一種抗泥型聚羧酸高性能減水劑的研制

呂昌裕，戚帥，陳莉，田元偉，李心瑞

(中國水電十一局有限公司混凝土外加劑廠，河南 三門峽 472000)

0 引 言

隨著混凝土行業(yè)的發(fā)展和國家環(huán)保要求日益嚴格，能用于混凝土的優(yōu)質砂石原材料逐漸減少，大量高含泥量砂石應用到混凝土生產中[1-2]。由于普通的聚羧酸高性能減水劑對砂石中的含泥量及其變化比較敏感，減水劑分子容易被泥土吸附，導致減水劑中有效成分大量減少，聚羧酸減水劑的效果變差[3]。泥土對聚羧酸減水劑分散性能的不利影響，是一個迫切需要解決的問題。

本研究根據(jù)聚羧酸減水劑分子結構可設計性強的特點[4-5]，從分子結構設計出發(fā)，引入具有抗泥性能的官能團，在引發(fā)劑和鏈轉移劑作用下，合成一種適應性高、抗泥效果好的聚羧酸減水劑母液，同時復配抗泥犧牲劑，以提高抗泥性能，使其在成本和混凝土分散、保坍性能方面有一定的優(yōu)勢。可在一定程度上解決由砂石含泥量過高導致混凝土流動性差和坍落度經(jīng)時損失大引起的摻量加大，成本增加等方面的經(jīng)濟和技術難題。

1 試 驗

1.1 原材料

(1)合成用原料

烯丙基聚氧乙烯醚(GPEG)：河北國鵬建材有限公司；丙烯酸(AA)：蘭州石化公司；雙氧水(H2O2)：山東聊城魯西雙氧水新材料有限公司；巰基丙酸(MPA)：陜西漢中增輝新型建材有限公司；抗壞血酸(Vc)：山東魯維制藥有限公司；封端酰胺磷酸酯：河北昂界化工有限公司；去離子水：自制。以上化學原料均為工業(yè)級。

(2)性能測試材料

水泥：崤山P·O42.5 水泥，河南錦榮水泥有限公司；粉煤灰：Ⅱ級，陜縣火電廠；粗骨料：陜縣人工破碎石，5～20 mm 連續(xù)級配；細骨料：盧氏河砂，含泥量為2%，細度模數(shù)2.7；自篩土：經(jīng)黃河細砂(含泥量15%)晾干篩取0.075 mm 以下細粉顆粒取得；標準砂：廈門艾思歐標準砂有限公司；緩凝劑：葡萄糖酸鈉，山東福洋生物科技有限公司生產，工業(yè)級；引氣劑：十二烷基硫酸鈉，山東東明俱進化工有限公司，工業(yè)級；犧牲劑：三聚磷酸鈉，武漢無機鹽化工，工業(yè)級；聚羧酸減水劑：普通聚羧酸減水劑母液(JG-JM)配制的聚羧酸減水劑SN-JG，固含量17.6%，減水率28.9%，中國水電十一局有限公司混凝土外加劑廠；水：自來水。

(3)主要儀器設備

合成儀器設備：MH-PCT-01M 型聚羧酸減水劑小試設備，北京慕湖建材公司；電子天平：JJ500，美國雙捷兄弟有限公司；電子臺秤：TCS-100，上海乾峰電子儀器有限公司；行星式水泥凈漿攪拌機：SJ-160，無錫建儀儀器機器有限公司；行星式水泥膠砂攪拌機：JJ-5，無錫建儀儀器機器有限公司；強制式混凝土攪拌機：HJW60，天津路達建材有限公司；標準恒溫恒濕養(yǎng)護箱：YH-40，北京申克試驗儀器廠；壓力試驗機：TYE-2000B，無錫建儀儀器機器有限公司。

1.2 抗泥型聚羧酸減水劑母液的合成

在配置有攪拌器、溫度計、滴加裝置的四口燒瓶中加入一定比例的聚醚單體GPEG、加入去離子水，攪拌并使聚醚單體和水充分溶解后，加入雙氧水后，同時滴加A 料(AA 和封端酰胺磷酸酯與水按一定比例配制的溶液)和B 料(Vc 和MPA按一定比例溶于水配制的溶液)，A 料滴加時間為3 h，B 料滴加時間為3.5 h，全程保持勻速滴加。合成溫度設置為20～30℃，A、B 料滴加結束后，保溫1 h 即完成聚合。然后自然降溫，最后補水、調節(jié)溶液pH 值為5～6，得到固含量為38%的抗泥型聚羧酸減水劑母液JG-KN。

1.3 外加劑的復配

分別選用本廠生產的普通減水劑母液和本文合成的抗泥型聚羧酸母液，摻入相同比例的緩凝劑和引氣劑，在SN-KN中額外摻入一定量的犧牲劑三聚磷酸鈉，制備成普通聚羧酸減水劑SN-JG 和抗泥型聚羧酸減水劑SN-KN。減水劑的復配比例見表1。

表1 減水劑的復配比例 %

1.4 性能測試方法

(1)水泥凈漿流動度：按照GB 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行測試，減水劑折固摻量為0.16%。

(2)膠砂試驗：按GB 8077—2012 中水泥膠砂減水率試驗方法，分為2 組：第1 組使用水泥+標準砂；第2 組使用水泥+標準砂+4%自篩土。首先測試膠砂流動度達到(180±5)mm 時的用水量，然后摻入0.16%(折固)的減水劑，測試其用水量，計算砂漿減水率，同時成型膠砂試塊測試28 d 抗壓強度。

(3)混凝土試驗：分別將河砂與自篩土按照一定比例混合，配制2%、3%、4%、5%、6%含泥量的砂子，按照表2 的配合比，外加劑摻量固定為1.0%，根據(jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，使用混凝土攪拌機依次進行混凝土拌合物試拌，分別測試混凝土拌合物的初始、30 min 和60 min 坍落度。根據(jù)GB/T 50081—2019《混凝土力學性能試驗方法標準》，將拌合物攪拌均勻裝入立方體試模，待拆模后放入標準養(yǎng)護箱進行養(yǎng)護，到達齡期后進行力學性能測試，試拌混凝土的配合比見表2。

表2 試驗混凝土的配合比 kg/m3

2 試驗結果與分析

2.1 凈漿試驗

在不同含泥量條件下，將抗泥型聚羧酸減水劑SN-KN與普通聚羧酸減水劑SN-JG進行凈漿對比試驗，結果見表3。

表3 減水劑種類及自篩土摻量對凈漿流動度的影響

由表3 可以看出：在未摻入自篩土的情況下，抗泥型聚羧酸減水劑SN-KN 對水泥有較好的分散作用，分散保持性也較優(yōu)；在摻入4%自篩土時，相對于普通聚羧酸減水劑SNJG，表現(xiàn)出更好的分散性和分散保持性。

2.2 膠砂試驗

在不同含泥量條件下，抗泥型聚羧酸減水劑SN-KN 與普通聚羧酸減水劑SN-JG的膠砂對比試驗結果見表4。

表4 不同減水劑在不同自篩土摻量下的膠砂試驗結果

由表4 可以看出：對于不含泥土的膠砂，抗泥型聚羧酸減水劑SN-KN 相比普通聚羧酸減水劑SN-JG 的膠砂減水率和28 d 抗壓強度均稍高；在摻入4%自篩土的膠砂中，SN-KN 相比SN-JG具有較高的減水率和抗壓強度提升性能，表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。

2.3 混凝土試驗

在不同含泥量條件下，抗泥型聚羧酸減水劑SN-KN 與普通聚羧酸減水劑SN-JG的混凝土應用性能對比見表5。

表5 不同減水劑在不同自篩土摻量下的混凝土應用性能對比

由表5 可見，在含泥量較小的情況下，普通減水劑和抗泥型減水劑都表現(xiàn)出較高的混凝土坍落度和1 h 坍落度保持性，混凝土和易性、流動性較好。隨著含泥量的不斷增加，普通減水劑的初始坍落度和1 h 保留值越來越小，混凝土流動性也來越差，而抗泥型減水劑則表現(xiàn)的較為優(yōu)異，仍然具有較大的混凝土坍落度、擴展度，具有較好的混凝土流動性。在含泥量為6.0%時，抗泥型減水劑比普通減水劑在不同混凝土齡期，對抗壓強度有一定的提升作用。綜合表5 試驗結果初步分析，抗泥母液的分子引入抗泥官能團后的特殊側鏈結構，阻止了泥土的吸附行為，同時減水劑中的抗泥犧牲劑優(yōu)先被泥土吸附，實際上相當于提高了混凝土中有效的減水劑量，進而提升混凝土的初始坍落度、1 h 保持性能，提高混凝土不同齡期的抗壓強度。在實際使用過程中，如果砂石骨料等原材料質量不穩(wěn)定，含泥量或多或少，勢必會對普通的聚羧酸減水劑的使用效果產生很大的影響，影響混凝土的工作性和保持性能，也會影響工地的正常澆筑。而抗泥型聚羧酸減水劑則對含泥量的變化不那么敏感，在一定的含泥量內，還能繼續(xù)保持混凝土的大流動度和較長時間的工作性能，滿足施工要求。

3 結 論

(1)在常溫條件下，在催化劑的作用下，通過鏈轉移劑，引入抗泥官能團封端酰胺磷酸酯，調整好各合成原料的最優(yōu)反應比例，將抗泥官能團“嫁接”到梳型結構的聚羧酸分子側鏈上，通過引入側鏈抗泥基團，使黏土很難甚至無法將其吸附進入層間，從而達到降低黏土對聚羧酸減水劑層間吸附的目的。

(2)由抗泥型減水劑母液與犧牲劑、緩凝劑、引氣劑等復配制得的抗泥型減水劑，對于6%以下含泥量的混凝土，與普通聚羧酸減水劑相比，具有較好的分散性和分散保持性，較高的減水率，強度方面也有一定的提升。

(3)抗泥型聚羧酸母液合成工藝簡單、低溫、環(huán)保、可控，成本也較低，具有較高的經(jīng)濟價值和市場前景。