張嶺，盛思仲，王曉芳，金衛(wèi)華，胡金雙

（1.南京友西科技有限責(zé)任公司，江蘇南京 210036；2.江蘇龍冠新型材料科技有限公司，江蘇南京 211123）

0 引言

復(fù)合礦物外加劑[1]是南京友西科技有限責(zé)任公司研發(fā)的一種適用于高強(qiáng)混凝土的礦物摻合料，采用此復(fù)合礦物外加劑后，不用蒸壓釜的壓蒸工藝就可快速達(dá)到混凝土C80的強(qiáng)度指標(biāo)要求。但復(fù)合礦物外加劑的使用也離不開高效減水劑的配合，高強(qiáng)混凝士通常選用聚羧酸高性能減水劑。市場上的聚羧酸高性能減水劑品種很多，但并不是所有的聚羧酸減水劑都適合蒸養(yǎng)，而且適應(yīng)性也參差不齊，為了取得優(yōu)良效果，必須使用性能優(yōu)異且適合蒸養(yǎng)的聚羧酸高性能減水劑。針對管樁廠應(yīng)用過程中混凝土靜停時(shí)間長、混凝土強(qiáng)度達(dá)不到要求等問題，開展研制了能與復(fù)合礦物外加劑相匹配的早強(qiáng)型聚羧酸高性能減水劑的工作。

1 減水劑的選擇

在復(fù)合礦物外加劑使用過程中，減水劑的選擇很重要，試驗(yàn)中選擇了南京某預(yù)制件廠正在使用的兩種聚羧酸減水劑（記代號為PC-1、PC-2），其在不同養(yǎng)護(hù)制度下，對混凝土試件強(qiáng)度的影響結(jié)果見表1、表2。

表1 不同養(yǎng)護(hù)制度下PC-1聚羧酸減水劑對混凝土強(qiáng)度的影響

表2 PC-1和PC-2兩種聚羧酸減水劑在管樁中的應(yīng)用試驗(yàn)

由表1可見，混凝土試件靜停10 h，再經(jīng)蒸養(yǎng)其強(qiáng)度較高，但是試件靜停時(shí)間較短時(shí)（如表1中I、Ⅱ，靜停2 h和6 h），蒸養(yǎng)混凝土的強(qiáng)度大幅下降。由此可見，PC-1聚羧酸減水劑對終凝以前混凝土的適應(yīng)性差，不適合于管樁等快速生產(chǎn)的混凝土構(gòu)件，而只適合于允許靜停時(shí)間較長混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)。

選取另一種聚羧酸減水劑樣品PC-2，將PC-1和PC-2兩種聚羧酸減水劑送管樁廠試驗(yàn)。從表2結(jié)果可以看出，PC-1聚羧酸減水劑的應(yīng)用結(jié)果與試驗(yàn)室結(jié)果相符（因砂、石料不同而有所波動），驗(yàn)證了PC-1聚羧酸減水劑不適合在終凝前進(jìn)蒸養(yǎng)池養(yǎng)護(hù)。而PC-2聚羧酸減水劑對蒸養(yǎng)的適應(yīng)性雖然比PC-1要好一些，但仍滿足不了試件靜停4 h后進(jìn)行蒸養(yǎng)，并達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度的要求。因此，對聚羧酸減水劑進(jìn)行了深入研究，通過對聚羧酸的分子結(jié)構(gòu)作一些改進(jìn)，使之與復(fù)合礦物外加劑適應(yīng)性更好。

2 聚羧酸高性能減水劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因合成聚羧酸減水劑的可選原料較多[2]，其分子設(shè)計(jì)的選擇性大[3]，可根據(jù)不同的要求設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)。最常見的是以-COOH、-SO3H等親水基團(tuán)為主鏈，以大分子的聚氧乙烯基為側(cè)鏈，形成聚羧酸減水劑。這類減水劑應(yīng)用在商品混凝土上取得了較好的效果，有些也用于管樁等預(yù)制件上，但應(yīng)用于高強(qiáng)免壓蒸復(fù)合礦物外加劑上則存在很多問題，如脫模周期長、壓蒸后強(qiáng)度偏低等。針對這些問題，設(shè)計(jì)在分子主鏈上引入強(qiáng)極性基團(tuán)羧基、酸酐、酰胺基等[4-5]，側(cè)鏈仍以大分子單體聚氧乙烯基為主。酰胺基團(tuán)在堿性介質(zhì)條件下，能夠發(fā)生水解反應(yīng)，釋放出具有減水作用的水解產(chǎn)物以達(dá)到分散的目的，對保持水泥拌合物有良好作用，并對水泥水化有促進(jìn)作用，有利于混凝土早期強(qiáng)度的提高[6]。

采用甲基烯基聚氧乙烯醚 OXAB-501（TPEG）、馬來酸酐、丙烯酰胺等單體共聚合成聚羧酸高性能減水劑，其分子結(jié)構(gòu)見圖1：

圖1 環(huán)氧樹脂自流平地坪施工工藝流程

3 聚羧酸減水劑的合成

3.1 原材料

甲基烯基聚氧乙烯醚：南京揚(yáng)子奧克化學(xué)有限公司，OXAB-501；馬來酸酐、丙烯酰胺、雙氧水、維生素C及分子量調(diào)節(jié)劑均為工業(yè)級。

3.2 生產(chǎn)方法

在實(shí)驗(yàn)室完成了一系列探索實(shí)驗(yàn)，并對產(chǎn)品做了水泥凈漿流動度和混凝土性能的驗(yàn)證試驗(yàn)，現(xiàn)已投入工業(yè)化生產(chǎn)。在配有攪拌裝置、測溫裝置、滴加裝置的5 m3的反應(yīng)釜中加入適量水、甲基烯基聚氧乙烯醚、馬來酸酐，加熱攪拌使其溶解，溫度達(dá)到63℃時(shí)，加入雙氧水，并滴加丙烯酰胺溶液及維生素C和分子量調(diào)節(jié)劑混合溶液，滴加時(shí)間3～4 h，滴加完成后保溫2 h，降溫至45℃，用32%的液堿中和至pH值為6～7，冷卻出料即得到30%濃度的UC-IA聚羧酸高性能減水劑。

3.3 聚羧酸減水劑的性能測試

3.3.1 水泥凈漿流動度測試

根據(jù)GB 8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》對所得產(chǎn)品進(jìn)行凈漿流動度測試，水灰比為0.29。外加劑按固體質(zhì)量占水泥質(zhì)量的百分比計(jì)算。

3.3.2 混凝土性能試驗(yàn)

混凝土試驗(yàn)根據(jù)GB 8076-2008《混凝土外加劑》進(jìn)行，其中外加劑摻量為0.2%，外加劑按固體質(zhì)量占膠黏材料質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。

4 結(jié)果與討論

4.1 水泥適應(yīng)性試驗(yàn)

在相同摻量情況下，測試了UC-IA聚羧酸減水劑PC-1、PC-2對不同水泥的適應(yīng)性試驗(yàn)。試驗(yàn)選取了南京地區(qū)常見的三種水泥：小野田水泥、中聯(lián)水泥和中國水泥，進(jìn)行了水泥凈漿流動度測試，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3不同水泥凈漿流動度的數(shù)據(jù)來看，UCIA聚羧酸減水劑與PC-2聚羧酸減水劑相當(dāng)，都具有良好的保坍性，1 h基本無損失，能滿足在低坍落度情況下保持一定的流動性；PC-1的初始凈漿流動度較大，但其1 h的損失較大；UC-IA對水泥有較好的適應(yīng)性，且其經(jīng)時(shí)損失小，能滿足混凝土的施工性能要求。

4.2 聚羧酸減水劑在高強(qiáng)免壓蒸混凝土中的應(yīng)用

將UC-IA聚羧酸減水劑和高強(qiáng)免壓蒸復(fù)合礦物外加劑做管樁生產(chǎn)應(yīng)用試驗(yàn)，管樁生產(chǎn)過程中先要經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)，脫模后再進(jìn)蒸壓釜進(jìn)行高溫壓蒸養(yǎng)護(hù)?，F(xiàn)取消了后者的壓蒸工序（即免壓蒸），也能達(dá)到要求，其結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，UC-IA聚羧酸減水劑配制的管樁混凝土試件進(jìn)入蒸汽養(yǎng)護(hù)池內(nèi)蒸養(yǎng)，4.5 h便接近80 MPa，蒸養(yǎng)9 h后壓強(qiáng)更是增長110%以上。對比表1、表2的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，UC-IA用于摻加礦物外加劑的混凝土中，明顯優(yōu)于PC-1和PC-2，真正做到了與復(fù)合礦物外加劑的完美結(jié)合，并在管樁廠完成了二條Φ400×95×10管樁的生產(chǎn)，其操作性能良好。

目前，多數(shù)聚羧酸減水劑對蒸養(yǎng)流程的適應(yīng)性不佳，需靜停10 h以上 （混凝土已達(dá)到或接近終凝），效果才好。而UC-IA聚羧酸減水劑與生產(chǎn)線上試件的養(yǎng)護(hù)條件一致，便可滿足C80的強(qiáng)度要求。UC-IA聚羧酸減水劑除用于高強(qiáng)免壓蒸混凝土預(yù)制件外，還可用于普通蒸養(yǎng)混凝土構(gòu)件中。

4.3 在蒸養(yǎng)混凝土構(gòu)件中的應(yīng)用

江蘇龍冠新型材料科技有限公司在地鐵管片混凝土中采用了UC-IA聚羧酸減水劑?；炷凉芷酿B(yǎng)護(hù)制度為：澆注后靜養(yǎng)2.5 h；升溫2 h（由室溫升至50℃或55℃）；恒溫2 h；降溫＞40 min。這就要求混凝土在初凝前蒸養(yǎng)，脫模強(qiáng)度不低于C20，脫模后水養(yǎng)7 d，然后自然養(yǎng)護(hù)至28 d出廠。UC-1A聚羧酸減水劑的適應(yīng)性很好,已在生產(chǎn)線上采用?；炷僚浜媳纫姳?。經(jīng)測定，脫模后混凝土強(qiáng)度為28.0 MPa，自然養(yǎng)護(hù)28 d混凝土強(qiáng)度為65.1 MPa，抗?jié)BP＞11,完全滿足C50P10的要求。

表3 UC-IA聚羧酸減水劑水泥適應(yīng)性試驗(yàn)

表4 UC-IA聚羧酸減水劑在混凝土管樁生產(chǎn)中的試驗(yàn)結(jié)果

表5 混凝土配比

5 結(jié)語

（1）通過選用不同的作用基團(tuán)單體，調(diào)節(jié)它們在聚合物中基團(tuán)比例，開發(fā)出了一種與免壓蒸復(fù)合礦物外加劑適應(yīng)性良好的聚羧酸高性能減水劑；

（2）UC-IA聚羧酸減水劑非常適合用于摻復(fù)合礦物外加劑的高強(qiáng)混凝土中，只需蒸養(yǎng)無須壓蒸就可快速達(dá)到C80的強(qiáng)度指標(biāo)，尤其適合混凝土管樁等高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)；

（3）UC-IA也適用于一般常壓蒸養(yǎng)混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)，甚至也適合一般常溫養(yǎng)護(hù)的混凝土構(gòu)件，其可廣泛在蒸養(yǎng)混凝土中使用。

[1]盛思仲，金衛(wèi)華，陳坤明,等.高強(qiáng)免壓蒸砼復(fù)合礦物外加劑的研制[J].江蘇建材，2013，(4)：16-18.

[2]王子明，王亞麗.混凝土高效減水劑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3]張明，段彬，賈吉堂，等.新型聚羧酸系高性能減水劑的合成研究[J].新型建筑材料，2010，(3)：84-87.

[4]蔡希高.高性能混凝土外加劑主導(dǎo)官能團(tuán)理論[J].化學(xué)建材,1995，(5)：26-28.

[5]游長江，丁超，胡國棟，等.聚羧酸類高效減水劑的研究進(jìn)展 [J].高分子材料科學(xué)與工程,2003,19 (2)：34-38.

[6]王子明.聚羧酸系高性能減水劑-制備·性能與應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.