聚羧酸系泵送剂对混凝土性能的影响

牛晚扬，王宁

（1.沈阳建筑大学材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110168；2.中建商品混凝土西安有限公司，陕西 西安 710116）

聚羧酸系泵送剂对混凝土性能的影响

牛晚扬1，王宁2

（1.沈阳建筑大学材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110168；2.中建商品混凝土西安有限公司，陕西 西安 710116）

采用聚羧酸减水剂、有机胺和无机盐复配了聚羧酸系泵送剂。该泵送剂减水效果好，60min 无坍落度损失，对混凝土促强作用明显。使用该泵送剂的混凝土拌合物工作性能优异，与各种水泥相容。

泵送剂；聚羧酸系减水剂；坍落度；抗压强度

0 前言

聚羧酸系减水剂被称为第三代减水剂，具备掺量少，减水率高、保塑性能好、与水泥相容性好、混凝土收缩小等优点[1]。高性能减水剂的研究和应用是建筑材料科学研究中的一个重要部分，并推动着建筑材料向高强、高性能化不断发展，其中以聚羧酸系减水剂为代表，其分子结构的可调程度比较大，可根据具体要求配制出不同性能的减水剂。本试验所采用的聚羧酸系泵送剂除具有高减水性能（最高减水率可达 25% 以上）、改善混凝土孔结构和密实程度（引入微小气泡，产生滚珠作用）、促进水泥颗粒水化等作用外，还能控制混凝土的引气、缓凝、泌水等问题，且其价格不高于同类萘系泵送剂，对降低混凝土造价具有重要意义[2-5]。本研究采用平行设计的试验方法确定聚羧酸系普通泵送剂的较优复配方案，对拌制的混凝土进行减水性能、保塑性能和各龄期力学性能的测试。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

水泥：沈阳冀东水泥有限公司的 P·O42.5 级水泥。

标准砂：厦门艾斯欧标准砂有限公司的 ISO 标准砂。

碎石：铁岭碎石，颗粒级配连续为 5～25mm。

减水剂：某公司生产的聚羧酸减水剂（醚类）。

其他化学品：试验中选用外加剂缓凝组分、早强组分见表 1。

表 1 其他化学品组分

1.2 试验方法

保证水灰比不变，进行坍落度试验，与基准混凝土坍落度相比较，计算坍落度增加值，精确到 1mm。分别保塑30min、60min，测其坍落度值，精确到 1mm；混凝土抗压强度试件尺寸为 100mm×100mm×100mm，试件成型 1d 拆模，密封养护，标准养护至规定龄期取出，分别测试 3d、7d和 28d 抗压强度，计算混凝土抗压强度比。

1.3 试验配合比

配合比中，水泥用量为 400kg，砂率为 43%，各配方泵送剂掺量均为 1.8%；调整基准混凝土坍落度为(100±10)mm，确定用水量。

2 试验结果与分析

聚羧酸系普通泵送剂复配的试验方案及试验结果如表2、表 3 所示。表中复配方案以各组分百分比表示，聚羧酸减水剂以 M 表示。

聚羧酸减水剂本身具有较好的保塑效果，且具一定促强作用。由表 3 中数据可知，聚羧酸系普通泵送剂相对于冀东 P·O42.5 级水泥来说，单一缓凝组分效果较差，缓凝组分的二次减水效果、促强效果较不明显，其中磷酸盐类的 G、H 效果尤其不佳，这是因为磷酸盐与聚羧酸高效减水剂相容性不好。B、D、E、F 组分与聚羧酸高效减水剂复配后，和磷酸盐有一定的共性，不足取。25%M +1.5%C 配方虽然减水效果、保塑性、促强效果较佳，但混凝土拌合物和易性不够好，粘聚性、保水性较差，且随 C 组分含量的增加越发明显，甚至发生缓凝现象。25%M +1%C+0.5%E 配方效果较佳，但混凝土拌合物过于粘稠，试验中存在粘搅拌锅现象，显然不利于混凝土的泵送。

综上，较佳的复配方案为 25%M+1.5%C+0.5%F 和25%M+1.5%C+0.5%A 两个配方。由于 A 组分的掺加在生产工艺上较困难，所以初步确定 25%M+1.5%C+0.5%F 为聚羧酸系泵送剂最佳复配方案。该方案中，虽然 C 组分的掺入易引起混凝土拌合物粘聚性变差，但 F 组分的加入有效地弥补了 C组分的缺点。二者复配后的二次塑化作用十分显著，有效提高了泵送剂总体减水率，且保塑效果极佳，对促进混凝土各龄期强度增长作用明显。

将 25%M+1.5%C+0.5%F 配方和萘系普通泵送剂进行对比试验，对比试验结果如表 4 所示。

聚羧酸系泵送剂中的聚羧酸减水剂除了具有分散机理外，同时拥有萘系不具有的立体位阻作用。聚羧酸减水剂主要通过立体位阻效应对水泥粒子起分散与保持分散的作用。立体位阻效应是空间效应的一种，其影响强弱主要依赖于相关基团的大小、形状、位置和空间的伸展方向。如果接枝链长度与水泥基体空腔深度相匹配的程度较好，则可起到更好的空间填充或调节作用。聚羧酸减水剂是一种接枝共聚物，属于多支链结构，由于减水剂分子在水泥颗粒表面上受齿轮型或引线型吸附、静电力作用以及 PEO 接枝链的位阻作用，使水泥粒子保持良好的分散状态，不同分子量的减水剂分子通过竞争吸附，大分子量的分子因具有更多的强极性或非极性基团，吸附点相对较多，能够在极短时间内锚固在水泥颗粒表面上，低分子量的减水剂分子则缓慢地被吸附。同时，聚羧酸减水剂使水泥粒子间呈现立体式、交错纵横式，这种立体的静电斥力 Zeta 电位经时变化小，因此坍落度损失小。聚羧酸系聚合物本身对水泥有较为显著的缓凝作用，主要由于羧基充当了缓凝成分，R-COO- 与 Ca2+离子作用形成络合物，降低溶液中的 Ca2+离子浓度，延缓 Ca(OH)2形成结晶，减少 C-H-S 凝胶的形成，延缓了水泥水化。

表 2 聚羧酸系泵送剂的复配试验方案

表 3 聚羧酸系泵送剂的试验结果

表 4 聚羧酸系泵送剂与萘系泵送剂对比试验研究

3 聚羧酸系泵送剂在不同强度等级混凝土中的应用研究

采用聚羧酸系普通泵送剂和萘系普通泵送剂对比试验，研究分析两种泵送剂在 C10～C50 强度等级混凝土中应用的优劣性。

由表 5 和图 1 可知，除 C10 混凝土中聚羧酸系普通泵送剂掺量略高于萘系普通泵送剂掺量外，其他等级混凝土中聚羧酸系普通泵送剂掺量都具有优势，而且C30等级以上优势越明显；聚羧酸系普通泵送剂的保塑效果要优于萘系普通泵送剂，对混凝土促强作用也优于萘系普通泵送剂；聚羧酸系泵送剂成本不高于同类萘系泵送剂，因此其综合性价比较高。

表 5 不同泵送剂在 C10～C50等级混凝土中应用试验方案及结果

图 1 聚羧酸系泵送剂和萘系泵送剂对不同强度等级混凝土性能的影响

4 结论

（1）采用聚羧酸减水剂、有机胺和无机盐复配的试验方案，确定了聚羧酸系泵送剂的配方。最佳复配方案为：25%聚羧酸减水剂 +1.5% 羟基羧酸盐 +0.5% 有机胺组分。

（2）复配的聚羧酸系泵送剂减水效果好，坍落度增加值达 135mm；保塑优异，60min 几乎无坍落度损失；对混凝土促强作用明显，3d 抗压强度比达 155%，7d 抗压强度比达147%，28d 抗压强度比达 132%。

（3）不同强度等级混凝土中，聚羧酸系泵送剂与萘系泵送剂相比，具有显著优势。混凝土强度等级越高，则聚羧酸系泵送剂的掺量优势越明显；掺聚羧酸系泵送剂的混凝土拌合物和易性优异，60min 坍落度损失较小。

[1] 于红梅，于良，闫新，等．聚羧酸系泵送剂在商品混凝土中的试验研究和生产应用[J]．辽宁建材，2009(6)：31-32.

[2] 周志威，吕生华，李芳．聚羧酸系高效减水剂的研究进展[J]．化学建材，2006(04)：34-39．

[3] 冉千平，游有鲲，周伟玲．聚羧酸类高效减水剂现状及研究方向[J]．新型建筑材料，2001(12)：25-27.

[4] 张玲．聚羧酸高效减水剂的试验研究[J]．安阳大学学报，2004(03)：18-21．

[5] 王立久，卞利军，曹永民．聚羧酸系高效减水剂的研究现状与展望[J]．材料导报，2003(02)：46-48.

[6] 张瑞艳．聚羧酸系高效减水剂的合成及作用机理研究[D].北京工业大学，2005．

[7] 王会安．聚羧酸系高效减水剂的试验研究[D]．西安建筑科技大学，2007．

[8] 邓君．聚羧酸系高效泵送剂与萘系泵送剂性能对比试验[J].四川建筑，2009,29(3)：225-226．

[通讯地址]沈阳市浑南东路 9 号沈阳建筑大学（110168）

牛晚扬（1965－），男，副教授。主要从事化学教学及土木工程材料实验研究工作。