兩種不同工藝的聚羧酸減水劑對混凝土性能的影響

趙會

（山東易和環(huán)?？萍加邢薰?，山東 濟(jì)南 271100）

0 引言

近幾年來，聚羧酸減水劑的發(fā)展在向著減水劑性能好、工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境污染少、能源消耗低的方向發(fā)展[1]。聚羧酸減水劑具有減水率高、水泥顆粒分散性好、摻量低、生產(chǎn)過程不污染環(huán)境及產(chǎn)物本身結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類混凝土中，其也成為近幾年來國內(nèi)外研究最為活躍的高性能減水劑[2]。當(dāng)前，聚羧酸型高性能減水劑已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土重要的組成部分。加入少量的聚羧酸減水劑，不僅可以顯著改變砂石集料和水泥流漿的性能，還可以不用增加用水量就顯著提高混凝土的和易性，調(diào)節(jié)混凝土的凝結(jié)時間，減少泌水和離析，減小坍落度損失等。

由于近幾年環(huán)保檢查力度的加強(qiáng)，加之為節(jié)約能源的考慮，聚羧酸型高性能減水劑的合成工藝發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，目前，聚羧酸減水劑多采用自由基聚合工藝，在 40～80℃ 的條件下聚合得到，能耗高[3]。有些專家開始研究不用加熱合成聚羧酸減水劑的生產(chǎn)工藝。有些廠家利用液體單體的余熱控制生產(chǎn)聚羧酸減水劑的節(jié)奏，但是，由于長時間放置液體單體的溫度不均勻，導(dǎo)致合成的聚羧酸減水劑產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定，難以達(dá)到混凝土施工的要求。還有些研究工作者轉(zhuǎn)向常溫合成，通過常溫合成不但解決了反應(yīng)能耗的問題，而且生產(chǎn)工藝簡單、易操作。

本研究主要是通過常溫和加熱兩種方式合成聚羧酸減水劑，比較不同的合成方式對聚羧酸型高性能減水劑性能（減水率和保坍能力）的影響，比較它們對混凝土性能（分散性、早期、中期、后期強(qiáng)度的增長性、混凝土坍落度保持能力和適應(yīng)性等）的影響。

1 試驗

1.1 原材料

1.1.1 合成材料

甲基烯丙基聚醚單體（HPEG），上海東大化學(xué)有限公司；丙烯酸（AA），化學(xué)純；雙氧水（27.5%H2O2），化學(xué)純；維生素 C，醫(yī)藥級；巰基丙酸（LC），山東鄄城滬聯(lián)化工有限公司；氫氧化鈉，化學(xué)純；去離子水，自制。

1.1.2 試驗材料

P·O42.5 級水泥，分別來自于山東魯碧建材有限公司、濟(jì)南華明水泥有限公司和濟(jì)南萬華水泥有限公司；標(biāo)準(zhǔn)砂，廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司；中砂，細(xì)度模數(shù)2.8；機(jī)制砂，石粉含量 15%，含泥量 MB 值 1.0，石子：5～25mm 連續(xù)級配；粉煤灰，Ⅱ級灰，萊蕪市華能電廠；拌合水，自來水。

1.2 主要儀器設(shè)備

NJ-160 型水泥凈漿攪拌機(jī)，無錫市建鼎建工儀器廠；JJ1000 型電子天平，常熟市雙杰測試儀器廠；LHS16-A 烘干法水分測定儀，上海精科天美科學(xué)儀器有限公司；JJ-5 型水泥膠砂攪拌機(jī)，無錫市建鼎建工儀器廠；SJD-30 型強(qiáng)制式臥軸混凝土攪拌機(jī)，上海路達(dá)試驗儀器有限公司；98-1-C 型數(shù)字控溫電熱套，天津市泰斯特儀器有限公司；JJ-1 型精密增力電動攪拌器，金壇市江南儀器廠。

1.3 合成方法

在裝有攪拌器的四口燒瓶中加入去離子水、HPEG，攪拌溶解后加入雙氧水，分別滴加丙烯酸水溶液和維生素 C、巰基丙酸水溶液。加熱工藝（JR-1）的初始滴加溫度為 50℃，而常溫工藝（CW-1）無需加熱，常溫下進(jìn)行。滴加 2～3 小時，滴加完畢后保溫 1小時加入液堿中和，并用水調(diào)至固含量為 40%，得到聚羧酸減水劑。

1.4 表征手段

按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》中規(guī)定的相關(guān)測試方法測試，水灰比 W/C=0.29，并留樣測試放置 1h 后水泥凈漿流動度的變化情況；按 GB 8076—2008《混凝土外加劑》中的試驗方法分別測定水泥膠砂減水率和混凝土坍落度。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚羧酸減水劑的水泥凈漿流動度測試

本試驗選取山東地區(qū)常用的三種水泥：魯碧水泥P·O42.5、萬華水泥 P·O42.5 和華明水泥 P·O42.5，分別對 JR-1（加熱組）和 CW-1（常溫組）進(jìn)行水泥凈漿流動度測試，聚羧酸減水劑折固摻量為 0.12%，水灰比為0.29。兩種工藝合成的聚羧酸減水劑的凈漿流動度的對比結(jié)果如表1。

從表1 可以看出，CW-1 組混凝土的初始和 1h 凈漿流動度均優(yōu)于 JR-1 組；同時，CW-1 組混凝土的 1h 凈漿流動度保持率明顯大于 JR-1 組，而且 CW-1 型聚羧酸減水劑對三種水泥的適應(yīng)性也較好，尤其是對魯碧水泥的適應(yīng)性是最好的。因此，在以下的聚羧酸減水劑砂漿減水率測定和混凝土坍落度測定中均選用魯碧水泥作為基準(zhǔn)水泥。

表1 兩種工藝合成聚羧酸減水劑的水泥凈漿流動度

2.2 聚羧酸減水劑的膠砂減水率測定

表2 是兩種不同工藝合成聚羧酸減水劑的砂漿減水率的結(jié)果。從表2 可知：在折固量相同的情況下，CW-1 型減水劑的砂漿減水率為 41%，而 JR-1 減水劑的砂漿減水率為 33%，明顯低于 CW-1 型減水劑。

表2 兩種工藝合成聚羧酸減水劑的膠砂減水率

2.3 聚羧酸減水劑的混凝土性能測試

表3 為測試所合成 JR-1 型和 CW-1 型減水劑的混凝土性能評價試驗所采用的配比。

表3 混凝土試驗配合比

圖1 摻兩種減水劑的新拌混凝土初始工作狀態(tài)

圖2 摻兩種減水劑的新拌混凝土 1h 后工作狀態(tài)

根據(jù)水泥凈漿和砂漿試驗結(jié)果，采用魯碧水泥對兩種母液進(jìn)行混凝土試驗，其中外加劑折固摻量為0.20%，試驗結(jié)果見表4、圖1 和圖2。圖1 是兩種不同合成工藝新拌混凝土的狀態(tài)，從圖1 中的（a）和（b）可以看出，CW-1 的新拌混凝土初始包裹性好，輕微泌漿；而 JR-1 的新拌混凝土初始包裹性差，泌水、離析嚴(yán)重；而圖2 中的（c）和（d）是一小時后混凝土的狀態(tài)，從中可以看出：CW-1 混凝土的包裹性和和易性明顯優(yōu)于 JR-1 的混凝土的狀態(tài)。

從表4 可以看出：在外加劑和水摻量相同的情況下，CW-1 型聚羧酸減水劑對混凝土的初始坍落度和 1h混凝土坍落度保持性均優(yōu)于 JR-1 型聚羧酸減水劑。

表4 兩種工藝合成聚羧酸減水劑的混凝土工作性能

3 結(jié)論

（1）該常溫工藝不僅較好地克服了傳統(tǒng)加熱合成減水劑的弊端，而且該常溫合成的聚羧酸減水劑的減水率更高，混凝土的和易性更優(yōu)，對不同水泥的適應(yīng)性更好。

（2）該常溫工藝無需加熱，而加熱工藝需要在一定的溫度基礎(chǔ)上進(jìn)行反應(yīng)，從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)上考慮，常溫工藝更適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。