超高减水聚羧酸母液的利弊及其混凝土应用研究

贺海量　严杰　吴振军

摘要：通过研究和实验，合成了一种超高减水聚羧酸母液，分析了这种母液的利弊，同时对其在混凝土中的应用做了一些研究。

关键词：聚羧酸；高减水；混凝土

中图分类号：TU528.042.2文献标识码：A文章编号：1674-3024（2017）0141-03

引言

聚羧酸减水剂作为第三代混凝土减水剂，有减水率高、新拌混凝土坍落度保持性好、生产过程中无污染等优点。在市面销售中常见的聚羧酸母液的合成温度在55-75°C，在这样的温度下合成不仅延长了生产周期，还增加了生产成本。因此常温合成聚羧酸母液成为一种新型的合成工艺。然而随着合成温度的降低，随之会降低链引发速率常数和聚合反应速率，进而影响高分子聚合度，对聚羧酸母液的分散性能影响较大。为此，本文采取了在反应釜底预先加入部分丙烯酸，并降低滴加反应时间至一小时来常温制备一种新型的超高减水聚羧酸母液PC-102，通过对其静浆和混凝土等综合性能研究，总结了这种母液的利弊，并对其在混凝土应用中的优缺点做了一些探索性工作。

1.试验

1.1试验原料与仪器

异丁烯醇聚氧乙烯醚大单体（TPEG，分子量3000）：丙烯酸（AA），分析纯；引发剂，分析纯；链转移剂，分析纯；还原剂，分析纯；碱液；去离子水。

水泥，P·042.5R级水泥：粉煤灰，株洲电厂；矿粉，湘潭华新矿粉s95细集料，坪塘机制砂：粗集料，望城碎石；聚羧酸母液采用自制超高减水聚羧酸母液（PC-102），标准型聚羧酸母液（PC-101），保坍型聚羧酸母液（PC-103），

JJ-1电动搅拌器；HL-2B恒流泵：DK-98-II水浴锅，电子天平；四口烧瓶；NJ-160水泥净浆搅拌机；实验室混凝土搅拌机；压力试验机。

1.2合成工艺

在带有搅拌器和温度计的四口烧瓶中加入一定量的去离子水和大单体HPEG，搅拌至HPEG全部溶解，在烧瓶底部加入部分丙烯酸，再加入引发剂搅拌，然后快速滴加AA溶液，滴加还原剂和链转移剂的混合溶液，两种溶液快速滴加1h内滴完，然后继续搅拌保温1h。反应结束后，加入液碱，调节PH值至6-8，超高减水聚羧酸母液PC-102。

1.3水泥净浆流动度测试

水泥净浆流动度参照GB/T8077-2012《混凝土外加剂均质性试验方法》中的水泥净浆流动度的相关标准进行测试，水灰比为0.29，减水剂掺量为0.2%-0.3%（40%固含量聚羧酸减水剂）。

1.4混凝土测试

混凝土性能测定按照GB/T8076—2008《混凝土外加剂》、GB50119《混凝土外加剂应用技术规范》、GBIT50080-2002《普通混凝土拌合物性能测试方法标准》及JC473-2001《混凝土泵送剂》进行实验。

2.检测结果与讨论

2.1水泥净浆流动度测试和水泥适应性测试

选取市场上3个不同厂家生产的水泥，与我们研制的超高减水聚羧酸母液（PC-102）使用量0.7克，标准型聚羧酸母液（PC-101）使用量0.7克，超高减水聚羧酸母液（PC-102）搭配保坍型聚羧酸母液（PC-103）使用量0.6克+0.3克，标准型聚羧酸母液（PC-101）搭配保坍型聚羧酸母液（PC-103）使用量0.6克+0.3克，水泥300克，水87克，分别做实验，静浆流动度（单位：mm）如下表。

聚羧酸母液PC-102、PC-101、PC-103固含量均為40%。水泥分别为华新、海螺、南方P·O42.5R。

实验结果表明，我们研发的PC-102，和华新、海螺、南方三种水泥的适应性良好，初始静浆流动度表现优异，体现出超高的减水率，这是PC-102有利之处。但是从静浆损失来看，特别是1小时以后的静浆数据表明，PC-102静浆损失明显。如果针对混凝土性能保坍时间要求1小时以上时，PC-102不适宜单独使用，弊端明显。当然，在一些县级城市搅拌站（对混凝土性能保坍时间要求1小时左右时）以及高速公路的现场标段（有现场搅拌站，运距不超过5公里），这时PC-102通过复配后恰恰是比较好的选择，我们的产品PC-102已经成功应用于一些县级城市搅拌站以及高速公路的现场标段。PC-102静浆和PC-101比较，明显损失会相对较快，但是通过数据整体情况来看，PC-101在2小时后明显同样存在损失较大的弊端。这时我们选择一种好的办法，PC-102搭配PC-103，搭配后发现和华新、海螺、南方三种水泥的适应性优异，不论是初始静浆流动度，还是2小时内的静浆经时损失都表现优异，在选用南方做静浆时，0.5小时和1小时还出现了略微反增长的数据，让我们坚信，当混凝土搅拌站提出混凝土保坍要求2小时经时损失小时，

PC-102搭配PC-103是一种良好的选择。

2.2混凝土测试结果

为了更全面的评定PC-102的性能，我们对母液PC-102、母液PC-101、母液PC-102搭配母液PC-103、母液PC-101搭配母液PC-103进行混凝土性能研究，主要包括：河砂以及机制砂混凝土的坍落度、扩展度和抗压强度测试试验，通过对以上三种母液（包括混搭型母液）的混凝土性能进行对比，最后评定各种聚羧酸母液的性能。试验配制C30混凝土，混凝土的配合比如表3、表4。

2.2.1聚羧酸母液复配成外加剂成品后的混凝土工作性能

2.2.1.1不同聚羧酸母液复配成外加剂成品后用于河砂配制的混凝土的性能

使用母液PC-102、母液PC-101、母液PC-102搭配母液PC-103、母液PC-101搭配母液PC-103进行混凝土性能对比。水泥为长沙市场上常用的海螺水泥、南方水泥和华新水泥，均为P·042.5R，细骨料为河砂，掺量为凝胶材料的2.0%。混凝土性能结果如表5.

从表5可以看出，不同聚羧酸母液复配成外加剂成品后用于河砂配制的混凝土时，虽然单独使用PC-102比PC-101损失快，但是在1小时内混凝土还是具备一定的工作性能，如果结合考虑搅拌站以及工地的实际需求、外加剂成品的综合成本时，在一些县级城市搅拌站（对混凝土性能保坍要求1小时左右时）以及高速公路的现场标段（有现场搅拌站，运距不超过5公里），这时PC-102通过复配后使用也是比较好的选择，这是PC-102的有利之处。当然我们也可以清晰的看到，单独使用PC-102，在2小时后，使用三种不同水泥的混凝土均失去工作性能，显然当搅拌站提出比较高的综合性能要求时（对混凝土性能保坍要求2小时左右时），单独使用PC-102明显是不现实的，这是PC-102的弊端之处。在表中我们可以看出，PC-102在复配了保坍型母液PC-103后在混凝土保坍性能上的到了加强。并且，与三种水泥配置的混凝土粘聚性、和易性均较好，强度也较好，也就是说，当使用河沙的混凝土搅拌站提出混凝土保坍要求2小时经时损失小时，母液PC-102搭配母液PC-103是一种良好的选择。

2.2.1.2不同聚羧酸母液复配成外加剂成品后用于机制砂配制的混凝土的性能

使用母液PC-102、母液PC-101、母液PC-102搭配母液PC-103、母液PC-101搭配母液PC-103进行混凝土性能对比。水泥为长沙市场上常用的海螺水泥、南方水泥和华新水泥，均为P·042.5R，细骨料为机制砂，掺量为凝胶材料的2.4%。混凝土性能结果如表6。

从表6可以看出，不同聚羧酸母液复配成外加剂成品后用于机制砂配制的混凝土时，单独使用PC-102和PC-101时，PC-102的超高减水率完全发挥不出来，同等条件下，使用不同的三种水泥的混凝土竟然初始坍落度和拓展度和PC-101持平甚至略低。一小时后混凝土的坍落度和拓展度也均比PC-101低。为了验证PC一102对机制砂混凝土的这种不适应性，我们复配了母液PC一103来比对，从表中数据我们也可以清晰的发现，使用不同的三种水泥的混凝土，在同等条件下，PC-102+103和PC-101+103相比较，无论是混凝土的初始坍落度和拓展度，还是混凝土的坍落度经时损失，都要稍逊一筹。当然，以上的混凝土试验都是在室温30-35度进行的，如果在低温环境，比如说15度以下，我们需要再补充验证相关混凝土试验。所以我们初步得出结论，使用机制砂的混凝土搅拌站提出混凝土保坍要求2小时经时损失小时，母液PC-101搭配母液PC-103是一种良好的选择。

2.2.2對于不同亚甲蓝值的机制砂复配使用的工作性能

从表8可以看出，随着机制砂的亚甲蓝值（MB）的增加，混凝土达到相对同样的初始坍落度时，所需要的母液PC-103的掺量急剧增加，而使用了PC-103与其复配的外加剂在掺量上并没有PC-102递增明显。同时随着机制砂亚甲蓝值不断升高，PC-102的经时损失急剧加大，而复配了PC-103的外加剂具有良好的坍落度保持能力。这可能因为PC-102的抗吸附能力比较弱，而PC-102搭配PC-103对于含泥量高的机制砂具有一定的适应性。3结论

通过对常温制备的一种新型超高减水聚羧酸母液PC-102进行水泥净浆流动度、水泥适应性、混凝土应用性能的研究，可以得出以下结论：

（1）与其他高温加热型生产的聚羧酸母液相比，PC-102常温启动滴加反应，节能环保并且生产方便，滴加时间由3-4小时缩短至1小时以内，进一步降低了能耗，节约了人力物力，使得生产效率大大提高。

（2）PC-102，和华新、海螺、南方三种水泥的适应性良好，初始静浆流动度和混凝土坍落度拓展度以及工作性能表现优异，体现出超高的减水率，在达到同等初始减水率的条件下能为企业降低成本。

（3）当使用河砂的混凝土搅拌站提出混凝土保坍时间要求2小时经时损失小时，PC-102不适宜单独使用，建议PC-102搭配PC-103是一种良好的选择。

（4）当使用机制砂的混凝土搅拌站提出混凝土保坍要求2小时经时损失小时，PC-102出现适应性不良，超高减水率完全发挥不出来，建议PC-101搭配PC-103是一种良好的选择。

（5）PC-102搭配PC-103针对吸附高的机制砂有一定的适应性和保坍能力。

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2020-04-15