郭鵬飛，余燕華，黃永毅

（廈門路橋翔通建材科技有限公司，福建 廈門 361101）

0 前言

隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境、效率等要求的提高，對(duì)混凝土的性能提出了更高的要求[1]。在混凝土的組成中砂的分量占比較大，近年來，隨著各種混凝土工程的增加，砂石的需求也越來越大，優(yōu)質(zhì)砂石原料越來越少，且因?yàn)榄h(huán)保的高要求、高標(biāo)準(zhǔn)，使得天然砂等被限制開采[2]。因此，催生出一批抗泥減水劑[3]、抗泥犧牲劑[4]等混凝土外加劑，但這類產(chǎn)品沒有統(tǒng)一的規(guī)格、性能要求，質(zhì)量良莠不齊且數(shù)量眾多。當(dāng)這類產(chǎn)品與減水劑配合使用時(shí)常會(huì)引起混凝土凝結(jié)時(shí)間過長、性能不穩(wěn)定等問題，而且一般犧牲劑的成本較高，不利于大面積使用[5]。

本研究通過分子設(shè)計(jì)，在聚羧酸減水劑分子中引入抗泥單體如磷酸酯、氯化銨等，通過抗泥單體的強(qiáng)吸附作用，在減水劑發(fā)揮減水作用時(shí)，優(yōu)先對(duì)泥土分子進(jìn)行吸附，以減少減水基團(tuán)的損失，起到抗泥保坍效果。通過凈漿、砂漿和混凝土試驗(yàn)，研究其抗泥效果，同時(shí)與市售抗泥保坍型聚羧酸減水劑的性能進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證其抗泥保坍效果。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）合成原材料

丙烯酸（AA）：聚醚大單體（HPEG，Mn=2400）；抗泥單體：二甲基二烯丙基氯化銨（KBE）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS，KBA）、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨（KBJ）和自制液體磷酸酯（KBL）；巰基乙醇、過硫酸銨、雙氧水（27.5%）、丙烯酸羥乙酯、30%氫氧化鈉溶液、甲苯、五氧化二磷、偶氮二異丁氰：以上原料均為工業(yè)級(jí)；維生素C（Vc）：食品級(jí)。

（2）試驗(yàn)材料

水泥：海螺P·O42.5水泥，其主要化學(xué)成分如表1所示，物理性能如表2所示；鈉基蒙脫土：密度1.56 g/cm3，蒙脫石含量≥85%，濰坊鴻翔膨潤土廠；標(biāo)準(zhǔn)砂：廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司；機(jī)制砂、河砂：粒徑0.35～0.5 mm；石：粒徑5～25 mm，廈門路橋翔通股份有限公司翔安分公司；普通聚羧酸減水劑：LQ-908M，固含量50%，減水率18%，廈門路橋翔通建材科技有限公司；保坍型聚羧酸減水劑：LQ-903B，固含量40%，廈門路橋翔通建材科技有限公司；抗泥型聚羧酸減水劑，KNS，固含量40%，武漢奧克技術(shù)有限公司。

表1 水泥的主要化學(xué)成分 %

表2 水泥的基本物理性能

1.2 抗泥單體磷酸酯（KBL）的制備

取一定量的丙烯酸羥乙酯加入到四口燒瓶中，加入甲苯為帶水劑，滴加一定量的五氧化二磷水溶液，以偶氮二異丁氰為催化劑，在130℃下進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)12～48 h，攪拌降溫至室溫，再減壓蒸餾，得到抗泥單體磷酸酯KBL。

1.3 抗泥保坍型聚羧酸減水劑的合成

在四口燒瓶中加入底料HPEG和水，攪拌均勻，于常溫滴加A液和B液，以丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、抗泥單體的混合溶液為A液，以巰基乙醇、Vc的混合水溶液為B液，A液滴加時(shí)間2 h，B液滴加時(shí)間2.5 h，滴加完畢后熟化1 h，攪拌反應(yīng)得到共聚產(chǎn)物，再用堿液中和pH值至弱酸性，即得到抗泥保坍減水劑（固含量40%）。

1.4 性能測試方法

（1）水泥凈漿流動(dòng)度：根據(jù)GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試。

（2）水泥膠砂流動(dòng)度、強(qiáng)度按照GB/T 17671—1999《普通水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行測試，分析抗泥保坍減水劑對(duì)膠砂力學(xué)性能的影響。

（3）混凝土工作性能和力學(xué)性能：按照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》及GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同抗泥單體對(duì)合成減水劑抗泥保坍性能的影響

以摻采用不同抗泥單體合成減水劑的水泥凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度，評(píng)價(jià)不同抗泥單體在不同含泥量下的保坍性能，含泥量以鈉基蒙脫土摻量占水泥質(zhì)量百分比計(jì)，摻采用不同抗泥單體合成減水劑在不同含泥量時(shí)的凈漿流動(dòng)度如表3所示。

表3 摻不同抗泥單體合成減水劑水泥凈漿在不同含泥量下的流動(dòng)度

由表3可見：在不同含泥量下，摻合成減水劑KBL（磷酸酯）、KBE（二甲基二烯丙基氯化銨）、KBA（AMPS）、KBJ（甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨）、KNS和普通聚羧酸保坍減水劑LQ-903B的凈漿流動(dòng)度各不相同。其中以摻KBL、KNS和LQ-903B的水泥凈漿初始流動(dòng)度較大，0.5 h流動(dòng)度還有所增大，這是由于減水劑中的丙烯酸羥乙酯在水化初期保留水分子，在0.5 h后緩慢釋放，使得凈漿流動(dòng)度有所增大；而其他減水劑沒有，說明這些抗泥單體對(duì)丙烯酸羥乙酯有負(fù)面作用，使得保坍作用有所減弱，凈漿流動(dòng)度減小。當(dāng)含泥量較高時(shí)（5%），摻KBL和LQ-903B的凈漿在0.5 h時(shí)仍能保持較好的流動(dòng)性，而摻KBJ、KBA、KBE的凈漿0.5 h流動(dòng)度均在130 mm以下，流動(dòng)性差，經(jīng)時(shí)流動(dòng)度損失較大。表明KBL具有較好的抗泥性。同時(shí)摻KBL和LQ-903B的0.5 h凈漿流動(dòng)度均大于摻市售抗泥型聚羧酸減水劑KNS的，說明自制的磷酸類抗泥保坍減水劑具有優(yōu)異的抗泥保坍性。

2.2 不同抗泥單體合成減水劑對(duì)砂漿性能的影響

取12 g普通聚羧酸減水劑LQ-908M加10 g抗泥保坍減水劑加水稀釋至100 g（固含量10%），攪拌均勻備用，摻量為水泥質(zhì)量的1.2%，砂的含泥量為3%（鈉基蒙脫土占標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量百分比）。通過砂漿流動(dòng)度和強(qiáng)度評(píng)價(jià)普通聚羧酸減水劑與抗泥保坍型聚羧酸減水劑的相容穩(wěn)定性，測試不同抗泥保坍減水劑與普通聚羧酸減水劑LQ-908M復(fù)配時(shí)對(duì)水泥砂漿流動(dòng)性和強(qiáng)度的影響，M10砂漿的配合比如表4所示，測試結(jié)果如表5所示。

表4 M10砂漿配合比 g

表5 不同抗泥單體合成抗泥保坍減水劑與LQ-908M復(fù)配對(duì)砂漿性能的影響

由表5可見：

（1）在相同含泥量下，摻合成減水劑KBL和LQ-903B的砂漿流動(dòng)性較好，1 h流動(dòng)度損失也較小，說明這2種抗泥保坍型聚羧酸減水劑與普通聚羧酸減水劑LQ-908M有較好的相容性。

（2）在砂漿養(yǎng)護(hù)早期（7 d），砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度大小排序?yàn)椋篖Q-903B>KBL>KNS>KBE>KBA>KBJ>基準(zhǔn)砂漿，說明減水劑對(duì)砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度有一定影響，其中以LQ-903B、KBL和KNS對(duì)砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度影響較大；隨著齡期的延長（14 d），砂漿的抗壓強(qiáng)度有所增長，砂漿的14 d抗壓、抗折強(qiáng)度大小排序?yàn)椋篕BL>LQ-903B>KNS>KBE>KBA>KBJ>基準(zhǔn)砂漿，說明合成的磷酸酯類抗泥保坍聚羧酸減水劑對(duì)砂漿后期強(qiáng)度有增強(qiáng)作用，與普通聚羧酸減水劑有較好的相容性。

2.3 混凝土應(yīng)用試驗(yàn)

優(yōu)選性能較好的抗泥保坍聚羧酸減水劑KBL、KNS、LQ-903B進(jìn)行不同含泥量下的混凝土應(yīng)用性能對(duì)比試驗(yàn)，測試抗泥保坍減水劑對(duì)混凝土工作性能及力學(xué)性能的影響。取60 g聚羧酸減水劑LQ-908M加50 g抗泥保坍減水劑加水稀釋至500 g（固含量10%），C30混凝土的基礎(chǔ)配合比如表6所示。含泥量按鈉基蒙脫土占機(jī)制砂的質(zhì)量百分比計(jì)，混凝土性能測試結(jié)果如表7所示。

表6 C30混凝土的基礎(chǔ)配合比 kg/m3

表7 混凝土性能測試結(jié)果

由表7可見：

（1）摻抗泥保坍聚羧酸減水劑的混凝土試驗(yàn)結(jié)果與水泥砂漿試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。隨著含泥量的增加，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度均隨之減小，說明泥土對(duì)混凝土的工作性能影響較大；在高含泥量下，混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯降低。

（2）摻合成磷酸酯類聚羧酸減水劑KBL的混凝土在含泥量為3%～10%范圍內(nèi)均表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性，其工作性能優(yōu)于摻LQ-903B、KNS的混凝土，且其混凝土強(qiáng)度也高于摻LQ-903B、KNS的混凝土。

3 結(jié)論

（1）在自由基反應(yīng)過程中，通過引入不同抗泥單體合成4種抗泥保坍型減水劑。通過不同抗泥單體對(duì)比合成試驗(yàn)表明，采用自制含磷酸酯抗泥單體時(shí)合成的聚羧酸減水劑具有更佳的抗泥保坍性能。

（2）通過在不同含泥量下的凈漿、砂漿和混凝土試驗(yàn)，將合成減水劑與市售保坍型聚羧酸減水劑的性能進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，所合成的磷酸酯類抗泥保坍聚羧酸減水劑具有優(yōu)異的抗泥、保坍效果，且對(duì)混凝土有一定的增強(qiáng)作用，可在一定程度上降低高含泥量帶來的負(fù)面影響。