萘系与聚羧酸系高效减水剂流变性能对比研究

刘腾生，赵加豪

1.江西中山建工工程有限公司，江西 新余 338000；2.江西鸿浩志工程质量检测有限公司，江西 南昌 330012

1 引言

混凝土外加剂是现代混凝土最不可或缺的组成原料之一，特别是用于预拌混凝土和高性能混凝土当中的高效或高性能减水剂。其中，高效减水剂是预拌混凝土和高性能混凝土的必要组分之一，也正是因为具有高减水率的外加剂的应用，才使得混凝土在低水胶比条件下仍可有很好的施工性能，自密实混凝土、超高强泵送混凝土和超高性能混凝土等特种混凝土的实际应用才成为可能。

上个世纪早期，减水剂种类主要有木质素磺酸钠、糖蜜、糖钙、多糖类等有机物。从上个世纪中期发展为以萘磺酸类和三聚氰胺类为代表的高效减水剂。从上世纪末开始，聚酯和聚醚聚羧酸系减水剂得到快速发展，是继萘系、三聚氰胺系等减水剂等之后新研发的新一代高效减水剂，也是目前世界范围内使用最广泛的减水剂［1］。尽管如此，萘系高效减水剂仍具有聚羧酸系减水剂无可比拟的优势。因此，本文针对目前萘系高效减水剂和聚羧酸系高效减水剂的应用情况，对比两种类型减水剂对胶凝材料浆体流变性能的影响，综合分析其共性和优缺点，为混凝土行业技术人员提供参考依据。

2 原材料

2.1 水泥

采用江西分宜海螺水泥厂生产的P.O 42.5 普通硅酸盐水泥，其物理化学性能见表1 和表2。

表1 P.O42.5 水泥的物理化学性能

表2 P.O42.5 水泥的主要化学成分分析

2.2 粉煤灰

由江西丰城发电厂提供的F 类Ⅱ级粉煤灰，表观密度为2.21g/cm3，亚甲蓝值为0.5。粉煤灰主要化学成分分析见表3。

表3 粉煤灰的化学成分分析

2.3 减水剂

采用上饶市某外加剂企业生产的聚醚类聚羧酸系高效减水剂，推荐掺量为1.6%～2.0%，减水剂的减水率为28%，含固量为12%。采用山东省某外加剂企业生产的萘系高效减水剂，推荐掺量为1.8%～2.2%，减水剂的减水率为23%，含固量为32%。

2.4 水

采用市政管道自来水。

3 试验方法

试验根据GB 8076、GB/T 8077 和GB 50119 相关标准规定的实验方法测试掺减水剂的胶凝材料浆体流动度、凝结时间、粘度和流变性能。

4 试验结果及分析

4.1 流动度和凝结时间

试验为确定外加剂的适宜掺量，按水泥和粉煤灰75：25，水胶比0.3 称取300g 制备浆体的粉料，调整减水剂的掺量，采用水泥净浆搅拌机按照标准程序制备水泥净浆，在水平玻璃板上测定浆体的流动度，然后测定浆体的凝结时间，结果见表4。

表4 萘系高效减水剂对浆体流动度和初凝时间的影响

从表3 可以看出，当萘系高效减水剂加入量达2.0%～2.5%时，净浆自流动度在210～230mm 范围表现出较好的流动性能，当加入量达2.8%以上时，净浆自流动度均超过240mm，表现出良好的自流动性能；实测各浆体的初凝时间均在160min 以上，说明各不同掺量的萘系高效减水剂均有良好保坍能力，能满足混凝土施工的流动性要求。而聚羧酸系高效减水剂加入量达2.0%～2.5%时，净浆自流动度在225～235mm范围表现出更好的流动性能，当加入量达2.8%以上时，净浆自流动度均超过240mm，实测各浆体的初凝时间均在170min 以上，说明各不同掺量的聚羧酸系高效减水剂具有比萘系减水剂更好的保坍能力。

4.2 流变曲线

对制备的浆体采用NDJ—8 型旋转粘度计分别测定其流变参数，试验结果见图1 和图2。

图1 萘系高效减水剂浆体的流变曲线

图2 聚羧酸系高效减水剂浆体的流变曲线

根据流变学对浆体的分类理论，图1、图2 中所提供的净浆均属于非牛顿流体。对于萘系和聚羧酸系高效减水剂而言，其加入量为2.0%～2.5%时，浆体属于塑性流体（plastic flow），即宾汉姆流体（Bingham-flow）。减水剂加入量在此范围时，浆体内存在很高的剪切应力，即使在很高的剪切速度下，也无法克服这种剪切应力，也就是说此时对浆体流变性改善作用不明显。当加入量为2.8%～3.4%时，浆体属于假塑性流体（pseudoplastic flow），其浆体在很小的剪切应力作用下即开始运动，随着剪切速率的增加，表现为浆体粘度下降［2］。加入量为3.6%时浆体属于膨胀性流体（dilatant flow），此时浆体中外加剂加入量较高，浆体形成固体含量较高的悬浮液，使其在一个无限小的剪切应力作用下就能开始流动，减水剂加入量在此范围时，浆体内存在的剪切应力已经很低，此时减水剂对浆体流变性改善作用明显。

4.3 粘度变化

对制备的浆体采用NXS—11A 型旋转粘度计分别测定其粘度，结果见图3 和图4。

图3 在一定剪切速率下萘系高效减水剂不同加入量时的粘度变化

图4 在一定剪切速率下聚羧酸系高效减水剂不同加入量时的粘度变化

从图3 及图4 中可以更清楚地看出萘系和聚羧酸高效减水剂加入量对浆体稠度的综合影响。随着减水剂加入量的增加，剪切速度和浆体稠度双双同时降低，对浆体缓慢地进行搅拌，粒子排列并不发生紊乱的条件下，表现为较好的流动性，流变性优良。但是，对浆体进行快速剪切搅拌时，浆体粘度明显升高，与图中反映规律相吻合。其剪切应力随剪切速率的增加而增加，表现为剪切增稠特性。这意味着其粘度可随剪切速率的增加而变得足够高，以至于流体失去流体特征而凝固［3］。综上可知，该混凝土采用萘系或聚羧酸高效减水剂，其适宜掺入量以2.8%～3.4%为宜，但聚羧酸减水剂比萘系减水剂降粘作用明显。

5 结论

萘系和聚羧酸系高效减水剂可以很好改善浆体流动性的原因在于，具有对分散质微粒的超分散性，以及对分散体系的高稳定作用。表面张力小，有效防止混凝土的干燥收缩，可有效提高混凝土的体积稳定性和耐久性。进一步分析表明，由于萘系高效减水剂与聚羧酸系一样，具有特定的树枝状高分子结构，能在水泥颗粒表面形成带电荷的保护层，但相同条件下的聚羧酸系高效减水剂具有比萘系减水剂更好的保坍能力和降粘功能。