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(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略實(shí)施及城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略推進(jìn)、棚戶(hù)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(yùn)輸與堆放過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵污染易造成霧霾天氣，對(duì)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(kāi)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(wèn)題；另一方面可以減少建筑業(yè)對(duì)天然骨料的消耗，從而減少對(duì)天然砂石的開(kāi)采，從根本上解決了天然骨料日益匱乏和大量砂石開(kāi)釆對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞問(wèn)題，保護(hù)了人類(lèi)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(gè)普遍問(wèn)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(shí)損失非常快，有的甚至不到一小時(shí)就完全失去了流動(dòng)性能，難以滿(mǎn)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(guò)氧化氫和抗壞血酸組成氧化還原體系，通過(guò)自由基共聚機(jī)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(zhuān)用外加劑，從而改善混凝土工作性能不佳的問(wèn)題[7]。

1 試驗(yàn)

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(jī)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(jí)粉煤灰，細(xì)度 13.8%，燒失量 6.2%；礦粉：S95 級(jí)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(jí)配，含泥量 0.8%，壓碎指標(biāo) 6%。

（2）儀器

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

1.2 試驗(yàn)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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。

混凝土抗壓強(qiáng)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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。

1.3 再生骨料基本性能

再生骨料性能指標(biāo)見(jiàn)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(mǎn)足 Ⅲ 類(lèi)要求；非輕質(zhì) 10～20 mm 粗骨料表觀密度滿(mǎn)足Ⅰ類(lèi)要求，壓碎指標(biāo)滿(mǎn)足Ⅰ類(lèi)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(shí)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(jiàn)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(shí)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(jiàn)表3。

表3 保坍型聚羧酸減水劑

1.6 再生骨料混凝土專(zhuān)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(jī)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(zhuān)用外加劑。具體性能指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 混凝土外加劑

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同取代率的再生骨料對(duì)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(qiáng)度等級(jí)為 C40；不同強(qiáng)度等級(jí)再生骨料的摻量 0、20%、30%、40% 的混凝土試驗(yàn)如表5 所示。試驗(yàn)中 5～10mm 再生骨料與 10～20mm 再生骨料對(duì)以不同比例搭配對(duì)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(yàn)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(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從表5 可以看出，當(dāng)再生骨料取代率在 30% 以?xún)?nèi)時(shí)，再生骨料的摻入對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響不大，當(dāng)取代率大于 30% 時(shí)，混凝土 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)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(lái)開(kāi)展進(jìn)一步研究。

2.2 外加劑對(duì)混凝土工作性能的影響

通過(guò) C40 混凝土坍落度、擴(kuò)展度研究再生骨料混凝土專(zhuān)用外加劑對(duì)混凝土工作性能的影響，混凝土配合比如表6，其中 1# 試驗(yàn)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(zhuān)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(zhuān)用外加劑對(duì)再生混凝土工作性能的影響

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7，由表7 可知，用普通外加劑配制普通 C40 強(qiáng)度等級(jí)混凝土?xí)r，再生混凝土初始和易性良好，但流動(dòng)度保持性較差，2h 后流動(dòng)度損失較大，3h 后基本無(wú)流動(dòng)性；使用本研究成功研發(fā)的再生骨料專(zhuān)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(qiáng)度等級(jí)混凝土和使用普通外加劑配制的相同強(qiáng)度等級(jí)再生混凝土，流動(dòng)度保持性好于普通 C40 強(qiáng)度等級(jí)混凝土，且較使用普通外加劑配制的相同強(qiáng)度等級(jí)再生混凝土有明顯改善。

2.3 外加劑對(duì)混凝土力學(xué)性能影響

通過(guò)混凝土 7d、28d 及 60d 強(qiáng)度檢測(cè)，研究再生骨料混凝土專(zhuān)用外加劑對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，混凝土配合比如表5，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 再生混凝土專(zhuān)用外加劑對(duì)混凝土力學(xué)性能影響

由表8 可知，再生骨料混凝土專(zhuān)用外加劑的使用并不會(huì)對(duì)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(guò)自由基共聚機(jī)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(zhuān)用外加劑。

（2）通過(guò)混凝土工作性能與力學(xué)性能檢測(cè)可知，再生骨料混凝土專(zhuān)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(shí)損失，且不會(huì)對(duì)混凝土的力學(xué)性能產(chǎn)生不良影響。

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