一种混凝土保水剂的合成工艺研究

郝守义，袁立志，武英，杨新梅

（山西科腾环保科技有限公司，山西 太原 030021）

自2006年我国高速铁路工程项目的实施，多条高速铁路的开工建设，带动了高强度、高性能混凝土的发展，同时也带动了混凝土外加剂的快速发展。开发研究的聚羧酸高性能减水剂是一种新型、绿色、环保的高效减水剂，具有低掺量、高减水率、水泥适应性好、低坍落度损失、早强高、高分散性和缓凝时间短等特点，被广泛应用于高速铁路建设和各个重大工程中。随着原材料技术和合成技术的发展，聚羧酸高性能减水剂以其性能提高、成本降低和良好的应用效果，被迅速推向市政工程、民用建筑等市场，得到了大规模的应用。

聚羧酸高性能减水剂的生产和应用绿色环保，对环境和人类没有任何的危害和污染。近几年来，大部分地区已逐步取消了萘系和脂肪族等其他高效减水剂的使用。聚羧酸高性能减水剂虽然在原料厂家和生产厂家的共同努力下，产品性能有了大幅度提高，但其在实际应用中，仍旧存在许多技术难点需要解决，特别是对混凝土所用矿物掺合料和粗细骨料质量波动的敏感性问题。相比萘系和脂肪族高效减水剂，聚羧酸高性能减水剂对集料的含泥量更为敏感，当砂石料的含泥量达到某一值时，混凝土拌合物甚至会失去流动性。对于集料差的混凝土，萘系和脂肪族高效减水剂可以通过提高掺量来解决问题，而聚羧酸高性能减水剂则不行。由于聚羧酸高性能减水剂的高减水性和对材料的敏感性原因，要么造成混凝土拌合物分离、离析、泌水、泌浆，使混凝土拌合物失去工作性；要么混凝土拌合物的坍落度损失严重，无法保证混凝土远距离和管道输送。

目前，砂石资源紧张，河砂供应受到限制，许多劣质砂石质量差、含泥量高，没有使用清水冲洗便投入使用，致使施工过程中出现很多质量问题。为了解决聚羧酸高性能减水剂对砂石料的适应性，特别是砂石料含泥量大的问题，经过大量的试验研究，合成一种生产工艺简单、对环境友好、性能优异的混凝土保水剂产品，可与聚羧酸高性能减水剂进行有效的配伍使用，能够有效地解决聚羧酸高性能减水剂对砂石材料的适应性，特别是针对砂石含泥量大的问题。

1 合成工艺部分

1.1 试验用原材料

①亚硫酸氢钠，分析纯；②L-抗坏血酸，华北制药；③过硫酸铵，分析纯；④过硫酸钾，分析纯；⑤丙烯酸，工业品；⑥醋酸乙烯酯，分析纯；⑦麦芽糊精，食用级；⑧AMPS，工业品；⑨氢氧化钠，分析纯；⑩分子链调节剂； 輥輯訛交联剂；輥輰訛促进剂；輥輱訛去离子水。

1.2 试验用仪器

①500 mL四口反应烧瓶；②HH-S1恒温水浴锅；③温度计，0～100℃；④JJ-1精密增力电动搅拌机；⑤球形冷凝管；⑥BT00-100M蠕动泵，常州科健；⑦SJD-30型强制式单卧轴混凝土搅拌机；⑧坍落筒（Φ100 mm，Φ200 mm，Φ300 mm）；⑨Φ16 mm捣棒和钢板尺。

1.3 合成工艺

1.3.1 保水剂一

①在装有冷凝管、温度计、蠕动泵滴加装置的500 mL四口反应烧瓶中，加入定量的去离子水、亚硫酸氢钠、L-抗坏血酸、分子链调节剂和AMPS，搅拌溶解，并将恒温水浴锅温度控制在52℃，待完全溶解后加入醋酸乙烯酯，控制反应温度，用蠕动泵开始同时滴加配置好的A溶液（引发剂过硫酸铵水溶液）和B溶液（丙烯酸、氢氧化钠水溶液），滴加时间为2 h。滴加完成后，将恒温水浴锅温度控制58℃，并在58℃继续保温反应1 h，然后降温到40℃以下结束，得到固含量约30%的淡黄色黏稠产物（保水剂一）。

1.3.2 保水剂二

在装有冷凝管、温度计、蠕动泵滴加装置的500 mL四口反应烧瓶中，加入定量的去离子水、麦芽糊精、AMPS和交联剂，搅拌溶解，并将恒温水浴锅温度控制在70℃，待完全溶解后，用蠕动泵开始同时滴加配置好的A溶液（引发剂过硫酸铵和过硫酸钾水溶液）和B溶液（丙烯酸和促进剂水溶液），滴加时间为1 h。滴加完成后，恒温水浴锅温度控制在80℃，并在80℃继续保温反应2h，然后降温到55℃以下，用30%氢氧化钠水溶液调整pH值为7结束，得到无色透明或淡黄色黏稠产物（保水剂二）。

2 试验检测

2.1 原材料

①水泥：海螺P.O42.5、台泥P.O42.5；②粉煤灰：II级粉煤灰；③细集料：河砂，细度模数2.8，含泥量6%，泥块含量为0；④粗集料：5～31.5 mm连续级配的石子；⑤外加剂：本公司产40%聚羧酸高性能减水剂母液。

2.2 试验方法

混凝土试验严格按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》执行，检测混凝土拌合物的坍落度、扩展度和经时损失。采用C30混凝土配合比检测，配合比如表1所示。外加剂为复配好的聚羧酸高性能减水剂，具体复配如表2所示。外加剂掺量为胶凝材料的2.2%.

表1 C30混凝土配合比

表2 外加剂复配方式

2.3 试验结果

在以上合成的保水剂产品中，只有同聚羧酸高性能减水剂进行有效地复配，才能达到预期的目的。通过分别对保水剂一和聚羧酸高性能减水剂进行复配，对保水剂一、保水剂二和聚羧酸高性能减水剂进行复配，检测其在混凝土拌合物中的具体效果，试验结果如表3所示。

表3 混凝土试验结果

在实际混凝土试验中，序号1和4的混凝土初始状态，表现出离析、泌水现象，水泥浆和粗集料的黏聚性很差，大的石子裸露，1 h后坍落度损失严重；序号2和5的混凝土初始状态较好，有少量泌水现象，混凝土的整体黏聚性尚好，1 h后混凝土的坍落度和流动度损失也不是很大；序号3和6的混凝土初始状态较好，混凝土和易性很好，黏聚性表现好，无泌水、泌浆现象，整个集料的包裹性很好，1 h后混凝土的坍落度和扩展度损失很小，混凝土工作性良好。

从试验中看出，由于混凝土基材的影响，特别是砂石含泥量的影响，单纯的聚羧酸高性能减水剂对材料的适应性达不到预期的目的，造成混凝土坍落度损失严重。而聚羧酸高性能减水剂复配保水剂后，混凝土拌合物的初始状态和1 h后的状态表现都较为良好，混凝土拌合物没有泌水、离析现象发生，而且混凝土拌合物的黏聚性和和易性都得到大大改善，坍落度和扩展度损失较小。

3 结束语

①合成的保水剂一和保水剂二对混凝土拌合物有一定的分散作用，具有提高混凝土拌合物稳定性的作用。保水剂一、二复合使用效果要优于单独使用一种和聚羧酸高性能减水剂进行的复配。保水剂的合成工艺简单，使用和生产过程没有任何污染。②保水剂在较差的砂石料，特别是含泥量高的情况下，在混凝土拌合物中起到明显的作用，能够提高混凝土拌合物的和易性，增加混凝土拌合物的黏聚性，没有泌水、离析现象，混凝土拌合物的坍落度和扩展度经时损失小，拌合物的工作状态良好，能够保证混凝土拌合物的工作性和混凝土的质量。

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