牛晚?yè)P(yáng)，王寧

（1.沈陽(yáng)建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 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(duì)混凝土性能的影響

牛晚?yè)P(yáng)1，王寧2

（1.沈陽(yáng)建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 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(jī)胺和無(wú)機(jī)鹽復(fù)配了聚羧酸系泵送劑。該泵送劑減水效果好，60min 無(wú)坍落度損失，對(duì)混凝土促?gòu)?qiáng)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(qiáng)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(diǎn)[1]。高性能減水劑的研究和應(yīng)用是建筑材料科學(xué)研究中的一個(gè)重要部分，并推動(dòng)著建筑材料向高強(qiáng)、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(jié)構(gòu)的可調(diào)程度比較大，可根據(jù)具體要求配制出不同性能的減水劑。本試驗(yàn)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(dá) 25% 以上）、改善混凝土孔結(jié)構(gòu)和密實(shí)程度（引入微小氣泡，產(chǎn)生滾珠作用）、促進(jìn)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(wèn)題，且其價(jià)格不高于同類萘系泵送劑，對(duì)降低混凝土造價(jià)具有重要意義[2-5]。本研究采用平行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法確定聚羧酸系普通泵送劑的較優(yōu)復(fù)配方案，對(duì)拌制的混凝土進(jìn)行減水性能、保塑性能和各齡期力學(xué)性能的測(cè)試。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：沈陽(yáng)冀東水泥有限公司的 P·O42.5 級(jí)水泥。

標(biāo)準(zhǔn)砂：廈門艾斯歐標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司的 ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂。

碎石：鐵嶺碎石，顆粒級(jí)配連續(xù)為 5～25mm。

減水劑：某公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑（醚類）。

其他化學(xué)品：試驗(yàn)中選用外加劑緩凝組分、早強(qiáng)組分見(jiàn)表 1。

表 1 其他化學(xué)品組分

1.2 試驗(yàn)方法

保證水灰比不變，進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，與基準(zhǔn)混凝土坍落度相比較，計(jì)算坍落度增加值，精確到 1mm。分別保塑30min、60min，測(cè)其坍落度值，精確到 1mm；混凝土抗壓強(qiáng)度試件尺寸為 100mm×100mm×100mm，試件成型 1d 拆模，密封養(yǎng)護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期取出，分別測(cè)試 3d、7d和 28d 抗壓強(qiáng)度，計(jì)算混凝土抗壓強(qiáng)度比。

1.3 試驗(yàn)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(diào)整基準(zhǔn)混凝土坍落度為(100±10)mm，確定用水量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

聚羧酸系普通泵送劑復(fù)配的試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果如表2、表 3 所示。表中復(fù)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?gòu)?qiáng)作用。由表 3 中數(shù)據(jù)可知，聚羧酸系普通泵送劑相對(duì)于冀東 P·O42.5 級(jí)水泥來(lái)說(shuō)，單一緩凝組分效果較差，緩凝組分的二次減水效果、促?gòu)?qiáng)效果較不明顯，其中磷酸鹽類的 G、H 效果尤其不佳，這是因?yàn)榱姿猁}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(fù)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?gòu)?qiáng)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(xiàn)象。25%M +1%C+0.5%E 配方效果較佳，但混凝土拌合物過(guò)于粘稠，試驗(yàn)中存在粘攪拌鍋現(xiàn)象，顯然不利于混凝土的泵送。

綜上，較佳的復(fù)配方案為 25%M+1.5%C+0.5%F 和25%M+1.5%C+0.5%A 兩個(gè)配方。由于 A 組分的摻加在生產(chǎn)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(fù)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(bǔ)了 C組分的缺點(diǎn)。二者復(fù)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(duì)促進(jìn)混凝土各齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)作用明顯。

將 25%M+1.5%C+0.5%F 配方和萘系普通泵送劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)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(jī)理外，同時(shí)擁有萘系不具有的立體位阻作用。聚羧酸減水劑主要通過(guò)立體位阻效應(yīng)對(duì)水泥粒子起分散與保持分散的作用。立體位阻效應(yīng)是空間效應(yīng)的一種，其影響強(qiáng)弱主要依賴于相關(guān)基團(tuán)的大小、形狀、位置和空間的伸展方向。如果接枝鏈長(zhǎng)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(diào)節(jié)作用。聚羧酸減水劑是一種接枝共聚物，屬于多支鏈結(jié)構(gòu)，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(guò)競(jìng)爭(zhēng)吸附，大分子量的分子因具有更多的強(qiáng)極性或非極性基團(tuán)，吸附點(diǎn)相對(duì)較多，能夠在極短時(shí)間內(nèi)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(shí)，聚羧酸減水劑使水泥粒子間呈現(xiàn)立體式、交錯(cuò)縱橫式，這種立體的靜電斥力 Zeta 電位經(jīng)時(shí)變化小，因此坍落度損失小。聚羧酸系聚合物本身對(duì)水泥有較為顯著的緩凝作用，主要由于羧基充當(dāng)了緩凝成分，R-COO- 與 Ca2+離子作用形成絡(luò)合物，降低溶液中的 Ca2+離子濃度，延緩 Ca(OH)2形成結(jié)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(fù)配試驗(yàn)方案

表 3 聚羧酸系泵送劑的試驗(yàn)結(jié)果

表 4 聚羧酸系泵送劑與萘系泵送劑對(duì)比試驗(yàn)研究

3 聚羧酸系泵送劑在不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的應(yīng)用研究

采用聚羧酸系普通泵送劑和萘系普通泵送劑對(duì)比試驗(yàn)，研究分析兩種泵送劑在 C10～C50 強(qiáng)度等級(jí)混凝土中應(yīng)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(jí)混凝土中聚羧酸系普通泵送劑摻量都具有優(yōu)勢(shì)，而且C30等級(jí)以上優(yōu)勢(shì)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(duì)混凝土促?gòu)?qiáng)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(jià)比較高。

表 5 不同泵送劑在 C10～C50等級(jí)混凝土中應(yīng)用試驗(yàn)方案及結(jié)果

圖 1 聚羧酸系泵送劑和萘系泵送劑對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土性能的影響

4 結(jié)論

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

（2）復(fù)配的聚羧酸系泵送劑減水效果好，坍落度增加值達(dá) 135mm；保塑優(yōu)異，60min 幾乎無(wú)坍落度損失；對(duì)混凝土促?gòu)?qiáng)作用明顯，3d 抗壓強(qiáng)度比達(dá) 155%，7d 抗壓強(qiáng)度比達(dá)147%，28d 抗壓強(qiáng)度比達(dá) 132%。

（3）不同強(qiáng)度等級(jí)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(shì)?；炷翉?qiáng)度等級(jí)越高，則聚羧酸系泵送劑的摻量?jī)?yōu)勢(shì)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。

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牛晚?yè)P(yáng)（1965－），男，副教授。主要從事化學(xué)教學(xué)及土木工程材料實(shí)驗(yàn)研究工作。