苗翠珍 張民寶

0 引言

作為混凝土很重要組成部分的細(xì)骨料占混凝土體積的30%左右，其各項(xiàng)性能的好壞直接影響到混凝土的早期工作性能及硬化后的力學(xué)性能乃至混凝土的耐久性。

聚羧酸減水劑是一種高性能混凝土外加劑，具有低摻量、低堿含量、低氯離子含量、高減水率、水泥適應(yīng)性好、綠色環(huán)保等許多優(yōu)點(diǎn)，摻用該外加劑的混凝土具有良好的和易性和保坍性，使混凝土的減縮效果顯著增強(qiáng)，大大提高了混凝土的綜合性能，同時(shí)能夠減少水泥用量，是配置高性能混凝土不可缺少的重要組成部分。聚羧酸減水劑是一類(lèi)表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)一般含有親水主鏈和疏水的聚氧乙烯側(cè)鏈，因此可以通過(guò)表面活性劑的分子設(shè)計(jì)和分子剪裁技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)，選擇合適的反應(yīng)單體，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)得到具有預(yù)期性能的產(chǎn)品，應(yīng)用在不同需求和領(lǐng)域的工程上。

聚羧酸減水劑對(duì)混凝土中砂子含泥量十分敏感，砂子中的含泥量對(duì)混凝土的影響很大，從混凝土工作性能來(lái)講，它嚴(yán)重影響聚羧酸減水劑對(duì)混凝土的坍落度及坍落度損失，從混凝土的力學(xué)性能來(lái)說(shuō)，當(dāng)砂子含泥量超過(guò)3%就會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度有很大影響(砂子含泥量超過(guò)3%對(duì)混凝土的耐久性不做討論)。

1 聚羧酸分子結(jié)構(gòu)

聚羧酸減水劑的分子是梳狀結(jié)構(gòu)，在分子主鏈上接有許多個(gè)有一定長(zhǎng)度和剛度的側(cè)鏈。在主鏈上有能使水泥顆粒帶電的極性基團(tuán)，可以起到水泥顆粒作用，有一定的電荷排斥作用;側(cè)鏈為聚氧乙烯長(zhǎng)鏈，能阻礙水泥顆粒相互接近，有空間位阻作用，起減水的功能。

聚羧酸減水劑其在分子結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)層次:1)線性主鏈:以非極性基相互連接為主，主鏈上含有親水的極性基團(tuán)如羧基、磺酸基等。影響聚羧酸減水劑性能的因素為分子量、分子量分布、主鏈電荷密度。2)溶劑化側(cè)鏈:一般為聚氧乙烯長(zhǎng)鏈，增加空間位阻，降低水分子滲透作用，同時(shí)起調(diào)節(jié)表面活性，影響分散性、分散保持性和引氣性。影響聚羧酸頭號(hào)水劑性能的因素為聚氧乙烯長(zhǎng)鏈的數(shù)量、相對(duì)位置及組合。

聚羧酸減水劑通常由兩種以上的不飽和單體，通過(guò)活性可控自由基聚合反應(yīng)(ACFRPR)合成。聚羧酸減水劑的分子結(jié)構(gòu)過(guò)程中，不同單體隨機(jī)或有規(guī)律地聚合在一起。

2 聚羧酸在混凝土中的作用機(jī)理

水泥漿體是一種粗分散體系的懸浮體，水泥顆粒的尺寸約在1 μm～50 μm，具有很高的比表面能，在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，在水泥漿體中，由于粒子之間的距離小，相互作用強(qiáng)，容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。水泥顆粒的絮凝是由于范德華力或靜電作用產(chǎn)生的顆粒間的相互吸引力所導(dǎo)致的。具有良好工作性的混凝土，水泥顆粒的懸浮體必須具有很好的分散穩(wěn)定性。靜電作用和空間位阻作用是減水劑分散的主要機(jī)理，而聚羧酸減水劑的分散機(jī)理普遍認(rèn)為是空間位阻作用起主要作用。這是因?yàn)榫埕人釡p水劑雖然本身是呈電負(fù)性的，吸附后能降低水泥顆粒表面的ξ電位，由于吸附率較小和本身所帶電量比較低，所以沒(méi)有達(dá)到改變水泥顆粒表面的電性，因此靜電作用對(duì)水泥漿體分散影響小。

水泥漿體分散中聚羧酸減水劑的梳型側(cè)鏈起了重要作用。含有聚氧乙烯鏈的聚羧酸減水劑吸附在水泥顆粒表面后，在水泥顆粒表面定向吸附，形成溶劑化水膜，阻止水泥顆粒間直接接觸。當(dāng)水泥顆粒相互靠近時(shí)，已吸附聚羧酸減水劑的水泥顆粒，會(huì)因?yàn)榭臻g位阻作用使水泥顆粒相互排斥面而分開(kāi)，阻止了水泥顆粒的聚集和凝聚，可以使水泥團(tuán)聚的有效尺寸降低，降低了水泥漿體中懸浮固體的有效體積，從而增大流動(dòng)性，形成良好的分散體系。

3 砂子含泥量對(duì)聚羧酸減水劑效用的影響

砂子中的泥由于其具有較水泥良好的吸附作用，因此它對(duì)聚羧酸減水劑有很強(qiáng)的吸附作用，消耗掉了相應(yīng)減水劑用量的效能。

在山西侯馬2×300 MW熱電聯(lián)產(chǎn)工程建設(shè)中我們對(duì)采用了山西康特爾精細(xì)化有限責(zé)任公司生產(chǎn)的聚羧酸(KTPCA)高性能減水劑的混凝土進(jìn)行了研究分析，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，每立方米混凝土可節(jié)省費(fèi)用約20元。

3． 1 試驗(yàn)原材料

1)水泥采用山西聞喜產(chǎn)的冀東普通硅酸鹽42．5水泥;

2)粉煤灰采用河津電廠產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰;

3)砂子采用新絳三家店山砂(選用含泥量低于3%的砂子);

4)石子采用侯馬花崗巖石(5 mm～31．5 mm連續(xù)級(jí)配);

5)外加劑采用山西康特爾精細(xì)化有限責(zé)任公司聚羧酸KTPCA高性能減水劑;

6)泥為從砂子里邊洗出來(lái)烘干后又磨成細(xì)粉。

3． 2 水泥凈漿試驗(yàn)

分別按水泥用量的0%，5%，10%摻入泥(內(nèi)摻法)，水泥凈漿試驗(yàn)按照GB/T 8077-2000混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法進(jìn)行。試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1分析看出，與純水泥比，內(nèi)摻5%泥后減水劑的摻量提高150%后其效果仍不能達(dá)到原來(lái)的要求，且凈漿流動(dòng)度損失仍偏大。內(nèi)摻10%泥后減水劑的摻量提高400%其效果仍不能滿足要求，且凈漿流動(dòng)度損失較5%還嚴(yán)重。

表1 試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)結(jié)果

3． 3 混凝土試驗(yàn)

對(duì)同一水膠比，外加劑摻量固定，預(yù)先通過(guò)空白(摻泥)試配確定外加劑的摻量，坍落度控制在180 mm，含泥量從3%～9%按2%遞增。試驗(yàn)混凝土配合比見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)混凝土配合比

為了使試驗(yàn)更貼近實(shí)際，我們采用含泥量低于3%的砂子，對(duì)于砂中的含泥量的控制是先把砂子和泥按要求的含泥量均勻地混合好，再在它們表面灑一些水，使它們能充分的濕潤(rùn)，這樣泥就能更好地粘在砂子表面，然后再自然曬干進(jìn)行試驗(yàn)。這樣就保證了試驗(yàn)中的砂子的狀態(tài)和現(xiàn)實(shí)中的狀態(tài)相接近。

3．3．1 砂子含泥量對(duì)摻聚羧酸高效減水劑混凝土拌合物的影響

根據(jù)表2我們按照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)多次試拌，測(cè)定混凝土拌合物的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 測(cè)定混凝土拌合物的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表3可以看出，當(dāng)砂子含泥量在3%以下時(shí)對(duì)混凝土流動(dòng)度影響基本不大，當(dāng)超過(guò)3%時(shí)，隨著含泥量的增大，其混凝土的流動(dòng)度減少和坍落度的損失都大大增加，嚴(yán)重影響混凝土拌合物的各項(xiàng)性能。

3．3．2 砂子含泥量對(duì)摻聚羧酸高效減水劑混凝土強(qiáng)度的影響

按表2混凝土配合比設(shè)計(jì)，將混凝土制成試塊進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，我們按照GB/T 50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作、養(yǎng)護(hù)、抗壓等試驗(yàn)，具體數(shù)據(jù)及曲線圖見(jiàn)表4和圖1～圖3。

表4 各種配合比在三個(gè)齡期階段的抗壓強(qiáng)度值對(duì)比

圖1 各種水灰比3 d的強(qiáng)度曲線

圖2 各種水灰比7 d的強(qiáng)度曲線

圖3 各種水灰比28 d的強(qiáng)度曲線

由圖1～圖3可以看出，當(dāng)砂子含泥量在3%以下時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度基本影響不大，當(dāng)大于3%時(shí)對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響較大，砂子中的含泥量每增加2%，其強(qiáng)度降低均超過(guò)10%。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)分析得出，當(dāng)砂子含泥量在3%以下時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度沒(méi)有太大影響，且坍落度損失也較小。當(dāng)砂子含泥量超過(guò)3%及以上時(shí)，在此基礎(chǔ)上每超2%，強(qiáng)度降低超過(guò)10%，且坍落度降低幅度較大和坍落度損失較快。因此，在使用聚羧酸高性能減水劑生產(chǎn)混凝土?xí)r，一定要控制住砂石中的含泥量，才能確?；炷恋男阅?。

［1］ GB/T 14684-2001，建筑用砂［S］．

［2］ GB 8076-2008混凝土外加劑［S］．

［3］ 付典龍，樊耀星．高效減水劑NF對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響［J］．山西建筑，2010，36(22):186-187．