两种不同工艺的聚羧酸减水剂对混凝土性能的影响

赵会

（山东易和环保科技有限公司，山东 济南 271100）

0 引言

近几年来，聚羧酸减水剂的发展在向着减水剂性能好、工业化生产环境污染少、能源消耗低的方向发展[1]。聚羧酸减水剂具有减水率高、水泥颗粒分散性好、掺量低、生产过程不污染环境及产物本身结构的可设计性等优点，被广泛应用于各类混凝土中，其也成为近几年来国内外研究最为活跃的高性能减水剂[2]。当前，聚羧酸型高性能减水剂已经成为现代混凝土重要的组成部分。加入少量的聚羧酸减水剂，不仅可以显著改变砂石集料和水泥流浆的性能，还可以不用增加用水量就显著提高混凝土的和易性，调节混凝土的凝结时间，减少泌水和离析，减小坍落度损失等。

由于近几年环保检查力度的加强，加之为节约能源的考虑，聚羧酸型高性能减水剂的合成工艺发生了巨大的转变，目前，聚羧酸减水剂多采用自由基聚合工艺，在 40～80℃ 的条件下聚合得到，能耗高[3]。有些专家开始研究不用加热合成聚羧酸减水剂的生产工艺。有些厂家利用液体单体的余热控制生产聚羧酸减水剂的节奏，但是，由于长时间放置液体单体的温度不均匀，导致合成的聚羧酸减水剂产品的质量不稳定，难以达到混凝土施工的要求。还有些研究工作者转向常温合成，通过常温合成不但解决了反应能耗的问题，而且生产工艺简单、易操作。

本研究主要是通过常温和加热两种方式合成聚羧酸减水剂，比较不同的合成方式对聚羧酸型高性能减水剂性能（减水率和保坍能力）的影响，比较它们对混凝土性能（分散性、早期、中期、后期强度的增长性、混凝土坍落度保持能力和适应性等）的影响。

1 试验

1.1 原材料

1.1.1 合成材料

甲基烯丙基聚醚单体（HPEG），上海东大化学有限公司；丙烯酸（AA），化学纯；双氧水（27.5%H2O2），化学纯；维生素 C，医药级；巯基丙酸（LC），山东鄄城沪联化工有限公司；氢氧化钠，化学纯；去离子水，自制。

1.1.2 试验材料

P·O42.5 级水泥，分别来自于山东鲁碧建材有限公司、济南华明水泥有限公司和济南万华水泥有限公司；标准砂，厦门艾思欧标准砂有限公司；中砂，细度模数2.8；机制砂，石粉含量 15%，含泥量 MB 值 1.0，石子：5～25mm 连续级配；粉煤灰，Ⅱ级灰，莱芜市华能电厂；拌合水，自来水。

1.2 主要仪器设备

NJ-160 型水泥净浆搅拌机，无锡市建鼎建工仪器厂；JJ1000 型电子天平，常熟市双杰测试仪器厂；LHS16-A 烘干法水分测定仪，上海精科天美科学仪器有限公司；JJ-5 型水泥胶砂搅拌机，无锡市建鼎建工仪器厂；SJD-30 型强制式卧轴混凝土搅拌机，上海路达试验仪器有限公司；98-1-C 型数字控温电热套，天津市泰斯特仪器有限公司；JJ-1 型精密增力电动搅拌器，金坛市江南仪器厂。

1.3 合成方法

在装有搅拌器的四口烧瓶中加入去离子水、HPEG，搅拌溶解后加入双氧水，分别滴加丙烯酸水溶液和维生素 C、巯基丙酸水溶液。加热工艺（JR-1）的初始滴加温度为 50℃，而常温工艺（CW-1）无需加热，常温下进行。滴加 2～3 小时，滴加完毕后保温 1小时加入液碱中和，并用水调至固含量为 40%，得到聚羧酸减水剂。

1.4 表征手段

按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中规定的相关测试方法测试，水灰比 W/C=0.29，并留样测试放置 1h 后水泥净浆流动度的变化情况；按 GB 8076—2008《混凝土外加剂》中的试验方法分别测定水泥胶砂减水率和混凝土坍落度。

2 结果与讨论

2.1 聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度测试

本试验选取山东地区常用的三种水泥：鲁碧水泥P·O42.5、万华水泥 P·O42.5 和华明水泥 P·O42.5，分别对 JR-1（加热组）和 CW-1（常温组）进行水泥净浆流动度测试，聚羧酸减水剂折固掺量为 0.12%，水灰比为0.29。两种工艺合成的聚羧酸减水剂的净浆流动度的对比结果如表1。

从表1 可以看出，CW-1 组混凝土的初始和 1h 净浆流动度均优于 JR-1 组；同时，CW-1 组混凝土的 1h 净浆流动度保持率明显大于 JR-1 组，而且 CW-1 型聚羧酸减水剂对三种水泥的适应性也较好，尤其是对鲁碧水泥的适应性是最好的。因此，在以下的聚羧酸减水剂砂浆减水率测定和混凝土坍落度测定中均选用鲁碧水泥作为基准水泥。

表1 两种工艺合成聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度

2.2 聚羧酸减水剂的胶砂减水率测定

表2 是两种不同工艺合成聚羧酸减水剂的砂浆减水率的结果。从表2 可知：在折固量相同的情况下，CW-1 型减水剂的砂浆减水率为 41%，而 JR-1 减水剂的砂浆减水率为 33%，明显低于 CW-1 型减水剂。

表2 两种工艺合成聚羧酸减水剂的胶砂减水率

2.3 聚羧酸减水剂的混凝土性能测试

表3 为测试所合成 JR-1 型和 CW-1 型减水剂的混凝土性能评价试验所采用的配比。

表3 混凝土试验配合比

图1 掺两种减水剂的新拌混凝土初始工作状态

图2 掺两种减水剂的新拌混凝土 1h 后工作状态

根据水泥净浆和砂浆试验结果，采用鲁碧水泥对两种母液进行混凝土试验，其中外加剂折固掺量为0.20%，试验结果见表4、图1 和图2。图1 是两种不同合成工艺新拌混凝土的状态，从图1 中的（a）和（b）可以看出，CW-1 的新拌混凝土初始包裹性好，轻微泌浆；而 JR-1 的新拌混凝土初始包裹性差，泌水、离析严重；而图2 中的（c）和（d）是一小时后混凝土的状态，从中可以看出：CW-1 混凝土的包裹性和和易性明显优于 JR-1 的混凝土的状态。

从表4 可以看出：在外加剂和水掺量相同的情况下，CW-1 型聚羧酸减水剂对混凝土的初始坍落度和 1h混凝土坍落度保持性均优于 JR-1 型聚羧酸减水剂。

表4 两种工艺合成聚羧酸减水剂的混凝土工作性能

3 结论

（1）该常温工艺不仅较好地克服了传统加热合成减水剂的弊端，而且该常温合成的聚羧酸减水剂的减水率更高，混凝土的和易性更优，对不同水泥的适应性更好。

（2）该常温工艺无需加热，而加热工艺需要在一定的温度基础上进行反应，从环保和经济上考虑，常温工艺更适合产业化生产。