聚羧酸减水剂在高强免压蒸混凝土中的应用

2014-03-28张岭盛思仲王晓芳金卫华胡金双

江苏建材 2014年2期

张岭，盛思仲，王晓芳，金卫华，胡金双

（1.南京友西科技有限责任公司，江苏南京 210036；2.江苏龙冠新型材料科技有限公司，江苏南京 211123）

0 引言

复合矿物外加剂[1]是南京友西科技有限责任公司研发的一种适用于高强混凝土的矿物掺合料，采用此复合矿物外加剂后，不用蒸压釜的压蒸工艺就可快速达到混凝土C80的强度指标要求。但复合矿物外加剂的使用也离不开高效减水剂的配合，高强混凝士通常选用聚羧酸高性能减水剂。市场上的聚羧酸高性能减水剂品种很多，但并不是所有的聚羧酸减水剂都适合蒸养，而且适应性也参差不齐，为了取得优良效果，必须使用性能优异且适合蒸养的聚羧酸高性能减水剂。针对管桩厂应用过程中混凝土静停时间长、混凝土强度达不到要求等问题，开展研制了能与复合矿物外加剂相匹配的早强型聚羧酸高性能减水剂的工作。

1 减水剂的选择

在复合矿物外加剂使用过程中，减水剂的选择很重要，试验中选择了南京某预制件厂正在使用的两种聚羧酸减水剂（记代号为PC-1、PC-2），其在不同养护制度下，对混凝土试件强度的影响结果见表1、表2。

表1 不同养护制度下PC-1聚羧酸减水剂对混凝土强度的影响

表2 PC-1和PC-2两种聚羧酸减水剂在管桩中的应用试验

由表1可见，混凝土试件静停10 h，再经蒸养其强度较高，但是试件静停时间较短时（如表1中I、Ⅱ，静停2 h和6 h），蒸养混凝土的强度大幅下降。由此可见，PC-1聚羧酸减水剂对终凝以前混凝土的适应性差，不适合于管桩等快速生产的混凝土构件，而只适合于允许静停时间较长混凝土构件的生产。

选取另一种聚羧酸减水剂样品PC-2，将PC-1和PC-2两种聚羧酸减水剂送管桩厂试验。从表2结果可以看出，PC-1聚羧酸减水剂的应用结果与试验室结果相符（因砂、石料不同而有所波动），验证了PC-1聚羧酸减水剂不适合在终凝前进蒸养池养护。而PC-2聚羧酸减水剂对蒸养的适应性虽然比PC-1要好一些，但仍满足不了试件静停4 h后进行蒸养，并达到规定强度的要求。因此，对聚羧酸减水剂进行了深入研究，通过对聚羧酸的分子结构作一些改进，使之与复合矿物外加剂适应性更好。

2 聚羧酸高性能减水剂分子结构设计

因合成聚羧酸减水剂的可选原料较多[2]，其分子设计的选择性大[3]，可根据不同的要求设计分子结构。最常见的是以-COOH、-SO3H等亲水基团为主链，以大分子的聚氧乙烯基为侧链，形成聚羧酸减水剂。这类减水剂应用在商品混凝土上取得了较好的效果，有些也用于管桩等预制件上，但应用于高强免压蒸复合矿物外加剂上则存在很多问题，如脱模周期长、压蒸后强度偏低等。针对这些问题，设计在分子主链上引入强极性基团羧基、酸酐、酰胺基等[4-5]，侧链仍以大分子单体聚氧乙烯基为主。酰胺基团在碱性介质条件下，能够发生水解反应，释放出具有减水作用的水解产物以达到分散的目的，对保持水泥拌合物有良好作用，并对水泥水化有促进作用，有利于混凝土早期强度的提高[6]。

采用甲基烯基聚氧乙烯醚 OXAB-501（TPEG）、马来酸酐、丙烯酰胺等单体共聚合成聚羧酸高性能减水剂，其分子结构见图1：

图1 环氧树脂自流平地坪施工工艺流程

3 聚羧酸减水剂的合成

3.1 原材料

甲基烯基聚氧乙烯醚：南京扬子奥克化学有限公司，OXAB-501；马来酸酐、丙烯酰胺、双氧水、维生素C及分子量调节剂均为工业级。

3.2 生产方法

在实验室完成了一系列探索实验，并对产品做了水泥净浆流动度和混凝土性能的验证试验，现已投入工业化生产。在配有搅拌装置、测温装置、滴加装置的5 m3的反应釜中加入适量水、甲基烯基聚氧乙烯醚、马来酸酐，加热搅拌使其溶解，温度达到63℃时，加入双氧水，并滴加丙烯酰胺溶液及维生素C和分子量调节剂混合溶液，滴加时间3～4 h，滴加完成后保温2 h，降温至45℃，用32%的液碱中和至pH值为6～7，冷却出料即得到30%浓度的UC-IA聚羧酸高性能减水剂。

3.3 聚羧酸减水剂的性能测试

3.3.1 水泥净浆流动度测试

根据GB 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》对所得产品进行净浆流动度测试，水灰比为0.29。外加剂按固体质量占水泥质量的百分比计算。

3.3.2 混凝土性能试验

混凝土试验根据GB 8076-2008《混凝土外加剂》进行，其中外加剂掺量为0.2%，外加剂按固体质量占胶黏材料质量的百分数。

4 结果与讨论

4.1 水泥适应性试验

在相同掺量情况下，测试了UC-IA聚羧酸减水剂PC-1、PC-2对不同水泥的适应性试验。试验选取了南京地区常见的三种水泥：小野田水泥、中联水泥和中国水泥，进行了水泥净浆流动度测试，试验结果如表3所示。

从表3不同水泥净浆流动度的数据来看，UCIA聚羧酸减水剂与PC-2聚羧酸减水剂相当，都具有良好的保坍性，1 h基本无损失，能满足在低坍落度情况下保持一定的流动性；PC-1的初始净浆流动度较大，但其1 h的损失较大；UC-IA对水泥有较好的适应性，且其经时损失小，能满足混凝土的施工性能要求。

4.2 聚羧酸减水剂在高强免压蒸混凝土中的应用

将UC-IA聚羧酸减水剂和高强免压蒸复合矿物外加剂做管桩生产应用试验，管桩生产过程中先要经蒸汽养护，脱模后再进蒸压釜进行高温压蒸养护。现取消了后者的压蒸工序（即免压蒸），也能达到要求，其结果如表4所示。

从表4可以看出，UC-IA聚羧酸减水剂配制的管桩混凝土试件进入蒸汽养护池内蒸养，4.5 h便接近80 MPa，蒸养9 h后压强更是增长110%以上。对比表1、表2的数据发现，UC-IA用于掺加矿物外加剂的混凝土中，明显优于PC-1和PC-2，真正做到了与复合矿物外加剂的完美结合，并在管桩厂完成了二条Φ400×95×10管桩的生产，其操作性能良好。

目前，多数聚羧酸减水剂对蒸养流程的适应性不佳，需静停10 h以上（混凝土已达到或接近终凝），效果才好。而UC-IA聚羧酸减水剂与生产线上试件的养护条件一致，便可满足C80的强度要求。UC-IA聚羧酸减水剂除用于高强免压蒸混凝土预制件外，还可用于普通蒸养混凝土构件中。

4.3 在蒸养混凝土构件中的应用

江苏龙冠新型材料科技有限公司在地铁管片混凝土中采用了UC-IA聚羧酸减水剂。混凝土管片的养护制度为：浇注后静养2.5 h；升温2 h（由室温升至50℃或55℃）；恒温2 h；降温＞40 min。这就要求混凝土在初凝前蒸养，脱模强度不低于C20，脱模后水养7 d，然后自然养护至28 d出厂。UC-1A聚羧酸减水剂的适应性很好,已在生产线上采用。混凝土配合比见表5。经测定，脱模后混凝土强度为28.0 MPa，自然养护28 d混凝土强度为65.1 MPa，抗渗P＞11,完全满足C50P10的要求。