牛晚揚，王寧

（1.沈陽建筑大學材料科學與工程學院，遼寧 沈陽 110168；2.中建商品混凝土西安有限公司，陜西 西安 710116）

聚羧酸系泵送劑對混凝土性能的影響

牛晚揚1，王寧2

（1.沈陽建筑大學材料科學與工程學院，遼寧 沈陽 110168；2.中建商品混凝土西安有限公司，陜西 西安 710116）

采用聚羧酸減水劑、有機胺和無機鹽復配了聚羧酸系泵送劑。該泵送劑減水效果好，60min 無坍落度損失，對混凝土促強作用明顯。使用該泵送劑的混凝土拌合物工作性能優(yōu)異，與各種水泥相容。

泵送劑；聚羧酸系減水劑；坍落度；抗壓強度

0 前言

聚羧酸系減水劑被稱為第三代減水劑，具備摻量少，減水率高、保塑性能好、與水泥相容性好、混凝土收縮小等優(yōu)點[1]。高性能減水劑的研究和應用是建筑材料科學研究中的一個重要部分，并推動著建筑材料向高強、高性能化不斷發(fā)展，其中以聚羧酸系減水劑為代表，其分子結構的可調程度比較大，可根據具體要求配制出不同性能的減水劑。本試驗所采用的聚羧酸系泵送劑除具有高減水性能（最高減水率可達 25% 以上）、改善混凝土孔結構和密實程度（引入微小氣泡，產生滾珠作用）、促進水泥顆粒水化等作用外，還能控制混凝土的引氣、緩凝、泌水等問題，且其價格不高于同類萘系泵送劑，對降低混凝土造價具有重要意義[2-5]。本研究采用平行設計的試驗方法確定聚羧酸系普通泵送劑的較優(yōu)復配方案，對拌制的混凝土進行減水性能、保塑性能和各齡期力學性能的測試。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥：沈陽冀東水泥有限公司的 P·O42.5 級水泥。

標準砂：廈門艾斯歐標準砂有限公司的 ISO 標準砂。

碎石：鐵嶺碎石，顆粒級配連續(xù)為 5～25mm。

減水劑：某公司生產的聚羧酸減水劑（醚類）。

其他化學品：試驗中選用外加劑緩凝組分、早強組分見表 1。

表 1 其他化學品組分

1.2 試驗方法

保證水灰比不變，進行坍落度試驗，與基準混凝土坍落度相比較，計算坍落度增加值，精確到 1mm。分別保塑30min、60min，測其坍落度值，精確到 1mm；混凝土抗壓強度試件尺寸為 100mm×100mm×100mm，試件成型 1d 拆模，密封養(yǎng)護，標準養(yǎng)護至規(guī)定齡期取出，分別測試 3d、7d和 28d 抗壓強度，計算混凝土抗壓強度比。

1.3 試驗配合比

配合比中，水泥用量為 400kg，砂率為 43%，各配方泵送劑摻量均為 1.8%；調整基準混凝土坍落度為(100±10)mm，確定用水量。

2 試驗結果與分析

聚羧酸系普通泵送劑復配的試驗方案及試驗結果如表2、表 3 所示。表中復配方案以各組分百分比表示，聚羧酸減水劑以 M 表示。

聚羧酸減水劑本身具有較好的保塑效果，且具一定促強作用。由表 3 中數據可知，聚羧酸系普通泵送劑相對于冀東 P·O42.5 級水泥來說，單一緩凝組分效果較差，緩凝組分的二次減水效果、促強效果較不明顯，其中磷酸鹽類的 G、H 效果尤其不佳，這是因為磷酸鹽與聚羧酸高效減水劑相容性不好。B、D、E、F 組分與聚羧酸高效減水劑復配后，和磷酸鹽有一定的共性，不足取。25%M +1.5%C 配方雖然減水效果、保塑性、促強效果較佳，但混凝土拌合物和易性不夠好，粘聚性、保水性較差，且隨 C 組分含量的增加越發(fā)明顯，甚至發(fā)生緩凝現象。25%M +1%C+0.5%E 配方效果較佳，但混凝土拌合物過于粘稠，試驗中存在粘攪拌鍋現象，顯然不利于混凝土的泵送。

綜上，較佳的復配方案為 25%M+1.5%C+0.5%F 和25%M+1.5%C+0.5%A 兩個配方。由于 A 組分的摻加在生產工藝上較困難，所以初步確定 25%M+1.5%C+0.5%F 為聚羧酸系泵送劑最佳復配方案。該方案中，雖然 C 組分的摻入易引起混凝土拌合物粘聚性變差，但 F 組分的加入有效地彌補了 C組分的缺點。二者復配后的二次塑化作用十分顯著，有效提高了泵送劑總體減水率，且保塑效果極佳，對促進混凝土各齡期強度增長作用明顯。

將 25%M+1.5%C+0.5%F 配方和萘系普通泵送劑進行對比試驗，對比試驗結果如表 4 所示。

聚羧酸系泵送劑中的聚羧酸減水劑除了具有分散機理外，同時擁有萘系不具有的立體位阻作用。聚羧酸減水劑主要通過立體位阻效應對水泥粒子起分散與保持分散的作用。立體位阻效應是空間效應的一種，其影響強弱主要依賴于相關基團的大小、形狀、位置和空間的伸展方向。如果接枝鏈長度與水泥基體空腔深度相匹配的程度較好，則可起到更好的空間填充或調節(jié)作用。聚羧酸減水劑是一種接枝共聚物，屬于多支鏈結構，由于減水劑分子在水泥顆粒表面上受齒輪型或引線型吸附、靜電力作用以及 PEO 接枝鏈的位阻作用，使水泥粒子保持良好的分散狀態(tài)，不同分子量的減水劑分子通過競爭吸附，大分子量的分子因具有更多的強極性或非極性基團，吸附點相對較多，能夠在極短時間內錨固在水泥顆粒表面上，低分子量的減水劑分子則緩慢地被吸附。同時，聚羧酸減水劑使水泥粒子間呈現立體式、交錯縱橫式，這種立體的靜電斥力 Zeta 電位經時變化小，因此坍落度損失小。聚羧酸系聚合物本身對水泥有較為顯著的緩凝作用，主要由于羧基充當了緩凝成分，R-COO- 與 Ca2+離子作用形成絡合物，降低溶液中的 Ca2+離子濃度，延緩 Ca(OH)2形成結晶，減少 C-H-S 凝膠的形成，延緩了水泥水化。

表 2 聚羧酸系泵送劑的復配試驗方案

表 3 聚羧酸系泵送劑的試驗結果

表 4 聚羧酸系泵送劑與萘系泵送劑對比試驗研究

3 聚羧酸系泵送劑在不同強度等級混凝土中的應用研究

采用聚羧酸系普通泵送劑和萘系普通泵送劑對比試驗，研究分析兩種泵送劑在 C10～C50 強度等級混凝土中應用的優(yōu)劣性。

由表 5 和圖 1 可知，除 C10 混凝土中聚羧酸系普通泵送劑摻量略高于萘系普通泵送劑摻量外，其他等級混凝土中聚羧酸系普通泵送劑摻量都具有優(yōu)勢，而且C30等級以上優(yōu)勢越明顯；聚羧酸系普通泵送劑的保塑效果要優(yōu)于萘系普通泵送劑，對混凝土促強作用也優(yōu)于萘系普通泵送劑；聚羧酸系泵送劑成本不高于同類萘系泵送劑，因此其綜合性價比較高。

表 5 不同泵送劑在 C10～C50等級混凝土中應用試驗方案及結果

圖 1 聚羧酸系泵送劑和萘系泵送劑對不同強度等級混凝土性能的影響

4 結論

（1）采用聚羧酸減水劑、有機胺和無機鹽復配的試驗方案，確定了聚羧酸系泵送劑的配方。最佳復配方案為：25%聚羧酸減水劑 +1.5% 羥基羧酸鹽 +0.5% 有機胺組分。

（2）復配的聚羧酸系泵送劑減水效果好，坍落度增加值達 135mm；保塑優(yōu)異，60min 幾乎無坍落度損失；對混凝土促強作用明顯，3d 抗壓強度比達 155%，7d 抗壓強度比達147%，28d 抗壓強度比達 132%。

（3）不同強度等級混凝土中，聚羧酸系泵送劑與萘系泵送劑相比，具有顯著優(yōu)勢。混凝土強度等級越高，則聚羧酸系泵送劑的摻量優(yōu)勢越明顯；摻聚羧酸系泵送劑的混凝土拌合物和易性優(yōu)異，60min 坍落度損失較小。

[1] 于紅梅，于良，閆新，等．聚羧酸系泵送劑在商品混凝土中的試驗研究和生產應用[J]．遼寧建材，2009(6)：31-32.

[2] 周志威，呂生華，李芳．聚羧酸系高效減水劑的研究進展[J]．化學建材，2006(04)：34-39．

[3] 冉千平，游有鯤，周偉玲．聚羧酸類高效減水劑現狀及研究方向[J]．新型建筑材料，2001(12)：25-27.

[4] 張玲．聚羧酸高效減水劑的試驗研究[J]．安陽大學學報，2004(03)：18-21．

[5] 王立久，卞利軍，曹永民．聚羧酸系高效減水劑的研究現狀與展望[J]．材料導報，2003(02)：46-48.

[6] 張瑞艷．聚羧酸系高效減水劑的合成及作用機理研究[D].北京工業(yè)大學，2005．

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[8] 鄧君．聚羧酸系高效泵送劑與萘系泵送劑性能對比試驗[J].四川建筑，2009,29(3)：225-226．

[通訊地址]沈陽市渾南東路 9 號沈陽建筑大學（110168）

牛晚揚（1965－），男，副教授。主要從事化學教學及土木工程材料實驗研究工作。