張博恒，劉榮進，2，陳平，2

(1.桂林理工大學 材料科學與工程學院，廣西 桂林 541004；2.廣西工業(yè)廢渣建材資源利用工程技術研究中心，廣西 桂林 541004)

近年來，基于節(jié)約資源、環(huán)境保護、提高工程質量等原因，禁止現(xiàn)場攪拌砂漿，推廣使用濕拌砂漿已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)共識和行業(yè)政策。將完成拌合的砂漿通過專業(yè)運輸設備運送至施工現(xiàn)場，直接使用[1-2]。濕拌砂漿具有成本低，質量穩(wěn)定，無需施工現(xiàn)場二次加水拌和等優(yōu)勢，但使拌和好的砂漿能長時間保持良好的塑性是其推廣應用的技術關鍵[3-5]。為改善濕拌砂漿施工性能，常用方法是添加專用砂漿外加劑。濕拌砂漿外加劑通常由保水增稠組分、引氣組分、緩凝組分、增強組分復配而成，主要起到減水增強、增稠保水、緩凝作用[6-8]。聚羧酸外加劑具有摻量低、分子結構可設計等優(yōu)點，常用于制備混凝土外加劑起到減水、保坍、早強等作用[9-11]?；凇鞍葱阅茉O計材料”的思想，本文根據(jù)聚羧酸分子可設計性，研制了一種適合在濕拌砂漿中使用的醚類聚羧酸保塑劑，并測試了在不同的合成條件下保塑劑對濕拌砂漿施工性能的影響。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

烯丙基聚氧乙烯醚(APEG，分子量約2 400)，工業(yè)級；馬來酸酐(MAL)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、過硫酸銨(APS)、甲基丙烯磺酸鈉(SMAS)均為分析純；海螺P·O42.5級水泥；中砂；自來水。

DF-101型磁力攪拌器；FA-2004型電子天平；IRTracer-100型傅里葉變換紅外光譜儀；JJ-5型膠砂攪拌機；DYE-300S型抗折抗壓試驗機；SZ-145型砂漿稠度儀；I-Cal型水化微量熱儀。

1.2 醚類聚羧酸保塑劑的合成

在配制有溫度計、回流冷凝器的四頸燒瓶中加入單體烯丙基聚氧乙烯醚(占單體總量的81.7%)和部分水，水浴加熱至80 ℃，分別滴加引發(fā)劑過硫酸銨溶液(用量3%)和馬來酸酐(用量10.4%)、丙烯酸(用量6.5%)、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸(用量1.4%)及鏈轉移劑甲基丙烯磺酸鈉(用量1%)混合水溶液，滴加時間3 h。滴加完成后繼續(xù)保溫3 h，冷卻后加堿液調整pH至6～7，得醚類聚羧酸保塑劑。

1.3 砂漿性能測試

砂漿的稠度、保水率測試按照JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能的試驗方法標準》進行測試。保塑性能的測試方法：將拌和均勻的砂漿置于不吸水的塑料桶中，加蓋密封，置于(20±1)℃的環(huán)境中，消除溫度因素及儲存條件對砂漿性能的影響。存放12 h后將砂漿取出，重新測量砂漿稠度。水化熱性能采用水化微量熱儀測定，按水膠比0.5，恒定溫度25 ℃，測量時間168 h，計算試樣的放熱速率和累積放熱量。

2 結果與討論

2.1 保塑劑的FTIR分析

圖1為保塑劑的FTIR圖，KBr壓片法。

圖1 保塑劑的FTIR圖

2.2 保塑劑對濕拌砂漿稠度損失的影響

2.2.1 保塑劑聚合溫度對濕拌砂漿稠度損失的影響 固定單體的配比及鏈轉移劑和引發(fā)劑的用量，考察不同聚合溫度下保塑劑對砂漿性能的影響，保塑劑摻量1%(下同)，結果見圖2。

圖2 聚合溫度對濕拌砂漿稠度損失的影響

由圖2可知，隨著聚合溫度的增加，新拌砂漿稠度受溫度影響不大，保持穩(wěn)定在100～110 mm范圍，在聚合溫度為70 ℃時達到最大值109.5 mm。存放12 h后，砂漿的稠度隨著聚合溫度的增加，呈先增加后降低的趨勢，并在80 ℃時達到最大102 mm。稠度損失率也隨溫度升高而降低。保塑劑合成的聚合反應速率受自由基濃度影響，而溫度升高有助于加速引發(fā)劑的分解及自由基的生成。適當?shù)纳邷囟扔欣诒Ｋ軇┑暮铣?，而過高的反應溫度也會使分子鏈交聯(lián)或大分子鏈斷裂，性能有所下降。綜合考慮砂漿稠度以及稠度損失率，聚合反應溫度為80 ℃。

2.2.2 保塑劑中引發(fā)劑用量對濕拌砂漿稠度損失的影響 固定聚合溫度單體的配比及鏈轉移劑的用量，考察引發(fā)劑用量、對砂漿性能的影響，結果見圖3。

圖3 引發(fā)劑用量對濕拌砂漿稠度損失的影響

由圖3可知，當引發(fā)劑用量低時，砂漿稠度偏低，隨著引發(fā)劑用量的增加，新拌砂漿稠度和存放12 h后砂漿稠度總體上均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，引發(fā)劑用量4%時達到最大值，新拌砂漿稠度106.5 mm，保存12 h后稠度91 mm。砂漿稠度及砂漿稠度損失率在引發(fā)劑用量4%時性能最佳。

隨著引發(fā)劑用量的變化，反應過程中自由基濃度也會產(chǎn)生相應的變化。當自由基濃度低時，合成的保塑劑分子鏈較長，體系粘度大，易產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象且不利于分散。隨著引發(fā)劑用量增加，合成的保塑劑分子量降低，體系粘度下降，分散性逐漸提升，砂漿稠度升高，但當引發(fā)劑用量過高時會導致分子鏈過短，主鏈所帶的負電基團較少，靜電斥力較小，影響保塑劑在水泥中的分散能力。

2.2.3 保塑劑中鏈轉移劑用量對濕拌砂漿稠度損失的影響 在確定聚合溫度和引發(fā)劑用量的最優(yōu)合成條件下，固定單體的配比，考察鏈轉移劑用量對砂漿性能的影響，結果見圖4。

由圖4可知，隨著鏈轉移劑用量的增加，砂漿稠度基本呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。當鏈轉移劑用量為1%時，新拌砂漿稠度和存放12 h后砂漿稠度及砂漿稠度損失率最佳。這是由于隨著鏈轉移劑的用量增加，保塑劑分子量逐漸減少，當分子量達到一個合適的范圍內(nèi)，砂漿稠度會達到一個最大值，而當用量過高，保塑劑分子量過低不利于對水泥的分散性及分散保持性。

圖4 鏈轉移劑用量對濕拌砂漿稠度損失的影響

2.3 保塑劑與緩凝劑復配對濕拌砂漿性能的影響

為了研究保塑劑和緩凝劑對濕拌砂漿性能的影響，測試1%摻量保塑劑與0.1%摻量緩凝劑蔗糖單摻，以及0.5%保塑劑和0.1%蔗糖復配制備濕拌砂漿性能，結果見表1。

表1 保塑劑及緩凝劑對濕拌砂漿性能的影響

由表1可知，當單獨摻入緩凝劑時，砂漿新拌稠度為90 mm，保水率為84.1%，表觀密度為2 245 kg/m3，砂漿稠度、保水率與表觀密度相對空白組無明顯變化，且存放12 h后稠度為55 mm，失去塑性，無法使用。當摻入1%的保塑劑時，砂漿的稠度和保水率明顯增加，表觀密度明顯下降，且放置12 h后，砂漿稠度依然保持在98 mm，具有良好的施工性能。當摻入保塑劑與蔗糖復配使用時，砂漿的稠度和保水率同樣得到了提升，稠度、保水率與表觀密度相比保塑劑單摻效果相差不大。通過蔗糖的復配，可適當減少保塑劑的摻量，且有利于根據(jù)施工要求的存放時間調整濕拌砂漿的配比。

2.4 保塑劑與緩凝劑對水泥水化放熱性能影響

水泥水化放熱大小、放熱速率直接影響了砂漿的工程質量。特別是對于濕拌砂漿需要在拌合后保持一定時間的塑性，水化放熱速率會影響砂漿稠度損失速率及施工性能。分別將保塑劑、蔗糖緩凝劑和復配后外加劑的水泥凈漿進行7 d水泥水化放熱測試，結果見圖5。

圖5 保塑劑與緩凝劑對水泥水化放熱影響

由圖5中放熱曲線可以看出，空白樣的早期放熱速率峰值最高，8.6 h達到最大放熱速率；摻入保塑劑樣的放熱速率峰值降低不明顯，比空白樣放熱峰值降低12.7%，16.7 h達到放熱速率峰值。當有緩凝劑組分摻入時，水泥水化加速期的放熱速率明顯減緩，單摻蔗糖樣比空白樣放熱速率峰值降低59.3%，復摻保塑劑和蔗糖樣比空白樣放熱速率峰值降低70.1%。單摻保塑劑樣7 d水化放熱總量比空白樣降低4.2%，摻入緩凝劑的蔗糖樣及復配樣水化減速期的放熱速率降低緩慢，7 d放熱總量較空白樣放熱總量降低11.3%和6.8%。保塑劑和緩凝劑的摻入降低了水泥早期水化放熱的峰值，延緩了放熱峰的出現(xiàn)時間，有利于濕拌砂漿早期塑性的保持，且后期放熱總量降低不明顯，對砂漿工程質量無明顯影響。

3 結論

(1)聚合溫度、引發(fā)劑用量、鏈轉移劑用量對砂漿稠度的影響均呈先上升后下降的趨勢，對稠度損失率呈先下降后上升的趨勢。保塑劑的最佳合成工藝為：聚合溫度為80 ℃，引發(fā)劑用量占單體總量的3%，鏈轉移劑用量1%。當在濕拌砂漿中摻入1%保塑劑時，12 h稠度損失3%，保水率為91.8%。

(2)摻入保塑劑制備的濕拌砂漿保塑性能優(yōu)異滿足一般工地施工要求，砂漿稠度、保水率及表觀密度得到較大改善。將保塑劑和緩凝劑復配用于濕拌砂漿中可適當減少保塑劑用量，對保塑及其他性能無負面影響。

(3)保塑劑和緩凝劑的摻入降低了水泥早期水化放熱的峰值，延緩了放熱峰的出現(xiàn)時間，有利于濕拌砂漿早期塑性的保持，延長濕拌砂漿存放時間。