一種混凝土保水劑的合成工藝研究

郝守義，袁立志，武英，楊新梅

（山西科騰環(huán)?？萍加邢薰?，山西 太原 030021）

自2006年我國高速鐵路工程項目的實施，多條高速鐵路的開工建設(shè)，帶動了高強度、高性能混凝土的發(fā)展，同時也帶動了混凝土外加劑的快速發(fā)展。開發(fā)研究的聚羧酸高性能減水劑是一種新型、綠色、環(huán)保的高效減水劑，具有低摻量、高減水率、水泥適應(yīng)性好、低坍落度損失、早強高、高分散性和緩凝時間短等特點，被廣泛應(yīng)用于高速鐵路建設(shè)和各個重大工程中。隨著原材料技術(shù)和合成技術(shù)的發(fā)展，聚羧酸高性能減水劑以其性能提高、成本降低和良好的應(yīng)用效果，被迅速推向市政工程、民用建筑等市場，得到了大規(guī)模的應(yīng)用。

聚羧酸高性能減水劑的生產(chǎn)和應(yīng)用綠色環(huán)保，對環(huán)境和人類沒有任何的危害和污染。近幾年來，大部分地區(qū)已逐步取消了萘系和脂肪族等其他高效減水劑的使用。聚羧酸高性能減水劑雖然在原料廠家和生產(chǎn)廠家的共同努力下，產(chǎn)品性能有了大幅度提高，但其在實際應(yīng)用中，仍舊存在許多技術(shù)難點需要解決，特別是對混凝土所用礦物摻合料和粗細骨料質(zhì)量波動的敏感性問題。相比萘系和脂肪族高效減水劑，聚羧酸高性能減水劑對集料的含泥量更為敏感，當(dāng)砂石料的含泥量達到某一值時，混凝土拌合物甚至?xí)チ鲃有?。對于集料差的混凝土，萘系和脂肪族高效減水劑可以通過提高摻量來解決問題，而聚羧酸高性能減水劑則不行。由于聚羧酸高性能減水劑的高減水性和對材料的敏感性原因，要么造成混凝土拌合物分離、離析、泌水、泌漿，使混凝土拌合物失去工作性；要么混凝土拌合物的坍落度損失嚴(yán)重，無法保證混凝土遠距離和管道輸送。

目前，砂石資源緊張，河砂供應(yīng)受到限制，許多劣質(zhì)砂石質(zhì)量差、含泥量高，沒有使用清水沖洗便投入使用，致使施工過程中出現(xiàn)很多質(zhì)量問題。為了解決聚羧酸高性能減水劑對砂石料的適應(yīng)性，特別是砂石料含泥量大的問題，經(jīng)過大量的試驗研究，合成一種生產(chǎn)工藝簡單、對環(huán)境友好、性能優(yōu)異的混凝土保水劑產(chǎn)品，可與聚羧酸高性能減水劑進行有效的配伍使用，能夠有效地解決聚羧酸高性能減水劑對砂石材料的適應(yīng)性，特別是針對砂石含泥量大的問題。

1 合成工藝部分

1.1 試驗用原材料

①亞硫酸氫鈉，分析純；②L-抗壞血酸，華北制藥；③過硫酸銨，分析純；④過硫酸鉀，分析純；⑤丙烯酸，工業(yè)品；⑥醋酸乙烯酯，分析純；⑦麥芽糊精，食用級；⑧AMPS，工業(yè)品；⑨氫氧化鈉，分析純；⑩分子鏈調(diào)節(jié)劑； 輥輯訛交聯(lián)劑；輥輰訛促進劑；輥輱訛去離子水。

1.2 試驗用儀器

①500 mL四口反應(yīng)燒瓶；②HH-S1恒溫水浴鍋；③溫度計，0～100℃；④JJ-1精密增力電動攪拌機；⑤球形冷凝管；⑥BT00-100M蠕動泵，常州科健；⑦SJD-30型強制式單臥軸混凝土攪拌機；⑧坍落筒（Φ100 mm，Φ200 mm，Φ300 mm）；⑨Φ16 mm搗棒和鋼板尺。

1.3 合成工藝

1.3.1 保水劑一

①在裝有冷凝管、溫度計、蠕動泵滴加裝置的500 mL四口反應(yīng)燒瓶中，加入定量的去離子水、亞硫酸氫鈉、L-抗壞血酸、分子鏈調(diào)節(jié)劑和AMPS，攪拌溶解，并將恒溫水浴鍋溫度控制在52℃，待完全溶解后加入醋酸乙烯酯，控制反應(yīng)溫度，用蠕動泵開始同時滴加配置好的A溶液（引發(fā)劑過硫酸銨水溶液）和B溶液（丙烯酸、氫氧化鈉水溶液），滴加時間為2 h。滴加完成后，將恒溫水浴鍋溫度控制58℃，并在58℃繼續(xù)保溫反應(yīng)1 h，然后降溫到40℃以下結(jié)束，得到固含量約30%的淡黃色黏稠產(chǎn)物（保水劑一）。

1.3.2 保水劑二

在裝有冷凝管、溫度計、蠕動泵滴加裝置的500 mL四口反應(yīng)燒瓶中，加入定量的去離子水、麥芽糊精、AMPS和交聯(lián)劑，攪拌溶解，并將恒溫水浴鍋溫度控制在70℃，待完全溶解后，用蠕動泵開始同時滴加配置好的A溶液（引發(fā)劑過硫酸銨和過硫酸鉀水溶液）和B溶液（丙烯酸和促進劑水溶液），滴加時間為1 h。滴加完成后，恒溫水浴鍋溫度控制在80℃，并在80℃繼續(xù)保溫反應(yīng)2h，然后降溫到55℃以下，用30%氫氧化鈉水溶液調(diào)整pH值為7結(jié)束，得到無色透明或淡黃色黏稠產(chǎn)物（保水劑二）。

2 試驗檢測

2.1 原材料

①水泥：海螺P.O42.5、臺泥P.O42.5；②粉煤灰：II級粉煤灰；③細集料：河砂，細度模數(shù)2.8，含泥量6%，泥塊含量為0；④粗集料：5～31.5 mm連續(xù)級配的石子；⑤外加劑：本公司產(chǎn)40%聚羧酸高性能減水劑母液。

2.2 試驗方法

混凝土試驗嚴(yán)格按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，檢測混凝土拌合物的坍落度、擴展度和經(jīng)時損失。采用C30混凝土配合比檢測，配合比如表1所示。外加劑為復(fù)配好的聚羧酸高性能減水劑，具體復(fù)配如表2所示。外加劑摻量為膠凝材料的2.2%.

表1 C30混凝土配合比

表2 外加劑復(fù)配方式

2.3 試驗結(jié)果

在以上合成的保水劑產(chǎn)品中，只有同聚羧酸高性能減水劑進行有效地復(fù)配，才能達到預(yù)期的目的。通過分別對保水劑一和聚羧酸高性能減水劑進行復(fù)配，對保水劑一、保水劑二和聚羧酸高性能減水劑進行復(fù)配，檢測其在混凝土拌合物中的具體效果，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 混凝土試驗結(jié)果

在實際混凝土試驗中，序號1和4的混凝土初始狀態(tài)，表現(xiàn)出離析、泌水現(xiàn)象，水泥漿和粗集料的黏聚性很差，大的石子裸露，1 h后坍落度損失嚴(yán)重；序號2和5的混凝土初始狀態(tài)較好，有少量泌水現(xiàn)象，混凝土的整體黏聚性尚好，1 h后混凝土的坍落度和流動度損失也不是很大；序號3和6的混凝土初始狀態(tài)較好，混凝土和易性很好，黏聚性表現(xiàn)好，無泌水、泌漿現(xiàn)象，整個集料的包裹性很好，1 h后混凝土的坍落度和擴展度損失很小，混凝土工作性良好。

從試驗中看出，由于混凝土基材的影響，特別是砂石含泥量的影響，單純的聚羧酸高性能減水劑對材料的適應(yīng)性達不到預(yù)期的目的，造成混凝土坍落度損失嚴(yán)重。而聚羧酸高性能減水劑復(fù)配保水劑后，混凝土拌合物的初始狀態(tài)和1 h后的狀態(tài)表現(xiàn)都較為良好，混凝土拌合物沒有泌水、離析現(xiàn)象發(fā)生，而且混凝土拌合物的黏聚性和和易性都得到大大改善，坍落度和擴展度損失較小。

3 結(jié)束語

①合成的保水劑一和保水劑二對混凝土拌合物有一定的分散作用，具有提高混凝土拌合物穩(wěn)定性的作用。保水劑一、二復(fù)合使用效果要優(yōu)于單獨使用一種和聚羧酸高性能減水劑進行的復(fù)配。保水劑的合成工藝簡單，使用和生產(chǎn)過程沒有任何污染。②保水劑在較差的砂石料，特別是含泥量高的情況下，在混凝土拌合物中起到明顯的作用，能夠提高混凝土拌合物的和易性，增加混凝土拌合物的黏聚性，沒有泌水、離析現(xiàn)象，混凝土拌合物的坍落度和擴展度經(jīng)時損失小，拌合物的工作狀態(tài)良好，能夠保證混凝土拌合物的工作性和混凝土的質(zhì)量。

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