适应于低强度泵送混凝土聚羧酸的合成及其使用性能.doc

低强度等级泵送混凝土用聚羧酸盐减水剂的研制与应用1前言聚羧酸盐减水剂是继木钙和萘系减水剂后发展起来的第三代高性能混凝土减水剂，其高减水率、高保坍、高体积稳定性、低收缩、高环保、与水泥和掺合料适应性相对较好等特点，得到工程界的青睐。目前已成功的应用到高速铁路、客运专线、大桥、隧道、大坝等特殊工程中。目前国内低强度泵送混凝土以萘系减水剂为主，低强度泵送混凝土所使用的砂石材料存在诸如含泥量较高、级配不合理、砂细度模数小等问题，使用后易出现混凝土坍落度损失大、和易性能较差、易堵泵、强度波动大、干缩值大等缺点，而民用建筑市场是混凝土外加剂应用的主要市场，有必要研制一种能在民用建筑市场推广应用的聚羧酸盐减水剂。本文旨在研制一种聚羧酸盐混凝土减水剂，使其能与质量较差的砂石材料（含泥量较高、级配不合理、细度模数小的细砂）有较好的适应性，进一步拓广聚羧酸盐减水剂的使用范围。2 实验原料及试验设备2.1 合成原料MPEG（分子量为8001300及20002500）；APEG（分子量为5001200及15002200）；浓硫酸；对苯二酚；甲基丙烯酸；丙烯酸甲酯；交联剂；分子量调节剂；引发剂1；引发剂2等。2.2合成工艺2.2.1 酯化将热溶解后的MPEG（分子量为8001300及20002500）及部分甲基丙烯酸加入烧瓶中，搅拌下加入阻聚剂及催化剂，接恒压滴液漏斗及蒸馏装置，调整氮气通入量，保持一定的真空度，升温至130，反应3小时后滴加剩余部分甲基丙烯酸，滴加完后增大氮气的通入量，反应一段时间后抽真空以除去反应副产物，反应结束后冷却产物，加入氢氧化钠水溶液调整其pH=36，得到大单体水溶液。2.2.2 合成将酯化好的大单体水溶液、APEG、交联剂和去离子水加到三颈瓶中，加热溶解后通入氮气保护，滴加甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、分子量调节剂水溶液和引发剂1水溶液，温度升到5070反应3h，再滴加引发剂2水溶液，升温到80100继续反应2h。反应结束后冷却至40用NaOH水溶液（30%）中和pH值为67，得到聚羧酸盐混凝土减水剂PPC。2.3 复配在合成好的PPC基础上，加入适量的缓凝、消泡等组分，研制出适用于低强度等级泵送混凝土的TW-JS高效减水剂（缓凝型）（聚羧酸盐类）。3 性能测试3.1 材料万年青P.O42.5普通硅酸盐水泥，益材F类II级粉煤灰，中联S95级矿粉，细度模数（Mx）为2.1细砂，含泥量分别为1.5%和3.0%；525mm连续级配碎石，自来水、TW-10B高性能泵送剂（萘磺酸盐类）及TW-JS高效减水剂（缓凝型）（聚羧酸盐类）。3.2 试验方法本次试验是在配合比设计参数一致的条件下，将掺聚羧酸盐减水剂泵送混凝土和掺萘系减水剂泵送混凝土进行比对，外加剂掺量根据拌合物性能试验确定，坍落度控制在160180mm。成型试件为150mm×150mm×150mm立方体标准试件，在标准养护室养护，温度控制在(20±2)，湿度95%）。成型的测试混凝土收缩率试件待初凝抹面后，覆盖塑料薄膜，1d拆模，浸水（水温为(20±2)）养护14d，然后移入温度为(20±2)，相对湿度为(60±5)的恒温恒湿养护室。配合比设计参数如表1所示。表1泵送混凝土配合比设计参数方案混凝土强度等级水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)矿粉(kg/m3)砂(kg/m3)碎石(kg/m3)砂率（%）1#C2024649837541085412#C302805588699 1094 393.3 试验结果与分析对1#方案及2#方案分别进行了拌和物性能试验、坍落度损失试验、混凝土收缩试验、力学性能和耐久性能试验，拌和物性能试验及坍落度损失结果见表2，力学性能、收缩性能、耐久性能试验结果见表3。表2泵送混凝土拌和物性能及坍落度损失试验结果编号混凝土强度等级外加剂类型外加剂用量(kg/m3)用水量(kg/m3)坍落度（mm）和易性初始30min粘聚性泌水S1C20TW-JS5.67183205185好无S2C20TW-10B5.67183200130一般少量S3C30TW-JS7.61183200160好无S4C30TW-10B7.61183185120一般少量由表2可知，聚羧酸盐减水剂的和易性能及保坍性能均好于萘系减水剂。首先，这是由于聚羧酸分子结构中聚氧乙烯醇长侧链提供了优异空间位阻效应，防止水泥颗粒的凝聚；同时分子中的酯键在水泥碱性介质中水解，缓慢向水一水泥体系中释放出具有分散功能的低分子量共聚物，补充由于C3A、C4AF消耗的减水剂，使得聚羧酸盐减水剂在极低的掺量下仍具有优异的分散保持能力。其次，由于聚羧酸分子中主链的疏水性和支链中氧原子可与水分子形成较强的氢键，形成立体保护膜，再加上侧链上引入了极性很强的羧基阴离子，通过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用，从而增加混凝土的和易性。表3泵送混凝土力学性能、收缩性能、耐久性能试验结果编号混凝土强度等级外加剂类型抗压强度(MPa)收缩值(10-4)耐久性能R7R287d28d56d电通量(C)S1C20TW-JS17.329.20.80.21450S2C20TW-10B17.128.50.3-1.41850S3C30TW-JS25.841.70.50.11350S4C30TW-10B24.939.30.1-1.61650由表3可知，聚羧酸盐减水剂的力学性能、收缩性能及抗渗性能也均好于萘系减水剂。首先，聚羧酸外减水剂的超分散作用使水泥颗粒的分散更加均匀化，增加了水泥颗粒与水的接触面积，促进水泥水化反应的进行，进而提高混凝土的抗压强度。其次，相对于TW-10B，TW-JS由于具有良好的混凝土粘聚性和保水性，降低了形成脆弱界面过渡区的稀水泥浆的含量，大大减少了过渡区中的原生微裂缝，从而提高了混凝土试件抗氯离子渗透的能力。同时,支链上含有较强的极性基团，使混凝土内部电场分布更加均匀，以及增大了胶凝材料与集料间的粘结力，这使得混凝土结构更为致密，也有利于混凝土抗渗性能的提高。再次，聚羧酸减水剂具有比萘系减水剂更低的界面张力，这有助于减少毛细管负压，进而降低了混凝土的收缩。此外，由于聚羧酸盐减水剂在混凝土中能引进一定数量微小、均匀分布、互不连通的小气泡，也有利于提高混凝土的耐久性、抗收缩等性能。 3.4 高含泥量混凝土试验目前大多聚羧酸盐减水剂对混凝土集料中的含泥量十分敏感，一般来说，当混凝土中细集料的含泥量较高时，将大大影响了聚羧酸盐减水剂在混凝土的使用，表现为减水率下降甚至没有减水率，坍落度损失增大，混凝土后期强度无法增强等。而本试验合成的聚羧酸盐减水剂，不仅适用于低强度泵送混凝土中，且在低强度泵送混凝土中集料含泥量高时也能够有较好的使用性能。以试验方案2#中的配合比设计参数，改用含泥量为3%的细砂，试验结果如表4。表4 高含泥量C30泵送混凝土的试验结果编号外加剂类型砂含泥量（%）外加剂用量(kg/m3)坍落度（mm）和易性抗压强度(MPa)初始30min粘聚性泌水R7R28S3TW-JS1.57.61200160好无25.841.7S4TW-10B1.57.61185120一般少量24.939.3N1TW-JS38.00195170较好无22.639.5N2TW-10B38.0015070一般无21.938.8N3TW-10B38.50210110一般无21.538.3由表4可知，本试验合成的聚羧酸盐减水剂在砂含泥量为3%时，也仍能够在低强度泵送混凝土中使用。根据分析，这可能与聚羧酸分子结构有关，其分子侧链上有长短不一的聚氧乙烯链及特殊的官能团，对混凝土中高含泥量有一定的消耗作用。4 结论1）本试验合成的聚羧酸盐减水剂在低强度泵送混凝土中具有比萘系减水剂更好的使用性能，无论是和易性能，还是抗压强度、抗渗性能、防止收缩等。2）本试验合成的聚羧酸盐减水剂也能够应用于含泥量较高的混凝土中，较好地解决了聚羧酸盐减水剂对砂石料含泥量敏感的问题。3）对于中低强度的混凝土，聚羧酸系高效减水剂也具有成本优势，同种强度等级混凝土每m3可节约48元。参考文献1 李崇智,等.聚羧酸系高性能减水剂的研制极其性能J,混凝土与水泥制品,2002（2）.2 郭延辉，郭京育.聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用M.北京：中国铁道出版社，2007.3 施惠生，孔振平.混凝土外加剂实用技术大全M.北京：中国建材工业出版社作者简介：李香亮，男，1972年出生，高级工程师。联系电话：13328267208。