聚羧酸减水剂与地方助剂的复配研究

孙芳宁 赵倩倩 胡翠平

摘 要：通过缓凝剂、消泡剂与聚羧酸减水剂的复配实验，论述多种复配结果对水泥净浆流动性、混凝土强度、混凝土坍落度的影响，并根据山东地区混凝土生产的相关执行标准，给出了最佳的复配比，以期对提升混凝土的使用性能有所帮助。

关键词：聚羧酸减水剂；地方助剂；复配

缓凝剂可增强缓凝作用和提升塑化效果，可影响水泥净浆流动性和初凝时间。消泡剂可减少混凝土的含气量，提升混凝土抗渗性、抗冻性。上述试剂与聚羧酸减水剂复配时不同的掺入量以及不同的种类选择也会影响到最终的使用效果。为了厘清相关的影响因素，本文开展了复配试验，现介绍如下。

1 试验方法

1.1 实验原料 水泥：山东胶州地区P·O 42.5级水泥；消泡剂：矿物油类、有机硅类、脂肪族类、聚醚JCYX7；缓凝剂：蔗糖、酒石酸钠、焦磷酸钠、葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸钠、聚糖酸钠；减水剂：自制聚羧酸减水剂；其他原料：山东地区砂石料、矿粉、粉煤灰等。

1.2 制备方法 在反应瓶中滴加消泡剂、缓凝剂、聚羧酸减水剂，反应1-2h。其中，缓凝剂浓度可根据实际情况进行调整[1]。为了方便添加，缓凝剂、聚羧酸减水剂均装在带有装置的四口瓶中。

1.3 检测和应用评价方法

1.3.1 水泥净浆流动度测试。水泥净浆流动度测试的参考指标是《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB/T8077-2000）。

1.3.2 混凝土坍落度测试。混凝土坍落度测试的参考指标是《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）。

1.3.3 混凝土强度测试。混凝土抗压强度测试的参考指标是《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）。

2 试验结果及分析

2.1 缓凝剂

2.1.1 聚羧酸减水剂与几种缓凝剂的相容性。聚羧酸减水剂复合缓凝剂的主要目的是为了增强缓凝作用和提升塑化效果[2]，但还应考虑两者的相容性。综合各方面因素，缓凝剂应选用柠檬酸钠，具体见表1。值得注意的是，混凝土原材料以及其配合比也会影响到缓凝剂的使用效果，具体选择何种缓凝剂应根据具体的实际情况。

2.1.2 几种缓凝剂对水泥性能的影响

①对水泥凝结时间的影响。缓凝剂对水泥凝结时间的影响是通过延缓水化来实现的，不同掺量对应不同的影响，具体见表2。

②对水泥净浆流动性的影响。在水泥中掺入0.03%柠檬酸钠后，净浆流动度得到一定的提升，效果高于单掺聚羧酸减水剂，但不明显，且随着掺入量的增加，流动度甚至有下降的趋势（提示尽管少量的柠檬酸钠能提升净浆流动度，尤其是初始值，但整体效果并不理想），见表3。

2.1.3 柠檬酸钠对混凝土性能的影响。在一定范围内掺入柠檬酸钠可减少混凝土坍落度经时损失，但超过该范围就会出现增大的现象，见表4。柠檬酸钠与聚羧酸减水剂配复产品对混凝土凝结时间的影响见表5。

掺入柠檬酸钠后，混凝土初期强度应凝结速度过慢而降低，但并没有明显削弱凝结后水化反应，所以混凝土后期强度并不会被削弱，提示柠檬酸钠不会影响混凝土的强度，见表6。

冻融循环试验证实，缓凝剂可提高混凝土的抗冻性、抗渗性，这是因为缓凝剂可降低混凝土的水灰比，使得后期水化产物的分布更为均匀而变得有利于强度的提升。

2.2 消泡剂的影响 聚醚是合成聚羧酸类接枝共聚物最主要的原材料，但聚醚存在引气过大的缺陷，导致混凝土有大量的气泡，影响混凝土强度。为了降低气泡的影响，一般会掺入一定量的消泡剂，但当前市面上大多数消泡剂总是是漂浮在溶剂表面，很难溶于聚羧酸类外加剂，这是掺入消泡剂混凝土质量不稳定的主要原因[3]。尽管可通过一些强制性措施使消泡剂通过聚合反应或分散到减水剂中达到溶于溶剂的效果，但由于形成的聚合物不稳定以及减水剂对消泡剂吸附作用有限，实际的使用效果非常有限[4]。本文经过反复实验，发现应用嵌段聚醚来聚合消泡剂能达到较好的效果，且聚合物也更为稳定。

2.2.1 消泡剂与聚羧酸减水剂的相容性。是否溶于聚羧酸减水剂，不同种类的消泡剂表现不同：与矿物油类减水剂相容性最差，配置后很快表现出物理不相容，最终结果分层；与有机硅类减水剂有一定的相容性，但配置后油珠和沉淀与脂肪烃类在配置初期表现出较高的相容性，但静置一段时间后分层；与脂肪烃类减水剂（即聚醚JCYX7）相容性最好，复配后能长时间保持较高的稳定性，无沉淀无分层等。详情见表7。

2.2.2 消泡剂JCYX7对水泥净浆流动性的影响。消泡剂JCYX7一定范围内的添加量可改善水泥净浆流动性。但超过该范围后水泥净浆流动性就会降低。此外，消泡剂JCYX7可导致表面气泡的增多，见表8。

2.2.3 消泡剂JCYX7对混凝土流动性能和力学性能的影响

消泡剂JCYX7一定范围内的添加量可显著减少混凝土的含气量，但超过这个范围后其功效并不明显，且能影响减水剂的均匀性（提示消泡剂JCYX7掺加量应确保兼顾减水剂的均匀性要求和混凝土强度要求），见表9。

3 结论

不同种类的缓凝剂，其与聚羧酸减水剂的相容性不同，其中柠檬酸钠最具代表性。对于提高聚羧酸减水剂的流动度，柠檬酸钠作用非常有限，只能提升初始流动度，但无法有效提升减水剂对水泥的适应性。一定范围内的掺入量，柠檬酸钠可明显提升混凝土的抗冻性、抗渗性。消泡剂可明显改善消泡剂的含气量，但其与聚羧酸减水剂的复合有较强的选择性，其中聚醚JCYX7的使用效果最好，能显著提升混凝土的强度，但应对掺入量进行掌控，防止减水剂的均匀性被影响。根据山东地区混凝土生产的相关执行标准，笔者认为0.03%柠檬酸钠+0.4%聚醚JCYX7最能提升混凝土的工作性能。

参考文献：

[1]郭清春，王智，党玉栋，等.聚羧酸减水剂与减缩剂的相容性研究[J].建筑材料学报，2014，17（2）：239-245.

[2]刘娟红，宋少民，高霞，等.硫酸盐对聚羧酸减水剂分散性能的影响[J].建筑材料学报，2013，16（3）：410-415.

[3]赵菊梅，李茂红，邓思远，等.聚羧酸减水剂与不同新鲜度水泥的相容性[J].西南交通大学学报，2013，48（2）：323-327.

[4]易聪华，汤潜潜，黄欣，等.聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为[J].化工学报，2012，63（8）：2460-2468.

基金项目：青岛工学院董事长基金资助项目，项目编号：2014ky009。