新型混凝土用抗吸附劑的合成及混凝土性能研究

陳集芳，賀海量，黃俊輝，吳振軍

（1. 廣東六合新型建材有限公司，廣東 廣州 511470；2. 湖南振海新材料科技有限公司，湖南 長沙410000；3. 湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長沙 410082）

0 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(dòng)性及保坍性好、低收縮、環(huán)境友好等一系列突出性能，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于市政、鐵路、公路、港口、橋梁、水電等領(lǐng)域[1,2]。但是，隨著國家對(duì)環(huán)保工作的高度重視，對(duì)環(huán)保檢查力度的不斷加強(qiáng)，特別是對(duì)骨料的專項(xiàng)檢查，用于混凝土的骨料相當(dāng)緊缺，骨料及粉料的質(zhì)量波動(dòng)也越來越大，很多地方的砂供應(yīng)非常緊張，受材料條件的限制，各地的砂石資源逐步短缺和惡化。而聚羧酸減水劑在黏土礦物或者多孔性結(jié)構(gòu)的材料中具有很強(qiáng)的吸附趨向，對(duì)骨料含泥或含粉量有極高的敏感度，這給混凝土運(yùn)輸、工作狀態(tài)以及強(qiáng)度等帶來很大影響。當(dāng)混凝土體系中的含泥或者含粉量較高時(shí)，聚羧酸減水劑表現(xiàn)出減水率不足、坍落度損失大等現(xiàn)象。因此，如何解決聚羧酸減水劑對(duì)砂石含泥量敏感的問題，已成為外加劑行業(yè)亟待解決的一個(gè)熱點(diǎn)問題。

對(duì)于泥土影響聚羧酸減水劑的原因，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)教授 Plank[3]認(rèn)為泥土對(duì)聚羧酸減水劑也具有吸附作用，且吸附能力強(qiáng)于水泥顆粒對(duì)聚羧酸分子的吸附，這種競爭吸附減少了用于分散水泥的聚羧酸分子數(shù)量，進(jìn)而降低聚羧酸減水劑的分散效率，引起性能損失。

本文通過分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，合成了一種混凝土用抗吸附劑，并探討了該混凝土用抗吸附劑在不同含泥量不同石粉含量骨料下的抗吸附性能，以及在混凝土中的應(yīng)用性能。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料與儀器

單體 A；分析純；單體 B，分析純；引發(fā)劑，分析純；鏈轉(zhuǎn)移劑，分析純；還原劑，分析純；堿液；去離子水。

水泥，P·O42.5R 級(jí)水泥，海螺水泥股份有限公司英德水泥廠。粉煤灰：臺(tái)山發(fā)電廠。礦粉 S95，首鋼礦粉。細(xì)骨料：河砂1，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量5.9%；河砂2，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量2%；石場環(huán)?；厥帐郏?xì)度模數(shù)3.2，含泥量6.9%；環(huán)保回收磨細(xì)骨料，細(xì)度模數(shù)3.0，含泥量7.3%。粗骨料，廣西石灰石，5～31.5mm 連續(xù)級(jí)配，含泥量3%。聚羧酸減水劑，廣東六合新型建材有限公司（LH-6BN），減水率達(dá)20% 以上?；炷劣每刮絼?，廣東六合新型建材有限公司。

JJ-1電動(dòng)攪拌器；HL-2B 恒流泵；DK-98-Ⅱ 水浴鍋，電子天平；四口燒瓶；NJ-160水泥凈漿攪拌機(jī)；實(shí)驗(yàn)室混凝土攪拌機(jī)；壓力試驗(yàn)機(jī)。

1.2 合成工藝

在帶有攪拌器和溫度計(jì)的四口燒瓶中加入一定量的去離子水和單體 B，水浴加熱燒瓶，待升溫至一定溫度且單體 B 完全溶解后，加入引發(fā)劑攪拌，然后開始用恒流泵控制流速并滴加單體 A，同時(shí)另外滴加還原劑和鏈轉(zhuǎn)移劑的混合溶液，兩種溶液均恒定在一定的時(shí)間之內(nèi)滴加完畢，然后繼續(xù)攪拌保溫2h。反應(yīng)結(jié)束后，加入液堿，調(diào)節(jié) pH 值至7±1，即得混凝土用抗吸附劑LH-96S。

1.3 水泥砂漿流動(dòng)度測(cè)試

水泥砂漿流動(dòng)度參照 GB/T8077—2012《混凝土外加劑均質(zhì)性試驗(yàn)方法》中的水泥砂漿流動(dòng)度的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，以不同的吸附型細(xì)骨料代替標(biāo)準(zhǔn)砂，水灰比為0.5，減水劑摻量為2.0%（10% 固含量聚羧酸減水劑）。

1.4 混凝土測(cè)試

混凝土性能測(cè)定按照GB/T8076—2008《混凝土外加劑》、GB50119《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)》及 JC473—2001《混凝土泵送劑》進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 檢測(cè)結(jié)果與討論

（1）混凝土用抗吸附劑，在不同吸附性細(xì)骨料中，對(duì)聚羧酸減水劑水泥砂漿分散性的影響。

聚羧酸減水劑在遇到吸附性材料時(shí)，減水劑的適應(yīng)性變得非常差，非常敏感，本文主要研究了不同細(xì)骨料代替標(biāo)準(zhǔn)砂的情況下，混凝土用抗吸附劑對(duì)減水劑適應(yīng)性的影響，細(xì)骨料分別選用石場環(huán)?；厥帐?、環(huán)?；厥漳ゼ?xì)骨料、河砂1和標(biāo)準(zhǔn)砂。試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 水泥砂漿流動(dòng)度

由表1可以看出，在使用吸附型骨料時(shí)，減水劑的分散性影響非常大。如表中所示，在使用標(biāo)準(zhǔn)砂進(jìn)行砂漿分散性試驗(yàn)時(shí)，砂漿流動(dòng)性好，且流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失小，說明使用的減水劑沒有問題，在使用了混凝土用抗吸附劑后，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砂的砂漿流動(dòng)度影響不大，說明混凝土用抗吸附劑不會(huì)影響正常材料的砂漿性能。

在使用河砂1時(shí)，由于河砂1中的含泥量較大，含泥量對(duì)減水劑的吸附性大，而石場回收石粉和回收磨細(xì)石粉，除了含泥量對(duì)減水劑的吸附，回收材料的多孔性特征，使得回收骨料的吸附性更強(qiáng)，砂漿流動(dòng)的表現(xiàn)更不理想，三種吸附性材料再加入了混凝土用抗吸附劑后，砂漿流動(dòng)度和適應(yīng)性得到明顯改善。

（2）混凝土用抗吸附劑，對(duì)使用不同吸附性細(xì)骨料混凝土的影響。

聚羧酸減水劑在實(shí)際使用的過程中，因使用細(xì)骨料中含泥、含粉以及多孔結(jié)構(gòu)的情況下，對(duì)減水劑的吸附非常嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)無論多少摻量都無法使混凝土“打開”，混凝土沒有流動(dòng)性和施工性。新型混凝土用抗吸附劑的最大特點(diǎn)就是針對(duì)此類情況，在混凝土生產(chǎn)的過程中，解決聚羧酸減水劑被吸附的情況，提高減水劑的適應(yīng)性和出廠混凝土的質(zhì)量穩(wěn)定性。本文主要研究了不同吸附性材料下，混凝土的變化，試驗(yàn)中用 C30混凝土，混凝土的配合比如表2。

表2 C30混凝土配合比 kg/m3

選用三種不同程度吸附的細(xì)骨料，驗(yàn)證抗混凝土用抗吸附劑對(duì)混凝土工作性能的改善程度，以及后期混凝土強(qiáng)度影響表現(xiàn)，細(xì)骨料為石場環(huán)保回收石粉、河砂1、河砂2和環(huán)?；厥漳ゼ?xì)石粉，混凝土性能如表3。

表3 不同吸附細(xì)骨料，使用混凝土用抗吸附劑在混凝土中性能表現(xiàn)

從表3可以看出，在混凝土骨料含泥量較高吸附性較強(qiáng)的情況下，使用了新型混凝土用抗吸附劑的混凝土，具有明顯良好的適應(yīng)性和保持性，且混凝土用抗吸附劑對(duì)混凝土的強(qiáng)度不僅沒有影響，而且對(duì)混凝土的強(qiáng)度增長有一定的積極作用。另外，四種不同骨料，使用混凝土用抗吸附劑配制的混凝土粘聚性、和易性均較未添加混凝土用抗吸附劑的好，大大改善了環(huán)?；厥詹牧系幕炷潦┕ば阅?，效果非常明顯。

3 結(jié)論

通過對(duì)新型混凝土用抗吸附劑 LH-96S 進(jìn)行水泥砂漿流動(dòng)度、混凝土應(yīng)用性能的研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）混凝土用抗吸附劑 LH-96S，對(duì)不同吸附性材料的抗吸附能力強(qiáng)，使得出廠混凝土具有良好的和易性和穩(wěn)定性。

（2）混凝土用抗吸附劑 LH-96S，大大改善了環(huán)?；厥展橇系暮鸵仔?，并在改善和易性的同時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度的增長無影響，且略微有所增強(qiáng)。

（3）混凝土用抗吸附劑 LH-96S，在有吸附性骨料存在時(shí)，因其抗吸附性能，對(duì)混凝土的和易性和經(jīng)時(shí)損失改善非常明顯，在沒有吸附性骨料存在時(shí)，對(duì)混凝土的和易性無影響，避免了因?yàn)槲叫怨橇系牟环€(wěn)定性，帶來混凝土生產(chǎn)過程中的不可控性，從而使得混凝土生產(chǎn)質(zhì)量趨于平穩(wěn)。