一种再生骨料用聚羧酸外加剂的制备及性能研究*

2018-05-31王敏王信鸽张凯峰吴超姚源冯涛涛

商品混凝土 2018年5期

王敏，王信鸽,2，张凯峰，吴超，姚源，冯涛涛

（1. 中建西部建设北方有限公司，陕西西安 710063；2. 西安建筑科技大学，陕西西安 710055）

0 引言

在我国“一带一路”战略实施及城镇化战略推进、棚户区改造及保障房建设的发展环境下，大量房屋被拆产生巨大建筑垃圾堆放，不仅整体上影响市容环境，其在运输与堆放过程中产生的粉尘污染易造成雾霾天气，对环境污染可谓严重之极[1-3]。将建筑垃圾作为再生骨料开发应用，一方面解决了大量废弃混凝土处理困难以及由此造成的生态环境日益恶化等问题；另一方面可以减少建筑业对天然骨料的消耗，从而减少对天然砂石的开采，从根本上解决了天然骨料日益匮乏和大量砂石开釆对生态环境的破坏问题，保护了人类的生存环境，符合可持续发展的要求[4-6]。

目前建筑垃圾混凝土存在一个普遍问题，即采用建筑垃圾所制的混凝土工作性能较差，尤其是经时损失非常快，有的甚至不到一小时就完全失去了流动性能，难以满足目前大流态与泵送混凝土的要求，因此本文以丙烯酸、丙烯酸羟乙酯以及异戊烯醇聚氧乙烯醚为单体，巯基乙酸为链转移剂，由过氧化氢和抗坏血酸组成氧化还原体系，通过自由基共聚机理合成了一种减水型聚羧酸减水剂与一种保坍型聚羧酸减水剂，将两种减水剂再与缓凝组分、消泡组分、引气组分等助剂复配制备出一种再生骨料专用外加剂，从而改善混凝土工作性能不佳的问题[7]。

1 试验

1.1 原料与仪器

（1）原料

丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、氢氧化钠，分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司；抗坏血酸，分析纯，天津市致远化学试剂有限公司；巯基乙酸，工业品，山东鑫昌华工科技有限公司；异戊烯醇聚氧乙烯醚，工业品，辽宁奥克化学有限公司；葡萄糖酸钠、有机硅消泡剂、三萜皂苷均、木质素磺酸钙为市售工业品。

水泥：铜川声威 P·O42.5 水泥；粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，细度 13.8%，烧失量 6.2%；矿粉：S95 级矿粉，比表面积 460m2/kg；细骨料：渭河中砂，细度模数 2.6，含泥量 1.2%；粗骨料采用富平碎石，5～31.5mm 连续级配，含泥量 0.8%，压碎指标 6%。

（2）仪器

HJW60 型混凝土试验用搅拌机，无锡建仪仪器机械有限公司；DYE-2000 型混凝土压力机，上海东星建材试验设备有限公司。

1.2 试验方法

混凝土拌合物性能：参考标准 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》的规定进行测试。

混凝土抗压强度：试件尺寸为 100mm×100mm×100mm，参考标准 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的规定进行测试。

1.3 再生骨料基本性能

再生骨料性能指标见表1。

表1 再生骨料基本性能

依据 GB/T 25176—2010《混凝土用再生粗骨料》，轻质 5～10 mm 粗骨料表观密度满足 Ⅲ 类要求；非轻质 10～20 mm 粗骨料表观密度满足Ⅰ类要求，压碎指标满足Ⅰ类要求。

1.4 减水型聚羧酸减水剂的制备

在 250mL 三口烧瓶中，加入一定量去离子水和异戊烯醇聚氧乙烯醚，待其完全溶解后，分别滴加丙烯酸单体水溶液和引发剂溶液，同时加入一定量的链转移剂巯基乙酸，控制在 2.5～3h 滴完，滴加完毕后保温反应1h，温度降至室温后，用质量分数 30% 的 NaOH 溶液调节 pH 至 5～6，即制得淡黄色透明共聚物聚羧酸减水剂水溶液。具体性能指标见表2。

表2 高减水型聚羧酸减水剂

1.5 保坍型聚羧酸减水剂的制备

在 250mL 三口烧瓶中，加入一定量去离子水和异戊烯醇聚氧乙烯醚，待其完全溶解后，分别滴加丙烯酸、丙烯酸羟乙酯单体水溶液和引发剂溶液，同时加入一定量的链转移剂巯基乙酸，控制在 3～3.5h 滴完，滴加完毕后保温反应 1h，温度降至室温后，用质量分数30% 的 NaOH 溶液调节 pH 至 5～6，即制得淡黄色透明共聚物聚羧酸减水剂水溶液。具体性能指标见表3。

表3 保坍型聚羧酸减水剂

1.6 再生骨料混凝土专用外加剂的制备

将上述所制的两种聚羧酸减水剂与木质素磺酸钙、缓凝组分（葡萄糖酸钠）、消泡组分（有机硅消泡剂）、引气组分（三萜皂苷）粘度调节组分（增稠保水材料）等进行复配，并加入一定量的水，搅拌均匀，从而制备出一种再生骨料混凝土专用外加剂。具体性能指标见表4。

表4 混凝土外加剂

2 试验结果与讨论

2.1 不同取代率的再生骨料对混凝土力学性能的影响

在粉料不变的基础上，使用再生粗骨料取代天然粗骨料，混凝土强度等级为 C40；不同强度等级再生骨料的掺量 0、20%、30%、40% 的混凝土试验如表5 所示。试验中 5～10mm 再生骨料与 10～20mm 再生骨料对以不同比例搭配对粘聚性影响不是很明显，坍落度保持稳定，扩展度有些细微的变化；为了骨料连续性好，因此试验中 5～10mm 再生骨料与 10～20mm 再生骨料按 5∶5 比例搭配。

表5 不同再生骨料取代率对混凝土抗压强度的影响

从表5 可以看出，当再生骨料取代率在 30% 以内时，再生骨料的掺入对混凝土抗压强度影响不大，当取代率大于 30% 时，混凝土 7d 和 28d 抗压强度均明显下降，因此本文选取 30% 取代量的再生骨料混凝土来开展进一步研究。

2.2 外加剂对混凝土工作性能的影响

通过 C40 混凝土坍落度、扩展度研究再生骨料混凝土专用外加剂对混凝土工作性能的影响，混凝土配合比如表6，其中 1# 试验中不添加再生骨料，所用石为普通碎石，外加剂为普通聚羧酸型外加剂；2# 所用石为普通碎石与再生骨料混合石，其中再生骨料掺量为30%，所用外加剂为普通聚羧酸型外加剂；3# 配合比中所用外加剂为再生骨料混凝土专用外加剂，其他材料与2# 相同。

表6 混凝土配合比 kg/m3

表7 专用外加剂对再生混凝土工作性能的影响

试验结果见表7，由表7 可知，用普通外加剂配制普通 C40 强度等级混凝土时，再生混凝土初始和易性良好，但流动度保持性较差，2h 后流动度损失较大，3h 后基本无流动性；使用本研究成功研发的再生骨料专用外加剂配制同样的再生混凝土时，再生混凝土初始和易性好于普通 C40 强度等级混凝土和使用普通外加剂配制的相同强度等级再生混凝土，流动度保持性好于普通 C40 强度等级混凝土，且较使用普通外加剂配制的相同强度等级再生混凝土有明显改善。