两性型聚羧酸减水剂与炉渣水泥相容性的研究

张海姣，戴思芮，王栋民

（中国矿业大学，北京 100083）

两性型聚羧酸减水剂与炉渣水泥相容性的研究

张海姣，戴思芮，王栋民

（中国矿业大学，北京 100083）

在炉渣掺量分别为0、10%、30%和50%的混凝土中，分别掺入阴离子型聚羧酸减水剂（PC）和两性型聚羧酸减水剂（APC），设计坍落度为（210±10）mm，测试混凝土塑性阶段和硬化阶段的性能，探讨两性型聚羧酸减水剂APC与炉渣水泥的相容性。结果表明：APC能更好地提高炉渣水泥体系的吸附分散性能；但是掺入APC同时增大了混凝土引气性，降低硬化混凝土早期强度，不利于大掺量炉渣的使用。

炉渣；混凝土；阴离子型聚羧酸减水剂；两性型聚羧酸减水剂；相容性

0 前言

炉渣作为火力发电厂、工业和民用锅炉及其它设备燃煤的工业固体废弃物，其排放量逐年增加。如何利用炉渣已经成为当今世界瞩目的环境与社会经济问题。炉渣的主要成分包括氧化钙、氧化铁、氧化镁、二氧化硅、氧化铝等，并具有一定的火山灰活性[1]。研究表明，炉渣作为混凝土掺合料能使混凝土的抗渗性和抗侵蚀性等得到改善，作为水泥混合材具有很好的效果和作用，由此提高了炉渣的利用价值，减少占地和环境污染等问题[2-4]。但是，由于炉渣早期活性偏低，作为掺合料替代水泥后改变了胶凝材料的组成，影响水泥水化，对减水剂的相容性也有一定影响[5-6]。普通聚羧酸减水剂是阴离子型，当水泥被炉渣所替代时，阴离子型聚羧酸减水剂分子的吸附作用较弱，会使浆体流动性在短时间内便表现出较大的损失。本文将自制的两性型聚羧酸减水剂加入炉渣水泥中，与自制普通阴离子型聚羧酸减水剂对比，研究了2类减水剂对不同掺量炉渣与水泥混掺后混凝土的流动性、减水率、抗压强度等性能，讨论两性型聚羧酸减水剂与炉渣水泥的相容性[7-13]。

1 实验

1.1 主要原材料

合成单体：异戊烯醇聚氧乙烯醚，TPEG-2400，工业级，上海台界化工有限公司；甲基酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、丙烯酸（AA），分析纯，北京化学试剂公司。

水泥：巨光42.5基准水泥，山西朔州神光粉煤灰建材开发有限公司，其化学成分见表1，矿物组成见表2；炉渣，山西朔州平朔煤矸石发电有限公司提供，其主要化学成分见表3；砂：机制砂，细度模数Mx=2.6的中砂；石子：粒径为5～20 mm连续级配的碎石。

表1 巨光42.5基准水泥的化学成分 %

表2 水泥的矿物组成 %

表3 炉渣的化学成分 %

1.2 减水剂APC和PC的制备

以TPEG-2400、DMC、AA为单体，采用水溶液聚合的方法，制备阴离子型聚羧酸系高效减水剂PC和新型的两性型聚羧酸系高效减水剂APC。PC和APC的化学结构式如图1、图2所示。

图1 PC的化学结构示意

图2 APC的化学结构示意

1.3 试验方法

1.3.1 炉渣-水泥浆体流动性测试

参照GB/T 8076—2008《混凝土外加剂匀质性试验方法》测试炉渣-水泥浆体的流动性。设计4组不同配比的炉渣与水泥的混合掺料，配比见表4。

表4 炉渣-水泥的试验配比

1.3.2 混凝土试验

参照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》，对掺入PC与APC的混凝土进行性能测试，用炉渣部分替代水泥（替代量分别为0、10%、30%、50%），测试包括塑性阶段性能：坍落度、扩展度、减水率及含气量；硬化阶段性能：3、7、28 d抗压强度。混凝土配合比设计见表5，用水量以控制混凝土坍落度为（210±10）mm为准。

表5 C30混凝土的配合比设计

2 结果与讨论

2.1 APC对新拌炉渣混合材水泥浆体分散性的影响

在水灰比为0.29、聚羧酸减水剂掺量为0.2%条件下，分别对不同炉渣掺量的水泥净浆流动度进行测试，结果见图3～图6。

图3 APC和PC对C0浆体分散性的影响

图4 APC和PC对C1浆体分散性的影响

图5 APC和PC对C2浆体分散性的影响

图6 APC和PC对C3浆体分散性的影响

由图3～图6可以看出，将普通阴离子型减水剂PC和两性型减水剂APC掺入到分别掺有0、10%、30%、50%炉渣混合材的水泥中，其分散性和分散保持性与空白样品相比均较好；掺入APC的水泥浆体无论是分散性能还是分散保持性能均相较掺PC效果更好。可能的原因是：炉渣组成水泥体系中的一部分使得水泥体系中的带电组分更加复杂，含有负电性的离子颗粒数目增加，而两性型减水剂APC不仅含有阴离子基团，还含有阳离子基团，能够吸附水泥体系中的负离子，使其分散效果好于只能吸附带正电颗粒的普通阴离子减水剂PC。

2.2 APC对炉渣混合材水泥混凝土塑性阶段性能的影响

按表5的C30混凝土配合比设计，APC对不同炉渣掺量混凝土塑性阶段性能的影响见表6。

由表6可以看出：在混凝土坍落度为（210±10）mm时，掺减水剂APC和PC的混凝土其扩展度均大于空白样品；PC的混凝土减水率随着炉渣掺量的增加逐渐降低，而APC的减水率随着炉渣掺量的增加虽然也呈下降的趋势，但是变化幅度较小，减水率均比PC要高，这表明APC有助于改善掺有炉渣混凝土的减水率；随着炉渣掺量的增加，混凝土含气量均变化不大，但掺APC比掺PC含气量要高，表明APC增加了掺有炉渣混凝土的孔隙率，进而可能会影响混凝土早期强度等性能。

表6 减水剂对不同炉渣掺量混凝土塑性阶段性能的影响

2.3 APC对炉渣混合材水泥混凝土力学性能的影响

按表5的C30混凝土配合比设计，APC对不同炉渣掺量混凝土抗压强度的影响见图7～图10。

由图7～图10可以看出，炉渣掺量不大于30%时，掺APC的混凝土抗压强度比掺PC和空白样品的均高；但炉渣掺量过高时，掺有APC的混凝土早期强度有所下降。这是由于炉渣掺量的增加导致混凝土早期强度较低，但是随着减水剂的掺入可以在一定程度上提高混凝土的早期强度，在一定的炉渣掺量范围内，APC效果优于PC。掺加APC相比于PC虽然混凝土减水率较高，但是由于混凝土孔隙率的增加，各龄期强度并没有明显的提升，这也是APC在强度提升方面的不足。

图7 减水剂对不掺炉渣混凝土抗压强度的影响

图8 减水剂对炉渣掺量为10%的混凝土抗压强度的影响

图9 减水剂对炉渣掺量为30%的混凝土抗压强度的影响

图10 减水剂对炉渣掺量为50%的混凝土抗压强度的影响

3 结论

（1）以炉渣部分替代水泥，增加了水泥体系中负电离子颗粒数量，使得两性型减水剂APC对水泥净浆分散性和分散保持性均优于普通阴离子型减水剂PC。

（2）APC对掺有炉渣混凝土的减水率大于30%，具有较好的吸附分散性能，说明APC与炉渣的相容性较好。

（3）APC的掺入增大了混凝土的含气量，对大掺量矿物掺合料硅酸盐水泥早期强度低的劣势并没有明显的提升，因此炉渣掺量不宜太高。

[1] 张超.粉煤灰和炉渣作水泥混合材及粉煤灰掺量对不同水胶比混凝土的强度影响研究[D].西安：西安建筑科技大学，2012.

[2] 王昊.炉渣作为水泥混合材的试验研究及机理分析[D].厦门：厦门大学，2014.

[3] 李燕.沸腾炉渣用作混凝土掺合料的试验研究[D].杭州：浙江工业大学，2008.

[4] 蒲心诚，王勇威.高效活性矿物掺合料与混凝土的高性能化[J].混凝土，2002（2）：3-6.

[5] 陈剑雄，蒲心诚，兰海，等.论高效减水剂在混凝土中的主导作用[J].混凝土，1998（3）：13-17.

[6] 王可良，马德富，李凤强，等.聚羧酸减水剂合成因素对混凝土拉压比及初裂时间的影响[J].硅酸盐通报，2006（5）：199-205.

[7] 李崇智.新型聚羧酸系超塑化剂的合成及性能研究[D].北京：清华大学，2004.

[8] 孙娜，裴梅山.两性型混凝土高效减水剂的合成与性能[J].上海塑料，2011（1）：30-34.

[9] 冉千平，刘加平.两性梳形共聚物对水泥浆体分散的影响及机理[J].建筑材料学报，2012，15（2）：158-162.

[10] 冉千平，刘加平，缪昌文，等.两性羧酸类接枝共聚物混凝土超塑化剂的制备与性能评价[J].新型建筑材料，2005（12）：58-60.

[11] 李娟，王栋民，张力冉，等.两性型聚羧酸减水剂与粉煤灰的相容性研究[J].硅酸盐通报，2015（1）：179-183.

[12]Hanehara S，Yamada K.Interaction between cement and chemical admixture from the pointof cement hydration，absorption behaviour of admixture，and paste rheology[J].Cement and Concrete Research，1999，29（8）：1159-1165.

[13] Khatib J M，Mangat P S.Influence of superplasticizer and curing on porosity and pore structure ofcement paste[J].Cement and Concrete Composites，1999，21（5）：431-437.

浙江墙改工作分析会召开

2016年8月5日，浙江省发展新型墙体材料办公室在乐清市举行2016年年中墙改工作分析会，来自全省各级墙改主管部门与新墙办负责人140余名代表参加了会议。。

今年以来，浙江省新型墙材行业稳步推进转型升级，积极化解过剩产能，为“十三五”开了个好头。2016年上半年，共计生产新型墙材131.1亿块标砖，新型墙材生产比例87.2%，比上年同期增长2.6个百分点；销售118.3亿块标砖，比上年同期下降3.5个百分点；新型墙材建筑使用比例85%，比去年同期提高2个百分点。产品结构趋向合理，其中板材类占比较2015年提升了2.72个百分点。

浙江省新墙办主任黄勇提出要求，下半年要着重抓好6项主要工作。一是要狠抓目标任务完成。按照年初制定的目标任务，特别是针对农村推新，各地要抓紧出台落地政策。二是要深入持续实施“禁粘”。全省已经完成2批36个城市城区的“禁粘”验收，今年要继续高标准严要求抓好其它城市城区“禁粘”的检查验收，对已经验收的地方进行自查和抽查，确保不留死角。三是要以点带面推进试点示范。要着力启动农村推新示范和废弃物资源化利用试点。四是要加快行业转型升级。尽快制定“十三五”及分年度的去产能和产能控制计划，着力推进在“十三五”末全面淘汰轮窑的工作。同时要堵疏结合，按照产业政策要求，发展节能环保、轻质高强的墙体和屋面材料、外墙保温材料，以及结构与保温装饰一体化外墙板。引导利用可再生资源制备新型墙体材料，加快发展利用淤污泥、建筑废弃物制备大块化、高孔洞率、自保温及复合保温新型墙材产品。五是要严格墙改基金管理。六是要注意工作方式方法，部署好安全生产、文明生产，按规定组织生产。

（董波）

The study on compatibilities of boiler slag cement with amphoteric polycarboxylic acid superplasticizer

ZHANG Haijiao，DAI Sirui，WANG Dongmin
（China University of Mining&Technology，Beijing 100083，China）

Different dosage of boiler slag concrete，were mixed with two kinds of water reducing agent-anionic superplasticizer（PC）and amphoteric superplasticizer（APC）.The amount of cement replaced by boiler slag is 0，10%，30%and 50%.Slump was designed in（210±10）mm，the concrete plasticity stage and hardening stage performance were tested and the APC compatibility with boiler slag cement was discussed.Results show that APC can better increase the adsorption and dispersion properties of slag cement dispersion system，but at the same time increasing the air entraining and reduce the early strength of hardened concrete caused by the incorporation of APC.So it is not conducive to the use of large boiler slag content.

boiler slag，concrete，anionic superplasticizer，amphoteric superplasticizer，compatibility

TU528.042.2

A

1001-702X（2016）08-0045-04

2016-01-07；

2016-03-28

张海姣，女，1992年生，河北衡水人，硕士研究生，研究方向：聚羧酸减水剂、矿物掺合料。