聚羟酸减水剂掺量对净浆流动度的影响

翁家瑞

(武夷学院 土木工程与建筑学院，福建 武夷山 354300)

聚羟酸减水剂(简称pc)是以带有羟基、磺酸基、羟基、聚氧化烯基链节等活性基团的不饱和可聚合单体为原料，经直接共聚法、聚合后功能化法或原位聚合与接枝法制得的第三代减水剂。［1，2］本研究以聚羧酸减水剂的掺量为参数，研究了其对水泥净浆、水泥砂浆的宏观试验和XRD 细观试验的影响。并对比了同掺量时宏观试验结果和细观试验结果。

1 试验方案

1.1 原材料

减水剂:江苏苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，减水剂为透明的纯母液，固含量为20%。

表1 水泥的化学组成

水:符合JGJ63 混凝土拌和用水的技术要求。胶砂:厦门艾思欧标准砂有限公司生产的标准砂。水泥:江西万年青水泥股份有限公司生产的P. O 42.5 级普通硅酸盐水泥，该水泥的细度为1.66% (80μm 筛余)，比表面积353m2/kg，烧失量为1.27，水泥的化学组成详见表1，水泥的其它性能均符合GB175－2007 《通用硅酸盐水泥》的相关要求。

1.2 试验配合比及试验方法

根据聚羧酸减水剂掺量(以固体含量占水泥用量的百分数计)进行了6 组水泥净浆试验。水泥净浆试验的配合比详见表2。

水泥净浆流动度试验:按照GB/T 8077－2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》采用截锥试模测定各组水泥浆体的流动度，截锥试模尺寸为高度60mm，上口内径70mm，下口内径100mm，水泥净浆的测定龄期为0、0.25h、0.5h、1h、2h。

从龄期为1d 的J1、J3、J5 净浆试块和龄期为3d 的J3 净浆试块中，分别取出小块试样，并研磨成粉末后进行X 射线衍射测试。［3］X 射线衍射仪器参数:工作电压0kV，2θ 角扫描范围为5° ～60°(大于60°时，仅SiO2等有较小的衍射峰，故略去)，连续扫描速度为0.002° ～10°/min。

表2 水泥净浆的试验配合比

水泥净浆的初、终凝时间参考GB/T 1346－2011 《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》用维卡仪进行测定。由表3 可知:随着聚羧酸减水剂的掺量增加，水泥净浆的初凝和终凝时间也相应增加，这是由于聚羧酸减水剂中支链对水泥浆体有缓凝作用。

表3 聚羧酸减水剂掺量对水泥净浆凝结时间的影响

2 流动度试验结果与分析

由图1、图2 可以看出，J3 ～J6 水泥净浆的流动度显著优于J1、J2。J1 组水泥净浆初始流动度为242mm、2h 时流动度为216mm，可见J1 组的水泥净浆的分散性相对较差。龄期为0h 时，每增加0.03%掺量的聚羧酸外加剂，J1 ～J5 各净浆的流动度分别提高8.3%、5.3%、2.5%、1.1%、1.0%。龄期为0.25h、0.5h、1h、2h 时，J1、J2 的流动度也比J3～J5 的提高幅度大很多。J1、J2、J5、J6 在第1h、第2h 内的经时损失流动度大体相当，可见0.15%、0.18%、0.27%、0.30%外加剂掺量的水泥净浆的保塑性较好，J3 在第2h 内的流动度损失14mm (第1h 内为6mm)、J4 在第2h 内的流动度损失10mm(第1h 内为6mm)均明显大于第1h 内的流动度损失，可见0.21%、0.24%外加剂掺量的水泥净浆的保塑性略有降低。当聚羧酸外加剂的掺量为0.15%～0.24%，随着聚羧酸外加剂掺量的增加，水泥净浆的流动度显著提高;当聚羧酸外加剂的掺量为0.24% ～0.30%，随着聚羧酸外加剂掺量的增加，水泥净浆的流动度提高不多。

图1 水泥净浆流动度的经时损失

图2 外加剂掺量与净浆流动度

对聚羧酸减水剂掺量x 与2h 龄期的净浆流动度y 进行回归分析，得到拟合公式(2):

该公式的相关系数R2=0.9942 ＞0.99，可见聚羧酸减水剂掺量和净浆流动度之间存在密切关系。

3 XRD 试验结果与分析

图3 聚羧酸掺量及龄期对XRD 的影响

由图3(a)、(b)、(c)可知:随着聚羧酸减水剂掺量的增加，Ca(OH)2的衍射波峰(2θ =18.02°)显著降低，其峰强从聚羧酸掺量0.15%的1060counts降低到聚羧酸掺量0.27%的826counts，这是因为随着聚羧酸掺量的增加，水泥颗粒的分散更充分，使早期水化程度提高，降低了Ca(OH)2的衍射波峰。从图3(a)、(c)，也表明聚羧酸减水剂掺量从0.15%到0.27%，C3S 的衍射波峰(2θ =29.44°)峰强从约1003counts 降低到约827counts，C2S 也有类似的现象。这是由于水化越充分，消耗的C2S、C3S 越多，其衍射波峰的峰强随之降低。由图(b)、(d)可知:随着龄期的增加，Ca(OH)2的衍射波峰峰强从1055counts 降低到828counts，这是由于Ca(OH)2参与水化反应后，其数量相应减少，衍射波峰峰强降低。Ca (OH)2、SiO2、C2S、C3S 等水化产物在图3中的衍射波峰都比较强，SiO2的衍射波峰最多，但SiO2较稳定，故与本研究无相关性。

Ca (OH)2的衍射波峰峰强随聚羧酸减水剂掺量的增加而下降。由于Ca (OH)2呈针片状，容易在骨料表面附近集中，常成为砂浆、净浆中较脆弱的部分，它的减少可以使水泥净浆的细观结构更致密。［4－6］

C2S、C3S 的衍射波峰峰强随聚羧酸减水剂掺量的增加而下降。因为加入越多的聚羧酸减水剂，水泥颗粒的分散性就越好，水化时消耗的C2S、C3S 就越多，水化越充分，水化产物也越多，水化产物的致密性也越好。

4 结论

(1)聚羧酸减水剂掺量从0.15% 增加到0.27%时:1 天龄期的净浆XRD 中，C3S 的衍射波峰峰强下降了17.5%;0h 净浆的流动度增加了18.2%，2h 净浆的流动度增加了21.8%。可见宏观试验净浆流动度与XRD 细观试验中C3S 的衍射波峰峰强变化具有很好的正相关性。

(2)随着聚羧酸减水剂的掺量增加，水泥净浆的初凝和终凝时间也相应增加。

(3)对2h 龄期的净浆流动度y 的宏观试验结果进行了回归分析，得出了以聚羧酸掺量x 为变量的拟合公式:y=－2.3036x2+25.096x+220.1。

［1］田培，刘加平，王玲，等. 混凝土外加剂手册［M］. 北京:化学工业出版社，2009.

［2］国家质监总局. 混凝土外加剂［M］. 北京:中国标准出版社，2009.

［3］孙振平，罗琼，吴小琴，等.2 种不同结构聚羧酸系减水剂的相关性能对比研究［J］. 新型建筑材料，2010，37(9):53－57.

［4］翁家瑞. 高性能混凝土的干燥收缩和自生收缩试验研究［D］. 福州:福州大学，2006.

［5］吴昊，王子明. 聚羧酸减水剂在劣质砂石混凝土中的失效分析［J］. 混凝土，2012，(6):86－88.

［6］黄士元，邬长森，杨荣俊. 混凝土外加剂对硫铝酸盐水泥水化历程的影响［J］. 混凝土与水泥制品，2011，(1):7－12.