和易性调节型聚羧酸减水剂对混凝土性能的影响

权伟博

(1.四川华西绿舍建材有限公司，成都 610041；2.四川华西绿舍精城建材有限公司，内江 641000)

混凝土由于其自身稳定、成本低廉等优异特性已经成为当今世界用量最大的建筑材料之一。减水剂作为混凝土外加剂，不仅能够在施工时大幅度减少水的用量，使得混凝土在较低水灰比的情况下保持较高的流动性，而且可以改善混凝土凝固后的机械性能，延长其使用寿命，这些特性使得减水剂逐渐成为混凝土生产中不可缺少的一部分，发挥巨大的作用[1]。20世纪30年代末，美国首先发明了松脂类引气剂和纸浆废液减水剂。普遍认为减水剂的发展分为三个阶段，以木质素磺酸钙为代表的第一代普通减水剂，以萘系为代表的第二代高效减水剂和以聚羧酸盐系为代表的第三代高性能减水剂[2,3]。其中聚羧酸减水剂凭借低掺量、高减水率和低坍落度损失等优点现已广泛用于建筑行业[4]。而聚羧酸减水剂由于自身特点对于砂石中的含泥、含粉量较为敏感[5]。由于各地区材料存在差异与波动，试验针对四川地区常用材料研究合成了和易性调节型聚羧酸减水剂，与国内外常用外加剂在混凝土工作性、力学性能、细骨料适应性、减水剂掺量敏感性等方面进行了比较。

1 试 验

1.1 原材料

水泥：选取了四川地区混凝土生产常用的三种的水泥，拉法基水泥有限公司、四川重龙水泥有限公司和四川峨胜水泥股份有限公司生产的PO42.5R水泥，性能指标符合GB 175—2020《通用硅酸盐水泥》中的要求，水泥基本性能见表1。

表1 水泥的基本物理性能

矿粉：选用S95级矿粉，比表面积425 m2/kg，密度2.86 g/cm3，7 d活性指数 86%，28 d活性指数97%，性能指标符合GB/T 18046—2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的要求。

粉煤灰：选用Ⅰ级粉煤灰，细度10.4%，烧失量3.0%，需水比93%，性能指标符合GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求。

减水剂：国内减水剂母液(无色透明、pH6～7、固含50%，以下简称A)；国外减水剂(瑞士)母液(微黄澄清、pH5～6、固含50%，以下简称B)，自制和易性调节型聚羧酸母液(微黄澄清、pH5～6、固含50%，以下简称C)。

自制聚羧酸减水母液C的合成工艺如下：将乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚(2+2活性大单体)粉剂、还原剂和适量丙烯酸投入装有搅拌器、温度计的四口烧瓶中，加水开启搅拌溶液，待烧瓶内单体粉剂完全溶解后，投入引发剂，搅拌5～10 min后，同时滴加A料混合仪和B料混合液，其中A料为由丙烯酸、功能性酯类活性单体和水搅拌均匀配置而成的混合液，B料为有机醛类次亚硫酸钠、巯基丙酸和水搅拌均匀的混合液，A料滴加2 h，B料滴加2.5 h，滴加完毕后保温熟化1 h，随后加碱液调节pH值5～7，制得固含量为40%的聚羧酸减水母液。

上述国内外减水剂产品为目前市场普遍使用的典型代表，均满足国家相关标准要求。试验用减水剂是有效含量为10%的减水剂溶液，符合GB 8076—2008《混凝土外加剂》要求，与水泥适应性好。

粗骨料：选用精制5～31.5 mm连续级配碎石，含泥量≤1%，压碎值≤8.0%，其余指标符合《建设用卵石、碎石》GB/T 14685—2011 中指标要求。

细骨料：选取了西南地区混凝土生产常用的四种机制砂，分别为重庆(易通站)、成都(兴发站)、内江(精城站)和广汉(宏泰站)。这四种机制砂符合《建设用砂》GB/T 14684—2011 中对砂的要求，机砂基本性能见表2。

表2 试验用机砂基本性能

水：自来水或符合JGJ 63—2006《混凝土用水标准》的水。

1.2 试验配合比

试验以实际生产用C30配合比为基准，通过对比A、B、C三种减水剂在混凝土工作性、力学性能、细骨料适应性和减水剂掺量敏感性等相关性能方面的表现，综合作出评估。试验基准水泥选用峨胜水泥和成都(兴发站)砂，配合比见表3。

表3 配合比

1.3 试验方法

按照上述配合比设计方案，开展了试配验证。混凝土工作性能测试参考GB/T 50080—2016 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，力作性能测试参考GB/T 50081—2019 《混凝土物理力学性能试验方法标准》。试验养护为标准养护，养护室温度为(20±2)℃，湿度大于95%。

2 结果与讨论

2.1 对混凝土和易性的影响

表4反映了不同减水剂母液对混凝土工作性能的影响。从表4中可以看出，自制聚羧酸母液在混凝土工作性能保持性与和易性方面均表现出优异的性能。混凝土扩展度 2 h经时损失率仅为 7.3%，远小于国内减水剂母液的 16.0%以及国外减水剂母液的 11.3%。并且加入自制聚羧酸母液的混凝土在相近流动度条件下，混凝土的粘聚性与保水性有所提高，使用自制聚羧酸母液的混凝土压力泌水率降低至9.6%，离析率下降至6.5%，对低强度等级混凝土的和易性有较大提高。

表4 和易性减水剂对混凝土工作性能影响对比

2.2 对混凝土凝结时间和强度发展的影响

表5为不同减水剂母液对混凝土含气量、凝结时间以及强度的影响。结果表明，和易性调节型聚羧酸减水剂相比国内外减水剂具有一定缓凝作用，但对混凝土各个龄期强度均无影响。

表5 不同减水剂对混凝土凝结时间及强度的影响

2.3 对不同区域机制砂适应性研究

主要探讨了和易性调节型聚羧酸母液对于不同地区典型机砂适应性研究，分别选用了重庆、成都、内江、广汉地区的具有代表性的机砂进行试验研究。从表6中可以看出，对于不同区域的机砂，自制和易性调节型聚羧酸母液在相同掺量下流动性和国内外产品基本一致，但压力泌水率和离析率均明显低于国内减水剂和国外减水剂，同时自制和易性母液对选取的重庆、成都、内江、广汉的机制砂混凝土均具有和易性调节作用，表现出良好的适应性。而国外减水剂对广汉、成都等地的机制砂具有一定状态改善作用，但对重庆机砂(该部分机砂0.15～0.6 mm尺寸组成较少)混凝土工作性调节作用不明显，适应性稍差。

表6 不同减水剂对混凝土凝结时间及强度的影响

2.4 掺量敏感性研究

探讨了自制和易性调节型聚羧酸母液对于不同种水泥掺量敏感性的问题， 进一步综合评价其性能。以拉法基、重龙、峨胜 3 种水泥(四川地区典型水泥) 为研究对象，以扩展度平均变化率(以扩展度达到(550±10) mm作为基准，上下调整 10%的掺量重新进行测试，然后将 3 个掺量点的扩展度取平均值，计算每个掺量点扩展度与平均值的变化率，并将三个变化率取平均值即为扩展度平均变化率。)来进行评价。从表7中可以看出，对于3 种不同水泥，自制和易性调节型聚羧酸母液不同掺量点的混凝土扩展度都比较接近，表明该减水剂对上述三种水泥有良好的适应性。而且自制减水剂对不同水泥的扩展度平均变化率只有6%左右，低于国外同类减水剂，说明该减水剂的掺量敏感性较低。因此，掺入自制减水剂母液可以有效避免混凝土中减水剂的掺量波动引起的离析、泌水或者无流动性的现象，从而减少对混凝土泵送施工性能、力学性能和耐久性能的不利影响。

表7 减水剂不同掺量扩展度平均变化率测试结果

3 结 论

a.自制聚羧酸减水剂在混凝土工作性能保持性与和易性方面均表现出优异的性能，混凝土扩展度2 h经时损失率仅为7.3%，压力泌水率和离析率分别低至9.6%和6.5%。

b.自制聚羧酸减水剂与四川地区常用细骨料的适应性优于国内和国外常用减水剂。

c.自制聚羧酸减水剂与四川地区常用水泥的适应性更好，对不同水泥的扩展度平均变化率仅有6%左右。