抑制蒙脫土對(duì)聚羧酸減水劑負(fù)效應(yīng)的添加劑研究

王寶松，澤旺四郎，王林龍

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶　400067； 2.西藏自治區(qū)昌都市交通運(yùn)輸局， 西藏 昌都　854000)

?

抑制蒙脫土對(duì)聚羧酸減水劑負(fù)效應(yīng)的添加劑研究

王寶松1，澤旺四郎2，王林龍1

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶400067； 2.西藏自治區(qū)昌都市交通運(yùn)輸局， 西藏 昌都854000)

摘要：針對(duì)蒙脫土對(duì)聚羧酸減水劑的負(fù)效應(yīng)，選取聚乙二醇-4 000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀作為添加劑并將其與聚羧酸減水劑進(jìn)行復(fù)配使用，并通過試驗(yàn)來研究添加劑對(duì)含鈉基蒙脫土和含鈣基蒙脫土的砂漿工作性能和強(qiáng)度的影響。在此基礎(chǔ)上確定添加劑的最優(yōu)配合比，表明其對(duì)聚羧酸減水劑的負(fù)效應(yīng)具有非常明顯的抑制效果。

關(guān)鍵詞：聚羧酸減水劑；蒙脫土；添加劑

在現(xiàn)代混凝土技術(shù)中，除使用大量集料外，通常還要使用外加劑來提高混凝土的性能，集料所含泥土?xí)档途埕人釡p水劑的減水分散性能，其中粘土成分是泥土中對(duì)聚羧酸減水劑的負(fù)效應(yīng)最顯著的組分[1-5]。粘土吸附聚羧酸減水劑使對(duì)水泥起分散作用的有效聚羧酸減水劑減少，同時(shí)也吸附拌和水并使提供漿體流動(dòng)的自由水減少，其組合作用的結(jié)果是影響摻聚羧酸減水劑水泥凈漿、砂漿和混凝土工作性能的主要原因[6-8]。不同種類的粘土對(duì)聚羧酸減水劑的影響程度不同，吸附能力和膨脹能力強(qiáng)的蒙脫土較伊利土和高嶺土對(duì)聚羧酸減水劑的負(fù)效應(yīng)更大[9]。

目前針對(duì)粘土對(duì)聚羧酸減水劑負(fù)效應(yīng)抑制措施的研究還處于起步階段，還沒有一種普遍適用的解決辦法。本文基于利用吸附能力強(qiáng)的添加劑優(yōu)先被粘土吸附從而減少粘土對(duì)聚羧酸減水劑的吸附和減少拌和水和聚羧酸減水劑的吸附以防止粘土膨脹的思路，選取了聚乙二醇-4 000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀作為添加劑并將其與聚羧酸減水劑進(jìn)行復(fù)配使用，通過試驗(yàn)來研究添加劑對(duì)含鈉基蒙脫土和含鈣基蒙脫土水泥砂漿工作性能和強(qiáng)度的影響，并在此基礎(chǔ)上分析添加劑最優(yōu)復(fù)配比例對(duì)含蒙脫土混凝土性能的影響，以期為解決粘土對(duì)聚羧酸減水劑的負(fù)效應(yīng)提供借鑒。

1原材料

P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥:比表面積為401 m2/kg，3 d和28 d膠砂抗壓強(qiáng)度分別為28.5、51.5 MPa。

聚羧酸減水劑：固含量為39.8%。

砂石：水洗的潔凈砂石，試驗(yàn)時(shí)根據(jù)所需蒙脫土摻量在砂中外摻蒙脫土

蒙脫土：河北生產(chǎn)的工業(yè)級(jí)鈉基蒙脫土和鈣基蒙脫土。

聚乙二醇-4 000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀：分析純?cè)噭?/p>

2試驗(yàn)過程

試驗(yàn)砂漿配合比為水泥∶砂=1∶3，水灰比為0.44，聚羧酸減水劑摻量為水泥質(zhì)量的0.18%，蒙脫土以0.5%的比例等質(zhì)量取代砂，添加劑摻量按水泥質(zhì)量的百分比計(jì)。

2.1添加劑對(duì)砂漿工作性能的影響

砂漿流動(dòng)度是衡量砂漿工作性能的主要技術(shù)指標(biāo)，試驗(yàn)以聚乙二醇-4 000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀3種不同添加劑摻量進(jìn)行砂漿流動(dòng)度及試驗(yàn)，分析對(duì)摻聚羧酸減水劑含鈉基蒙脫土和含鈣基蒙脫土砂漿流動(dòng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1　添加劑摻量對(duì)摻聚羧酸減水劑含蒙脫土砂漿流動(dòng)度的影響

從圖1可以看出，聚乙二醇-4 000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀3種添加劑能夠抑制鈉基蒙脫土和鈣基蒙脫土對(duì)摻聚羧酸減水劑砂漿流動(dòng)度的負(fù)效應(yīng)，其對(duì)鈣基蒙脫土的抑制效果好于對(duì)鈉基蒙脫土的抑制效果。無論是對(duì)于含鈉基蒙脫土還是含鈣基蒙脫土的砂漿，隨著添加劑摻量增加，砂漿流動(dòng)度隨添加劑摻量增加而增大。

當(dāng)聚乙二醇-4 000摻量為0.2%時(shí)，摻聚羧酸減水劑含鈉基蒙脫土砂漿流動(dòng)度由未摻聚乙二醇-4 000時(shí)的120 mm提高到155 mm，摻聚羧酸減水劑含鈣基蒙脫土砂漿流動(dòng)度由未摻聚乙二醇-4 000時(shí)的120 mm提高到157.5 mm。但隨著聚乙二醇-4 000摻量繼續(xù)增大，砂漿流動(dòng)度幾乎不再提高。三甲基十六烷基溴化銨的最佳摻量為0.08%，此時(shí)摻聚羧酸減水劑含鈉基蒙脫土砂漿流動(dòng)度由未摻三甲基十六烷基溴化銨時(shí)的120 mm提高到162.5 mm，摻聚羧酸減水劑含鈣基蒙脫土砂漿流動(dòng)度由未摻三甲基十六烷基溴化銨時(shí)的120 mm提高到165 mm。之后隨著三甲基十六烷基溴化銨摻量繼續(xù)增大，砂漿流動(dòng)度不再提高。當(dāng)氯化鉀摻量為1%時(shí)抑制效果最好，此時(shí)摻聚羧酸減水劑含鈉基蒙脫土砂漿流動(dòng)度由未摻氯化鉀時(shí)的120 mm提高到135 mm，摻聚羧酸減水劑含鈣基蒙脫土砂漿流動(dòng)度由未摻氯化鉀時(shí)的120 mm提高到140 mm。對(duì)比圖1(a)、(b)、(c)可以看出，氯化鉀抑制蒙脫土對(duì)摻聚羧酸減水劑砂漿流動(dòng)度負(fù)效應(yīng)的效果較聚乙二醇-4 000和三甲基十六烷基溴化銨差。

2.2添加劑對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響

聚乙二醇-4 000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀3種添加劑對(duì)摻聚羧酸減水劑含鈉基蒙脫土和鈣基蒙脫土砂漿28 d抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2　添加劑對(duì)摻聚羧酸減水劑含蒙脫土砂漿28 d抗壓強(qiáng)度的影響

從圖2可以看出，無論是含鈉基蒙脫土的砂漿還是含鈣基蒙脫土的砂漿，聚乙二醇-4 000和氯化鉀的摻入對(duì)砂漿28 d齡期抗壓強(qiáng)度都無明顯不利影響，原因可能是聚乙二醇-4 000不參與水泥反應(yīng)，不影響水泥水化進(jìn)程和水化產(chǎn)物，而氯化鉀作為早強(qiáng)劑甚至?xí)岣呱皾{早期強(qiáng)度且對(duì)后期強(qiáng)度無明顯影響。

添加三甲基十六烷基溴化銨會(huì)降低砂漿28 d齡期的抗壓強(qiáng)度，且三甲基十六烷基溴化銨摻量越大，砂漿強(qiáng)度下降就越多。以三甲基十六烷基溴化銨對(duì)摻聚羧酸減水劑含鈉基蒙脫土砂漿強(qiáng)度影響為例，未摻三甲基十六烷基溴化銨時(shí)砂漿28 d齡期抗壓強(qiáng)度為37 MPa；當(dāng)三甲基十六烷基溴化銨摻量?jī)H為0.04%時(shí)砂漿28 d抗壓強(qiáng)度降到24 MPa，降低了35%；當(dāng)三甲基十六烷基溴化銨摻量增大到0.12%時(shí)砂漿28 d抗壓強(qiáng)度降到17 MPa，降低了54%。三甲基十六烷基溴化銨以嚴(yán)重降低砂漿抗壓強(qiáng)度的原因主要與其在攪拌過程中產(chǎn)生大量氣泡，使得砂漿含氣量急劇上升，硬化后砂漿中殘留大量氣孔有關(guān)。

2.3添加劑復(fù)配對(duì)砂漿性能的影響

聚乙二醇-4 000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀單摻在合適摻量范圍內(nèi)一定程度上可抑制蒙脫土對(duì)摻聚羧酸減水劑砂漿工作性能的負(fù)效應(yīng)，但抑制效果有限。另外三甲基十六烷基溴化銨會(huì)嚴(yán)重降低砂漿強(qiáng)度，而復(fù)配是外加劑領(lǐng)域常用的技術(shù)手段，通常能起到“超疊加效應(yīng)”。為此，筆者通過正交試驗(yàn)來研究3種添加劑復(fù)配對(duì)摻聚羧酸減水劑含鈉基蒙脫土砂漿性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1　添加劑復(fù)配對(duì)摻聚羧酸減水劑含鈉基蒙脫土砂漿性能的影響

從表1數(shù)據(jù)可以看出，添加劑復(fù)配起到了抑制鈉基蒙脫土對(duì)摻聚羧酸減水劑砂漿流動(dòng)度負(fù)效應(yīng)的作用，且比添加劑單摻時(shí)的抑制效果更好，試驗(yàn)組3、4、7、8、10、11的流動(dòng)度結(jié)果接近甚至超過了未加粘土?xí)r的流動(dòng)度。因此，僅從砂漿流動(dòng)度的角度看，通過3種添加劑的復(fù)配完全能夠解決鈉基蒙脫土對(duì)摻聚羧酸減水劑砂漿工作性能的負(fù)效應(yīng)；但從強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果看，三甲基十六烷基溴化銨的存在仍會(huì)大幅度降低砂漿強(qiáng)度。

綜合添加劑對(duì)砂漿流動(dòng)度和強(qiáng)度影響的結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組13的添加劑配比最優(yōu)，即在聚乙二醇-4 000摻量為0.3%和氯化鉀摻量為1.5%復(fù)配時(shí)，摻聚羧酸減水劑含0.5%鈉基蒙脫土砂漿流動(dòng)度由未摻添加劑時(shí)的120 mm提高到195 mm，同時(shí)添加劑的摻入對(duì)砂漿抗折抗壓強(qiáng)度不造成負(fù)面影響，甚至使強(qiáng)度略微增長(zhǎng)。

2.4添加劑對(duì)混凝土性能的影響

選取抑制鈉基蒙脫土對(duì)摻聚羧酸減水劑砂漿流動(dòng)度負(fù)效應(yīng)的效果顯著而對(duì)砂漿強(qiáng)度不造成負(fù)面影響的添加劑(聚乙二醇-4 000摻量為0.3%和氯化鉀摻量為1.5%復(fù)配)進(jìn)行了混凝土試驗(yàn)，混凝土基準(zhǔn)配合比如表2所示。

根據(jù)混凝土基準(zhǔn)配合比，蒙脫土摻量為等質(zhì)量?jī)?nèi)摻取代砂，添加劑摻量按膠凝材料質(zhì)量百分比外摻，添加劑先于聚羧酸減水劑摻入，對(duì)添加劑(聚乙二醇-4 000摻量為0.3%和氯化鉀摻量為1.5%復(fù)配)摻入聚羧酸減水劑含0.5%鈉基蒙脫土和0.5%鈣基蒙脫土的混凝土工作性能和強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表2　混凝土配合比

表3　添加劑對(duì)摻聚羧酸減水劑含不同粘土混凝土性能的影響

從表3數(shù)據(jù)可以看出，添加劑(聚乙二醇-4 000摻量為0.3%和氯化鉀摻量為1.5%復(fù)配)抑制蒙脫土對(duì)摻聚羧酸減水劑混凝土工作性負(fù)效應(yīng)的效果較好。摻添加劑后，含0.5%鈉基蒙脫土混凝土坍落度由80 mm提高到180 mm，流動(dòng)度由185 mm提高到365 mm；含0.5%鈣基蒙脫土混凝土坍落度由100 mm提高到195 mm，流動(dòng)度由195 mm提高到410 mm，且添加劑的摻入不會(huì)降低混凝土強(qiáng)度。因此，可以將添加劑(聚乙二醇-4 000摻量為 0.3%和氯化鉀摻量為1.5%復(fù)配)與聚羧酸減水劑一起使用以抑制蒙脫土對(duì)混凝土強(qiáng)度和工作性的負(fù)效應(yīng)。

3結(jié)論

由于集料所含泥土?xí)档途埕人釡p水劑的減水分散性能，因此針對(duì)粘土對(duì)聚羧酸減水劑負(fù)效應(yīng)抑制措施的研究，本文以聚乙二醇-4 000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀作為添加劑并將其與聚羧酸減水劑進(jìn)行復(fù)配使用，經(jīng)過多項(xiàng)室內(nèi)試驗(yàn)，確定了復(fù)配添加劑的最優(yōu)配合比，其試驗(yàn)結(jié)果顯示，復(fù)配添加劑能夠很好地抑制蒙脫土的負(fù)效應(yīng)，為解決粘土對(duì)聚羧酸減水劑造成的負(fù)效應(yīng)提供了很好的技術(shù)途徑。總結(jié)試驗(yàn)研究成果，得出如下結(jié)論。

1) 聚乙二醇-4 000、三甲基十六烷基溴化銨和氯化鉀3種添加劑均能夠抑制鈉基蒙脫土和鈣基蒙脫土對(duì)摻聚羧酸減水劑砂漿流動(dòng)度的負(fù)效應(yīng)，其對(duì)鈣基蒙脫土的抑制效果好于對(duì)鈉基蒙脫土的抑制效果，且隨著添加劑摻量增加，砂漿流動(dòng)度也隨之增大。

2) 無論是含鈉基蒙脫土的砂漿還是含鈣基蒙脫土的砂漿，聚乙二醇-4 000和氯化鉀的摻入對(duì)砂漿28 d齡期抗壓強(qiáng)度無明顯不利影響，而氯化鉀作為早強(qiáng)劑甚至?xí)岣呱皾{早期強(qiáng)度且對(duì)后期強(qiáng)度無較大影響。

3) 綜合添加劑對(duì)砂漿流動(dòng)度和強(qiáng)度影響的結(jié)果分析，在聚乙二醇-4 000摻量為0.3%和氯化鉀摻量為1.5%復(fù)配時(shí)效果最優(yōu)，具有非常明顯的抑制作用。同時(shí)添加劑的摻入對(duì)砂漿抗折抗壓強(qiáng)度不會(huì)造成負(fù)面影響，甚至強(qiáng)度還略有增長(zhǎng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王應(yīng)，王智，胡倩文，等.集料中黏土質(zhì)泥及其對(duì)混凝土性能的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2012，34(3)：599-60.

[2]SAKAI E，ATARASHI D，DAIMON M. Interaction between superplasticizers and clay minerals [C]// Proceedings of the 6th International Symposium on Cement and Concrete and Canmet/Aci International Symposium on Concrete Technology for Sustainable Development (Volume 2). Xi’an：Cement Branch of Chinese Ceramic Society，2006.

[3]NORVELL J K，STEWART J G，MARIA C. et al. Influence of Clays and Clay-Sized Particles on Concrete Performance[J]. Journal of Materials in Civil Engineering，2007，19(12)： 1053-1059.

[4]MUOZ J F，GULLERUD K J. Effects of Coarse Aggregate Coatings on Concrete Performance[J]. Journal of Materials in Civil Engineering，2010，22(1)：97-103.

[5]趙爽，沙建芳，陸加越，等.粘土對(duì)聚羧酸減水劑塑化性能的影響[J].混凝土，2013(11)： 116-118.

[6]王林，王棟民，包文忠.粘土對(duì)聚羧酸減水劑性能的影響及機(jī)理研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2013，35(8)：6-9.

[7]馬保國(guó)，楊虎，譚洪波，等.水泥和粘土對(duì)不同減水劑的吸附特性[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2013， 41(3)：329-333.

[8]王智，胡倩文，王應(yīng)，等.蒙脫石對(duì)聚羧酸減水劑的層間吸附特性[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2013， 41(8): 1100-1104.

[9]王智，胡倩文，王林龍，等.不同黏土對(duì)摻減水劑水泥凈漿流動(dòng)度影響[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，29(5)：803-807.

Research on Additives to Restrain Negative Effects on Montmorillonite on Polycarboxylate Superplasticizer

WANG Baosong1, ZEWANG Silang2, WANG Linlong1

Abstract:In allusion to the negative effects of montmorillonite on polycarboxylate superplasticizer, this paper selects polyethylene glycol-4000, cetyl-trimethyl ammonium bromide and KCL as additives and uses them with polycarboxylate superplasticizer as compound, and studies the influences of additives on working performance and strength of mortar of sodium montmorillonite and calcium montmorillonite via test. On this basis the paper determines the optimum ratio of additives, which exhibit very obvious effect to restrain the negative effects on polycarboxylate superplasticizer.

Keywords:polycarboxylate superplasticizer; montmorillonite; additive

文章編號(hào)：1009-6477(2016)02-0020-05

中圖分類號(hào)：U444

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：王寶松(1984-)，男，山東省臨沂市人，碩士，工程師。

收稿日期：2015-10-20

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.02.005