一种抗泥型聚羧酸高性能减水剂的研制

2021-07-01吕昌裕戚帅陈莉田元伟李心瑞

新型建筑材料 2021年6期

吕昌裕，戚帅，陈莉，田元伟，李心瑞

(中国水电十一局有限公司混凝土外加剂厂，河南三门峡 472000)

0 引言

随着混凝土行业的发展和国家环保要求日益严格，能用于混凝土的优质砂石原材料逐渐减少，大量高含泥量砂石应用到混凝土生产中[1-2]。由于普通的聚羧酸高性能减水剂对砂石中的含泥量及其变化比较敏感，减水剂分子容易被泥土吸附，导致减水剂中有效成分大量减少，聚羧酸减水剂的效果变差[3]。泥土对聚羧酸减水剂分散性能的不利影响，是一个迫切需要解决的问题。

本研究根据聚羧酸减水剂分子结构可设计性强的特点[4-5]，从分子结构设计出发，引入具有抗泥性能的官能团，在引发剂和链转移剂作用下，合成一种适应性高、抗泥效果好的聚羧酸减水剂母液，同时复配抗泥牺牲剂，以提高抗泥性能，使其在成本和混凝土分散、保坍性能方面有一定的优势。可在一定程度上解决由砂石含泥量过高导致混凝土流动性差和坍落度经时损失大引起的掺量加大，成本增加等方面的经济和技术难题。

1 试验

1.1 原材料

(1)合成用原料

烯丙基聚氧乙烯醚(GPEG)：河北国鹏建材有限公司；丙烯酸(AA)：兰州石化公司；双氧水(H2O2)：山东聊城鲁西双氧水新材料有限公司；巯基丙酸(MPA)：陕西汉中增辉新型建材有限公司；抗坏血酸(Vc)：山东鲁维制药有限公司；封端酰胺磷酸酯：河北昂界化工有限公司；去离子水：自制。以上化学原料均为工业级。

(2)性能测试材料

水泥：崤山P·O42.5 水泥，河南锦荣水泥有限公司；粉煤灰：Ⅱ级，陕县火电厂；粗骨料：陕县人工破碎石，5～20 mm 连续级配；细骨料：卢氏河砂，含泥量为2%，细度模数2.7；自筛土：经黄河细砂(含泥量15%)晾干筛取0.075 mm 以下细粉颗粒取得；标准砂：厦门艾思欧标准砂有限公司；缓凝剂：葡萄糖酸钠，山东福洋生物科技有限公司生产，工业级；引气剂：十二烷基硫酸钠，山东东明俱进化工有限公司，工业级；牺牲剂：三聚磷酸钠，武汉无机盐化工，工业级；聚羧酸减水剂：普通聚羧酸减水剂母液(JG-JM)配制的聚羧酸减水剂SN-JG，固含量17.6%，减水率28.9%，中国水电十一局有限公司混凝土外加剂厂；水：自来水。

(3)主要仪器设备

合成仪器设备：MH-PCT-01M 型聚羧酸减水剂小试设备，北京慕湖建材公司；电子天平：JJ500，美国双捷兄弟有限公司；电子台秤：TCS-100，上海乾峰电子仪器有限公司；行星式水泥净浆搅拌机：SJ-160，无锡建仪仪器机器有限公司；行星式水泥胶砂搅拌机：JJ-5，无锡建仪仪器机器有限公司；强制式混凝土搅拌机：HJW60，天津路达建材有限公司；标准恒温恒湿养护箱：YH-40，北京申克试验仪器厂；压力试验机：TYE-2000B，无锡建仪仪器机器有限公司。

1.2 抗泥型聚羧酸减水剂母液的合成

在配置有搅拌器、温度计、滴加装置的四口烧瓶中加入一定比例的聚醚单体GPEG、加入去离子水，搅拌并使聚醚单体和水充分溶解后，加入双氧水后，同时滴加A 料(AA 和封端酰胺磷酸酯与水按一定比例配制的溶液)和B 料(Vc 和MPA按一定比例溶于水配制的溶液)，A 料滴加时间为3 h，B 料滴加时间为3.5 h，全程保持匀速滴加。合成温度设置为20～30℃，A、B 料滴加结束后，保温1 h 即完成聚合。然后自然降温，最后补水、调节溶液pH 值为5～6，得到固含量为38%的抗泥型聚羧酸减水剂母液JG-KN。

1.3 外加剂的复配

分别选用本厂生产的普通减水剂母液和本文合成的抗泥型聚羧酸母液，掺入相同比例的缓凝剂和引气剂，在SN-KN中额外掺入一定量的牺牲剂三聚磷酸钠，制备成普通聚羧酸减水剂SN-JG 和抗泥型聚羧酸减水剂SN-KN。减水剂的复配比例见表1。

表1 减水剂的复配比例 %

1.4 性能测试方法

(1)水泥净浆流动度：按照GB 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试，减水剂折固掺量为0.16%。

(2)胶砂试验：按GB 8077—2012 中水泥胶砂减水率试验方法，分为2 组：第1 组使用水泥+标准砂；第2 组使用水泥+标准砂+4%自筛土。首先测试胶砂流动度达到(180±5)mm 时的用水量，然后掺入0.16%(折固)的减水剂，测试其用水量，计算砂浆减水率，同时成型胶砂试块测试28 d 抗压强度。

(3)混凝土试验：分别将河砂与自筛土按照一定比例混合，配制2%、3%、4%、5%、6%含泥量的砂子，按照表2 的配合比，外加剂掺量固定为1.0%，根据GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，使用混凝土搅拌机依次进行混凝土拌合物试拌，分别测试混凝土拌合物的初始、30 min 和60 min 坍落度。根据GB/T 50081—2019《混凝土力学性能试验方法标准》，将拌合物搅拌均匀装入立方体试模，待拆模后放入标准养护箱进行养护，到达龄期后进行力学性能测试，试拌混凝土的配合比见表2。

表2 试验混凝土的配合比 kg/m3

2 试验结果与分析

2.1 净浆试验

在不同含泥量条件下，将抗泥型聚羧酸减水剂SN-KN与普通聚羧酸减水剂SN-JG进行净浆对比试验，结果见表3。

表3 减水剂种类及自筛土掺量对净浆流动度的影响

由表3 可以看出：在未掺入自筛土的情况下，抗泥型聚羧酸减水剂SN-KN 对水泥有较好的分散作用，分散保持性也较优；在掺入4%自筛土时，相对于普通聚羧酸减水剂SNJG，表现出更好的分散性和分散保持性。

2.2 胶砂试验

在不同含泥量条件下，抗泥型聚羧酸减水剂SN-KN 与普通聚羧酸减水剂SN-JG的胶砂对比试验结果见表4。

表4 不同减水剂在不同自筛土掺量下的胶砂试验结果

由表4 可以看出：对于不含泥土的胶砂，抗泥型聚羧酸减水剂SN-KN 相比普通聚羧酸减水剂SN-JG 的胶砂减水率和28 d 抗压强度均稍高；在掺入4%自筛土的胶砂中，SN-KN 相比SN-JG具有较高的减水率和抗压强度提升性能，表现出一定的优势。

2.3 混凝土试验

在不同含泥量条件下，抗泥型聚羧酸减水剂SN-KN 与普通聚羧酸减水剂SN-JG的混凝土应用性能对比见表5。

表5 不同减水剂在不同自筛土掺量下的混凝土应用性能对比

由表5 可见，在含泥量较小的情况下，普通减水剂和抗泥型减水剂都表现出较高的混凝土坍落度和1 h 坍落度保持性，混凝土和易性、流动性较好。随着含泥量的不断增加，普通减水剂的初始坍落度和1 h 保留值越来越小，混凝土流动性也来越差，而抗泥型减水剂则表现的较为优异，仍然具有较大的混凝土坍落度、扩展度，具有较好的混凝土流动性。在含泥量为6.0%时，抗泥型减水剂比普通减水剂在不同混凝土龄期，对抗压强度有一定的提升作用。综合表5 试验结果初步分析，抗泥母液的分子引入抗泥官能团后的特殊侧链结构，阻止了泥土的吸附行为，同时减水剂中的抗泥牺牲剂优先被泥土吸附，实际上相当于提高了混凝土中有效的减水剂量，进而提升混凝土的初始坍落度、1 h 保持性能，提高混凝土不同龄期的抗压强度。在实际使用过程中，如果砂石骨料等原材料质量不稳定，含泥量或多或少，势必会对普通的聚羧酸减水剂的使用效果产生很大的影响，影响混凝土的工作性和保持性能，也会影响工地的正常浇筑。而抗泥型聚羧酸减水剂则对含泥量的变化不那么敏感，在一定的含泥量内，还能继续保持混凝土的大流动度和较长时间的工作性能，满足施工要求。