馮啟彪，孟淵，楊發(fā)貴，苗國(guó)元

（1.蘭州宏方新型建材科技有限公司，甘肅蘭州 730020；2.甘肅省建材科研設(shè)計(jì)院，甘肅蘭州 730000）

0 概述

聚羧酸系高性能減水劑具有高減水、增強(qiáng)及分散性好等優(yōu)勢(shì)，成為混凝土配制必不可少的關(guān)鍵材料之一，是當(dāng)前高性能混凝土領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[1]。

日本觸媒、德國(guó)BASF和美國(guó)GRACE等公司一直處于聚羧酸減水劑技術(shù)領(lǐng)域的前沿水平，擁有多種功能類(lèi)型的高性能產(chǎn)品，在國(guó)際市場(chǎng)上占據(jù)大量的市場(chǎng)份額。近些年，聚羧酸減水劑在國(guó)內(nèi)的發(fā)展相當(dāng)迅速，自2010年之后，聚羧酸減水劑在工程領(lǐng)域普遍使用。但長(zhǎng)期以來(lái)，聚羧酸減水劑與混凝土原材料之間存在著嚴(yán)重的適應(yīng)性問(wèn)題[2-3]，特別是對(duì)砂石料泥含量等環(huán)境條件敏感性強(qiáng)，適應(yīng)性差。在實(shí)際工程中表現(xiàn)為減水率與保坍性能波動(dòng)較大。對(duì)混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸以及泵送施工帶來(lái)諸多不確定因素，直接影響到混凝土強(qiáng)度與工程質(zhì)量問(wèn)題。

本項(xiàng)目研究利用功能小單體合成一種具有抗泥性能的聚羧酸高性能減水劑，可有效緩解砂石料含泥量帶來(lái)的負(fù)面影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料及主要儀器設(shè)備

（1）合成用材料

聚醚大單體：相對(duì)分子質(zhì)量2400，工業(yè)級(jí)；功能小單體：不飽和二元羧酸，工業(yè)級(jí)；丙烯酸：工業(yè)級(jí)；鏈轉(zhuǎn)移劑：分析純；Vc：食藥級(jí)；雙氧水：濃度27%。

（2）測(cè)試用材料

水泥：祁連山P·O42.5水泥；石子：建筑用碎石，性能符合GB/T 14685—2011《建設(shè)用卵石、碎石》要求，公稱(chēng)粒徑5～40 mm；砂：性能符合GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》規(guī)定的中砂指標(biāo)要求，細(xì)度模數(shù)3.3，含泥量6%；粉煤灰：性能符合GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中規(guī)定的Ⅲ級(jí)指標(biāo)要求。砂、石和粉煤灰均由甘肅祁連山商品混凝土攪拌站提供。對(duì)比基準(zhǔn)樣：蘭州宏方新型建材科技有限公司生產(chǎn)的HF-183緩凝型聚羧酸高性能減水劑，性能符合GB/T 8076—2008《混凝土外加劑》要求，固含40%。

（3）主要儀器設(shè)備

DRHH-1數(shù)顯恒溫水浴鍋；BF400H蠕動(dòng)泵；JJ-10精密電動(dòng)攪拌器；ME204E分析天平；NJ-160B型水泥凈漿攪拌機(jī)；HJW-60型混凝土攪拌機(jī)；HD-G815型紅外光譜分析儀等。

1.2 試驗(yàn)方案

固定聚醚大單體用量為165 g不變，對(duì)其它材料組分進(jìn)行L16（45）正交試驗(yàn)，因素水平設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

1.3 合成工藝

滴加料分A料和B料，A料為丙烯酸水溶液，B料為鏈轉(zhuǎn)移劑和Vc的混合水溶液。底料的配制是在常溫條件下向四口燒瓶中加入一定量的純凈水、聚醚大單體和功能小單體，充分?jǐn)嚢枞诨?。然后加入雙氧水，攪拌均勻后于（16±3）℃開(kāi)始滴加A料和B料，滴加時(shí)間為3 h。滴加反應(yīng)完成后繼續(xù)攪拌1 h，并加入適量的水和NaOH溶液，攪拌均勻，即制得固含量40%的減水劑母液。

1.4 性能測(cè)試方法

混凝土試驗(yàn)按GB/T 8076—2008進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)混凝土配合比（kg/m3）為：m（水泥）∶m（石）∶m（砂）∶m（粉煤灰）∶m（水）∶m[減水劑（固含量40%）]=400∶970∶860∶50∶170∶0.2。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析（見(jiàn)表2）

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

由表2可見(jiàn)：

（1）各因素對(duì)減水率影響大小排序?yàn)椋罕┧嵊昧?功能小單體用量>雙氧水用量>Vc用量>鏈轉(zhuǎn)移劑用量，說(shuō)明在該工藝配料條件下，丙烯酸和功能小單體對(duì)減水率的影響最顯著。且減水率與丙烯酸用量成正比關(guān)系，與功能小單體的用量成反比關(guān)系。說(shuō)明在適宜的引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑配料條件下，酸醚比對(duì)減水率的大小起著決定性的作用。

（2）對(duì)1 h坍落度損失進(jìn)行測(cè)試結(jié)果表明，采用含泥量為6%的砂配制混凝土?xí)r，在高含泥量條件下混凝土試樣1 h坍落度損失整體較小，最小值為0。說(shuō)明該配料體系合成的減水劑對(duì)泥含量敏感性低，含泥量對(duì)其減水效果及1 h坍落度損失的影響較小。

各因素對(duì)混凝土1 h坍落度損失影響大小排序?yàn)椋汗δ苄误w用量>丙烯酸用量>Vc用量>鏈轉(zhuǎn)移劑用量>雙氧水用量。說(shuō)明功能小單體用量對(duì)混凝土坍落度損失的影響起著決定性的作用，隨功能小單體用量增加混凝土坍落度損失減小。

（3）各因素對(duì)混凝土28 d抗壓強(qiáng)度影響的大小順序?yàn)椋罕┧?功能小單體>雙氧水>Vc>鏈轉(zhuǎn)移劑。在實(shí)驗(yàn)室條件下，混凝土試件成型時(shí)間短，1 h坍落度損失對(duì)混凝土28 d抗壓強(qiáng)度的影響較小，28 d抗壓強(qiáng)度與減水率的變化趨勢(shì)相近。

綜上，本研究針對(duì)高含泥量的砂石料，以減小坍落度損失為主要目標(biāo)，同時(shí)兼顧減水率和28 d抗壓強(qiáng)度2項(xiàng)性能指標(biāo)，最佳配料方案為：A3B4C1D3E3。將該研究方案投入中試生產(chǎn)，合成抗泥型聚羧酸高性能減水劑。

2.2 中試產(chǎn)品抗泥性能測(cè)試與分析

試驗(yàn)選取6家商品混凝土站的原材料進(jìn)行混凝土配制試驗(yàn)，不同商品混凝土站所用水泥、粉煤灰、石和砂來(lái)源均不同，砂的含泥量分別為6%、8%、7%、9%、6%和5%，依次對(duì)應(yīng)表3中的1#～6#混凝土試樣。以1 h坍落度損失及其離散性來(lái)評(píng)價(jià)減水劑的抗泥效果，測(cè)試結(jié)果與數(shù)據(jù)分析如表3所示。

表3 中試減水劑產(chǎn)品的減水率和1 h坍落度損失

從表3可以看出，與緩凝型聚羧酸高性能減水劑HF-183相比，研制的抗泥型聚羧酸高性能減水劑具有減水率高和坍落度損失小的顯著優(yōu)勢(shì)。通過(guò)變異系數(shù)分析可知，抗泥型聚羧酸減水劑的減水率和坍落度損失離散性相對(duì)較小，變異系數(shù)均小于摻HF-183的混凝土。表明該產(chǎn)品對(duì)不同含泥量的砂具有較好的適應(yīng)性，同時(shí)也對(duì)不同廠家的水泥和粉煤灰同樣具有較好的適應(yīng)性。

2.3 紅外光譜分析

采用紅外光譜分析儀對(duì)中試生產(chǎn)的抗泥型聚羧酸高性能減水劑的特征結(jié)構(gòu)官能團(tuán)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 合成減水劑的紅外光譜

從圖1可以看出，3451.62 cm-1處為羥基O—H的伸縮振動(dòng)，2887.01 cm-1處為C—H的伸縮振動(dòng)峰，1730.64 cm-1處為羧酸酯C=O的伸縮振動(dòng)峰，1244.21、1283.76處為酯C—O—C的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的2個(gè)較強(qiáng)峰，進(jìn)一步證明了羧酸酯的存在。而酯基在混凝土堿性條件下會(huì)逐步發(fā)生水解，生成具有分散性能的聚羧酸分子，進(jìn)而發(fā)揮空間位阻作用，因此，該減水劑的分散作用可以長(zhǎng)時(shí)間保持[4]。

3 結(jié)論

（1）利用功能小單體合成含有小分子結(jié)構(gòu)和酯基結(jié)構(gòu)的減水劑產(chǎn)品，對(duì)提高減水劑的抗泥性能和保坍性能具有顯著的作用。

（2）通過(guò)變異系數(shù)比對(duì)研究發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品適應(yīng)性良好，可有效解決減水劑與混凝土基材的相容性問(wèn)題。

（3）該產(chǎn)品可以配制流動(dòng)性、粘聚性以及保坍性能良好的混凝土。

（4）西部地區(qū)干旱少雨，砂石料含泥量普遍超標(biāo)，該項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)改善混凝土的工作性能，提高混凝土質(zhì)量和工程質(zhì)量具有重要意義。