摘要：傳統聚羧酸減水劑對混凝土骨料中的泥土比較敏感，含泥會使得減水劑的分散性能明顯降低。本文通過分子結構設計，合成了一種新型的抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560.通過水泥靜漿流動度和混凝土試驗測試表明：所合成的抗泥保坍型減水劑PC-560具有良好的分散性及分散保持性能。尤其在骨料含泥的情況下，其分散效果明顯優於普通聚羧酸母液，具有良好的水泥適應性和混凝土保坍性能。
關鍵詞：聚羧酸；母液；減水劑；抗泥型；保坍型；混凝土；吸附
1 前言
聚羧酸減水劑作為新一代高性能減水劑，因其摻量低、減水率高、新拌混凝土流動性及保坍性好、低收縮、環境友好等一系列突出性能，已經廣泛應用於市政、鐵路、公路、港口、橋樑、水電等領域[1,2]。但是，由於受材料條件的限制，各地的沙石資源逐步短缺和惡化，特別是大中城市，有很多使用高含泥和尾礦砂以及二者的混合砂。而聚羧酸減水劑在黏土礦物中具有很強的吸附趨向，對骨料含泥量有極高的敏感度，這對混凝土運輸、工作狀態以及強度等帶來很大影響，阻止了聚羧酸減水劑的應用普及。當混凝土體系中的含泥量較高時，聚羧酸減水劑表現出減水率不足、坍落度損失大等現象。目前，工程中應對砂石高含泥量問題主要有兩種方法，一是對砂石進行清洗；二是加大聚羧酸減水劑的用量。但這兩種方法無法從根本上解決聚羧酸減水劑對砂石含泥量敏感的問題。因此，如何解決聚羧酸減水劑對砂石含泥量敏感的問題，將成為外加劑行業亟待解決的一個熱點問題。
對於泥土影響聚羧酸減水劑的原因，德國慕尼黑工業大學教授Plank[3]認為泥土對聚羧酸減水劑也具有吸附作用，且吸附能力強於對水泥顆粒對聚羧酸分子的吸附，這種競爭吸附減少了用於分散水泥的聚羧酸分子數量，進而降低聚羧酸減水劑的分散效率，引氣性能損失。王子明教授等[4]利用總有機碳（TOC）測定了高嶺土和膨潤土對各種聚羧酸減水劑的強烈吸附，同時發現水泥對聚羧酸減水劑的吸附量隨時間延長而不斷增加，而黏土對聚羧酸減水劑吸附很快，初始階段就將達到其平衡吸附量。從復配角度出發，藏軍等[5]發現通過復配具有抗泥作用的小料減少黏土對聚羧酸減水劑的影響。劉立新[6]等發現聚乙二醇分子以插入蒙脫石晶層間的方式進行吸附。小分子量的聚合物能優於聚羧酸減水劑分子進入到蒙脫石分子層中，可以減少黏土對聚羧酸減水劑的吸附，作為黏土吸附組分。
聚羧酸減水劑較萘系減水劑最大的優勢是分子結構的可設計、可調變性、因此，從聚羧酸減水劑分子結構本身出發，通過引入能夠減少黏土吸附的功能基團，開發一種適用於高含泥骨料、反應過程簡單、不含氯離子的聚羧酸減水劑，對於聚羧酸減水劑在預拌混凝土行業的大力推廣與應用，具有很重要的意義。
本文在原有聚醚型聚羧酸減水劑的基礎上，通過分子結構的設計，研製了一種抗泥型保坍聚羧酸減水劑PC-560，並探討了該減水劑在不同水泥不同含泥量下的分散性和分散保持性以及在混凝土中的應用性能。
2試驗
2.1試驗原料與儀器
異丁烯醇聚氧乙烯醚大單體（TPEG，分子量2400）；丙烯酸（AA），分析純；引發劑，分析純；鏈轉移劑，分析純；還原劑，分析純；功能型單體，抗泥型材料，分析純；保坍型材料，分析純；鹼液；去離子水。
水泥，P·O 42.5R級水泥；粉煤灰，株洲電廠；礦粉，湘潭華新礦粉S95；黏土，金錦樂（湖南）化學有限公司的膨潤土。細集料，湘陰河砂（細度模數2.6，含泥量5.8%）；粗集料，湘陰卵石（5-31.5mm連續級配，含泥量3%）；普通聚羧酸減水劑，採用自制減水劑（PC-101），減水率達25%以上。
JJ-1電動攪拌器；HL-2B恆流泵；DK-98-Ⅱ水浴鍋，電子天平；四口燒瓶；NJ-160水泥淨漿攪拌機；實驗室混凝土攪拌機；壓力試驗機。
2.2合成工藝
在帶有攪拌器和溫度計的四口燒瓶中加入一定量的去離子水和大單體TPEG，水浴加熱燒瓶，待升溫至一定溫度且大單體完全溶解後，加入引發劑攪拌，然後開始用恆流泵控制流速並滴加丙烯酸，功能型單體，抗泥型材料，保坍型材料的混合溶液，同時另外滴加還原劑和鏈轉移劑的混合溶液，兩種溶液均恆定在一定的時間之內滴加完畢，然後繼續攪拌保溫2h。反應結束後，加入液鹼，調節PH值至6~8，即得抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560。
2.3水泥淨漿流動度測試
水泥淨漿流動度參照GB/T8077-2012《混凝土外加劑均質性試驗方法》中的水泥淨漿流動度的相關標準進行測試，以不同的膨潤土按內摻法取代相應質量的水泥，水灰比為0.29，減水劑摻量為0.2%（40%固含量聚羧酸減水劑）。
2.4 混凝土測試
混凝土性能測定按照GB/T8076-2008《混凝土外加劑》、GB50119《混凝土外加劑應用技術規範》、GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能測試方法標準》及JC473-2001《混凝土泵送劑》進行實驗。
3檢測結果與討論
3.1含泥量對PC-560分散性及分散性保持能力的影響
抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560最大的特點就是對於含泥量偏高的砂石材料沒有傳統聚羧酸減水劑那麼敏感，適應性較好。本文研究了不同黏土含量下PC-560與湖南銘煌科技發展有限公司研製的普通聚羧酸減水劑PC-101對三種不同水泥的靜漿流動度的影響。水泥分別選自長沙市場上常用的海螺、中材和華新三種水泥。實驗結果如表1-3所示。
由表1-3數據可見，普通聚羧酸減水劑PC-101和抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560對於3種不同的水泥均有較好的適應性。與PC-101相比，當沒有在水泥中內摻黏土時，PC-560初始靜漿流動度略低於PC-101，但是分散保持性優於PC-101。在黏土含量為0.5%時，PC-560和PC-101初始靜漿流動度基本相當，分散保持性仍優於PC-101。隨著黏土含量的增大，不論是初始靜漿流動度還是靜漿流動度保持能力，在3種水泥中摻抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560的明顯優於PC-101。尤其在黏土含量達到1.5%時，摻普通聚羧酸減水劑的1h後已經完全沒有流動度了，而摻PC-560的靜漿流動度1h後均在160mm以上。這說明抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560具有良好的材料適應性，更適合在含泥量較高的砂石材料中應用。
3.2混凝土測試結果
為了更全面的評定抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560的性能，對該減水劑混凝土性能研究，主要包括：混凝土的坍落度、擴展度和抗壓強度測試試驗，並選用含泥量高的砂石料與普通聚羧酸減水劑進行混凝土性能對比，最好評定抗泥型聚羧酸減水劑的性能。試驗中用C30混凝土，混凝土的配合比如表4。
選用3種不同的水泥對抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560和普通聚羧酸減水劑PC-101進行混凝土性能對比。水泥為長沙市場上常用的海螺、中材和華新水泥，均為PO42.5，摻量為膠凝材料的2.0%。混凝土性能如表5。
從表5可以看出，在混凝土骨料含泥量較高的情況下，抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560與普通聚羧酸減水劑相比，具有明顯良好的適應性和保持性，且抗泥保坍型減水劑對混凝土的強度沒有影響。另外，三種水泥配置的混凝土粘聚性、和易性均較好。可見，抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560在含泥量較高的情況下，與普通聚羧酸減水劑相比有很明顯的優勢。
4結論
通過對抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560進行水泥靜漿流動度、水泥適應性、混凝土應用性能的研究，可以得出以下結論：
（1）普通聚羧酸減水劑PC-101和抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560與長沙市市銷的大部分水泥均有良好的適應性。
（2）在骨料不含泥的情況下，抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560的分散能力略低於普通聚羧酸減水劑PC-101；但是在含泥量逐步增大的情況下，抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560的分散能力明顯優於普通聚羧酸減水劑PC-101，且含泥量逐步增大，這種優勢越明顯。
（3）抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560無論在含泥土還是不含泥的情況下、均具有較好的適應性和分散保持能力。
（4）在混凝土骨料含泥量較高的情況下，抗泥保坍型聚羧酸減水劑PC-560與普通聚羧酸減水劑相比，具有明顯良好的適應性和保持性，且抗泥保坍型減水劑對混凝土的強度沒有影響。
相關推薦
