聚羧酸高性能减水剂对高含泥砂的相容性研究

潘瑞娜，左彦峰

（1.北京化工大学 材料系，北京 100013；2.中国建筑科学研究院，北京 100013）

聚羧酸高性能减水剂对高含泥砂的相容性研究

潘瑞娜1，左彦峰2

（1.北京化工大学 材料系，北京 100013；2.中国建筑科学研究院，北京 100013）

目前混凝土中砂子含泥量的波动直接影响混凝土的坍落度大小和保留值。本文合成了三种聚羧酸系高性能减水剂母液，通过三者的复合解决了砂含泥量过高造成的工作性下降的问题，对聚羧酸系高性能减水剂在混凝土搅拌站的推广应用具有重要意义。

聚羧酸系高性能减水剂；水泥净浆流动度；坍落度；流动度

1 前言

随着混凝土高性能化进度的不断深化和对混凝土氯离子含量、总碱量等有害离子的控制越来越严格，聚羧酸类高性能减水剂成为配制高性能混凝土的最佳选择，而得到大量推广使用。北京、上海等城市的商品混凝土搅拌站也大多使用聚羧酸类高性能减水剂。但是，由于受材料条件限制，各地的砂子资源逐渐劣化，特别是大中城市，有很多使用高含泥砂和人造尾矿砂以及二者的混合砂。这为混凝土运输、工作状态以及强度等带来很大影响。

目前市场使用的聚羧酸系高性能减水剂虽然能够应付水泥、砂含泥波动，但通常采用超掺量和复配两种方法。采用这两种方法难免带来单方混凝土外加剂成本的增加和其他生产工艺的麻烦，如，通过超掺使混凝土初始严重离析来保证0.5h乃至1h后的施工状态；混凝土含气量高严重影响制品外观和后期强度；凝结时间过长等等。

针对目前材料的变化，很难以一种聚羧酸高性能减水剂来适应混凝土生产厂家砂含泥量多变的状况。本文通过合成了三种具有不同特征的聚羧酸系高性能减水剂，通过三者的复配对不同含泥量的砂子进行混凝土试验，取得了良好的效果。

2 试验与试验方法

2.1 合成聚羧酸高性能减水剂工艺

2.1.1 原料

丙烯酸 （代号AA），北京东方化工厂生产；工业用99%片碱，市售；异戊烯醇封端聚氧乙烯醚（聚合度54），代号TPEG，上海佳化生产；巯基乙酸，试剂级；L-抗坏血酸，河北石家庄华北制药生产；双氧水（27.5%），市售；去离子水。

2.1.2 仪器

1000毫升四口烧瓶；200mL恒压滴液漏斗；增力电动搅拌器；聚四氟乙烯搅拌浆；温度计；实验用可调节温度的加热套；烧杯等。

2.1.3 合成工艺

首先提前配置A溶液（AA+去离子水）；B溶液（巯基乙酸+L-抗坏血酸+去离子水）；在装有温度计，搅拌装置的四口烧瓶中加入去离子水；双氧水。搅拌均匀后加入TPEG，边搅拌边开启升温，直到四口烧瓶内温度在58度后停止升温TPEG完全溶解均匀；然后将A溶液和B溶液分别置于2个恒压滴液漏斗。

在确定温度58～60℃范围内，烧瓶内溶液均匀的情况下开始同时滴加A溶液和B溶液。控制A溶液滴加时间在3h±5min，B溶液滴加时间在3.5h±5min。全部滴加完毕后，在60℃下，再保温搅拌1h，然后缓慢加入配置好的30%氢氧化钠溶液，调节烧瓶内溶液pH值到7以上。对烧瓶内的聚羧酸溶液取样进行水泥净浆流动度检测。我们选择了成品含固量30%浓度的3种工艺。根据丙烯酸（代号AA）等用量不同所表现出来的水泥净浆流动度的差异，这三种工艺是从大到小分别选取30A（270～310mm）；30B(230～250mm)；30C(180～200mm)。

2.2 水泥净浆试验与混凝土试验

2.1.1 原材料

（1）水泥：冀东P·O42.5；

（2）砂：涿州中砂，含泥量2%～5%，其中多为有机淤泥，本试验选取砂子含泥量为5.0%、2.5%；

（3）石：5～25mm连续级配碎石；

（4）水：洁净自来水；

（5）粉煤灰：1级粉煤灰，北京兴达广源商贸有限公司；

（6）磨细矿渣：唐山双龙S95矿粉。

2.2.2 试验方法

水泥净浆试验按GB/T 8077方法进行，W/C=0.29。混凝土试验按照GB8076-2008进行，新拌混凝土搅拌90s。

3 试验结果与分析

3.1 聚羧酸系高性能减水剂对新拌水泥浆体流动性的影响

聚羧酸系高性能减水剂对新拌水泥浆体流动性的影响见表1和表2。

从表1和表2可以得知，30A分散性高，但分散性有经时损失；30C初始分散性较差，但保持能力较高；30B具有较高的初始分散能力和保持能力。在工程实践中发现，使用30A的混凝土容易产生抓底、离析、石子包裹性能差等不良状态，难以单独使用；30B可以单独使用于混凝土，但是必须控制掺量；30C减水率虽然低，但是对混凝土单方用水量变化和掺量不敏感，特别适宜低强度等级混凝土。

表1 聚羧酸系高性能减水剂的净浆流动度

表2 W/C=0.35时30C对新拌水泥浆体流动度的影响

3.2 对不同含泥量砂和尾矿砂的相容性实验

混凝土配合比采用C30和C60混凝土进行试验，以考察砂子含泥量对高强度等级和低强度等级混凝土中聚羧酸高性能减水剂的影响，混凝土配合比见表3。

表3 C30和C60混凝土配合比 kg/m3

外加剂使用我们前面生产的三种聚羧酸高性能减水剂进行一定比例勾兑混合均匀后使用。经过大量实验后确定最佳比例。比较有代表性的比例见表4。

表4 减水剂母液的配比

在使用以上复配聚羧酸高性能减水剂时，按掺量0.5%、0.6%和0.7%进行对比。C30混凝土实验数据结果见表5。

表5 砂含泥量为5%时C30混凝土的工作性

6 4号0.7 240 240 230 230 状态良好

从表5中可以得知，在含泥量5%时，四个样品都能在一定掺量下出机以及适当保留坍落度；但混凝土状态差距很大。也说明在含泥量很高时候，30A分散能力还是很好。但是要保证混凝土状态还必须复合30B和30C，特别是30C对抑制抓底、泌水效果显著。特别是4号，即使掺量加大也没有出现泌水和抓低现象。

表6 砂含泥量为2.5%时C30混凝土的工作性

从表6可以得知，在含泥量2.5%时候，外加剂掺量明显降低，而且30A+30B+30C三种复配后的效果比较理想。30B的引气效果会改善混凝土和易性，混凝土不抓底，特别是30C的抗泌水效果，这在3号样品和4号样品试验中得到证明。

C60混凝土试验见表7。

表7 砂石含量为2.5%C60混凝土的工作性

从表7中可以得知，在高强度等级混凝土中，由于混凝土规范要求砂子含泥量低于3%。加上胶凝材料的增大，更能体现聚羧酸高性能减水剂的优势，而且掺量和C30混凝土几乎一样。

4 体会与讨论

对于目前国内因砂子含泥量高的情况，聚羧酸高性能减水剂完全可以通过调节来适应，但必须经过实际材料来实验确定，而且通过几种不同特点的聚羧酸高性能减水剂来调节要最快最直接，不要盲目的使用所谓小料来调节。

砂子含泥量增加，对外加剂的掺量要求增加，说明聚羧酸类高性能减水剂对砂子中的有机淤泥和风化矿物组分有分散性，也可以说砂子中的淤泥和其他风化矿物组分等对聚羧酸类高性能减水剂有吸附消耗作用。

聚羧酸类高性能减水剂中减水率越高越容易对付高含泥量的砂子，但是可能会带来抓底，泌水等不利因素。所以建议使用不同减水率，或者不同性能的聚羧酸减水剂母液复配来其调节适应性。

4 结论

在砂子含泥2.5%～5%，时基本能通过改变本文合成的三种聚羧酸系高性能减水剂的复合改而性达到商品混凝土搅拌站的技术要求。使用时可根据材料变化适当调整比例和总掺量来适应要求。

[1]郭诚，任雪梅.聚羧酸减水剂原液性能对混凝土砂子含泥量的敏感度初探[A].混凝土外加剂及其应用技术进展[C].北京：北京工业大学出版社,2009.

[2]刘国栋，关志梅，魏春涛，杨红红.砂子含泥量对掺用聚羧酸高效减水剂性能的影响及有效对策[J].商品混凝土，2008（3）：15-18，24.

潘瑞娜（1989-），现就读于北京化工大学材料科学与工程专业。

[单位地址]北京市朝阳区朝来绿色家园广华居12号楼5单元601（100029）