪拌均勻的混合液，A料滴加2 h，B料滴加2.5 h，滴加完畢后保溫熟化1 h，隨后加堿液調節pH值5～7，制得固含量為40%的聚羧酸減水母液。

上述國內外減水劑產品為目前市場普遍使用的典型代表，均滿足國家相關標準要求。試驗用減水劑是有效含量為10%的減水劑溶液，符合GB 8076—2008《混凝土外加劑》要求，與水泥適應性好。

粗骨料：選用精制5～31.5 mm連續級配碎石，含泥量≤1%，壓碎值≤8.0%，其余指標符合《建設用卵石、碎石》GB/T 14685—2011 中指標要求。

細骨料：選取了西南地區混凝土生產常用的四種機制砂，分別為重慶(易通站)、成都(興發站)、內江(精城站)和廣漢(宏泰站)。這四種機制砂符合《建設用砂》GB/T 14684—2011 中對砂的要求，機砂基本性能見表2。

表2 試驗用機砂基本性能

水：自來水或符合JGJ 63—2006《混凝土用水標準》的水。

1.2 試驗配合比

試驗以實際生產用C30配合比為基準，通過對比A、B、C三種減水劑在混凝土工作性、力學性能、細骨料適應性和減水劑摻量敏感性等相關性能方面的表現，綜合作出評估。試驗基準水泥選用峨勝水泥和成都(興發站)砂，配合比見表3。

表3 配合比

1.3 試驗方法

按照上述配合比設計方案，開展了試配驗證。混凝土工作性能測試參考GB/T 50080—2016 《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，力作性能測試參考GB/T 50081—2019 《混凝土物理力學性能試驗方法標準》。試驗養護為標準養護，養護室溫度為(20±2)℃，濕度大于95%。

2 結果與討論

2.1 對混凝土和易性的影響

表4反映了不同減水劑母液對混凝土工作性能的影響。從表4中可以看出，自制聚羧酸母液在混凝土工作性能保持性與和易性方面均表現出優異的性能。混凝土擴展度 2 h經時損失率僅為 7.3%，遠小于國內減水劑母液的 16.0%以及國外減水劑母液的 11.3%。并且加入自制聚羧酸母液的混凝土在相近流動度條件下，混凝土的粘聚性與保水性有所提高，使用自制聚羧酸母液的混凝土壓力泌水率降低至9.6%，離析率下降至6.5%，對低強度等級混凝土的和易性有較大提高。

表4 和易性減水劑對混凝土工作性能影響對比

2.2 對混凝土凝結時間和強度發展的影響

表5為不同減水劑母液對混凝土含氣量、凝結時間以及強度的影響。結果表明，和易性調節型聚羧酸減水劑相比國內外減水劑具有一定緩凝作用，但對混凝土各個齡期強度均無影響。

表5 不同減水劑對混凝土凝結時間及強度的影響

2.3 對不同區域機制砂適應性研究

主要探討了和易性調節型聚羧酸母液對于不同地區典型機砂適應性研究，分別選用了重慶、成都、內江、廣漢地區的具有代表性的機砂進行試驗研究。從表6中可以看出，對于不同區域的機砂，自制和易性調節型聚羧酸母液在相同摻量下流動性和國內外產品基本一致，但壓力泌水率和離析率均明顯低于國內減水劑和國外減水劑，同時自制和易性母液對選取的重慶、成都、內江、廣漢的機制砂混凝土均具有和易性調節作用，表現出良好的適應性。而國外減水劑對廣漢、成都等地的機制砂具有一定狀態改善作用，但對重慶機砂(該部分機砂0.15～0.6 mm尺寸組成較少)混凝土工作性調節作用不明顯，適應性稍差。

表6 不同減水劑對混凝土凝結時間及強度的影響

2.4 摻量敏感性研究

探討了自制和易性調節型聚羧酸母液對于不同種水泥摻量敏感性的問題， 進一步綜合評價其性能。以拉法基、重龍、峨勝 3 種水泥(四川地區典型水泥) 為研究對象，以擴展度平均變化率(以擴展度達到(550±10) mm作為基準，上下調整 10%的摻量重新進行測試，然后將 3 個摻量點的擴展度取平均值，計算每個摻量點擴展度與平均值的變化率，并將三個變化率取平均值即為擴展度平均變化率。)來進行評價。從表7中可以看出，對于3 種不同水泥，自制和易性調節型聚羧酸母液不同摻量點的混凝土擴展度都比較接近，表明該減水劑對上述三種水泥有良好的適應性。而且自制減水劑對不同水泥的擴展度平均變化率只有6%左右，低于國外同類減水劑，說明該減水劑的摻量敏感性較低。因此，摻入自制減水劑母液可以有效避免混凝土中減水劑的摻量波動引起的離析、泌水或者無流動性的現象，從而減少對混凝土泵送施工性能、力學性能和耐久性能的不利影響。

表7 減水劑不同摻量擴展度平均變化率測試結果

3 結 論

a.自制聚羧酸減水劑在混凝土工作性能保持性與和易性方面均表現出優異的性能，混凝土擴展度2 h經時損失率僅為7.3%，壓力泌水率和離析率分別低至9.6%和6.5%。

b.自制聚羧酸減水劑與四川地區常用細骨料的適應性優于國內和國外常用減水劑。

c.自制聚羧酸減水劑與四川地區常用水泥的適應性更好，對不同水泥的擴展度平均變化率僅有6%左右。