低浓度聚羧酸减水剂配制混凝土的试验研究

摘要：聚羧酸高性能减水剂具有掺量小、高效分散减水、低碱等特点，能够显著改善混凝土的和易性能、混凝土流动性及混凝土的强度等。本文简述聚羧酸系与萘系减水剂的对比研究试验，证明了聚羧酸减水剂配制混凝土不仅有明显的技术优势，且成本也低于萘系减水剂，值得推广应用，但需要改善聚羧酸外加剂的高引气性以及混凝土的保坍性能问题。

关键字：聚羧酸减水剂、混凝土、试验研究

0 前言

混凝土减水剂的发展已经历了漫长的过程，20 世纪大量使用的有木质素磺酸盐类、萘磺酸盐系高效减水剂及磺化三聚氰胺系高效减水剂。随着科学的进步，在21世纪的今天，一种新型的羧酸类减水剂以其优越的性能和无污染的生产得到很快发展，成为当之无愧的第三代减水剂产品，这种产品在国外已经迅速发展，普遍用在商品混凝土中。在国内的这几年来，为满足高性能混凝土及混凝土施工技术的发展要求，需要具有减水率大、和易性好、胶凝材料适应性好的高性能减水剂，而聚羧酸正好迎合了这一需求，因此值得推广应用。本文针对聚羧酸减水剂的性质及混凝土性能开展了混凝土试验研究，指出聚羧酸减水剂存在不足之处。

1 聚羧酸减水剂的作用机理

聚羧酸减水剂为茶色油状水溶液，具有梳形分子结构，比传统减水剂仅依靠静电斥力打破水泥浆絮状态而达到减水的作用不同，其超分散性能强。这是由于聚羧酸减水剂带有羧基（-COOH）、磺酸基（-SO3H）等活性亲水基团，其分子结构由单一静电斥力效应结构转向静电斥力效应与空间位阻效应共同作用结构，形成立体分散系统。梳形聚合物在水泥颗粒表面呈齿形吸附状态，其主链上的羧基（-COOH）、磺酸基（-SO3H）等活性官能团提供静电斥力，梳形聚合物侧链触向水泥粒子的各个部位，起着立体位阻的重要作用，决定分散系统的稳定性，保持水泥浆体流动性。由于主链长、极性基团多、静电斥力强、空间分子结构庞大、侧链多且较长空间位阻大，从而对水泥材料具有良好的减水、分散、稳定作用。

2 低浓度聚羧配制混凝土的试验研究

2.1 试验原材料

水泥：嘉华水泥公司生产的 P.O 42.5R水泥，各项指标符合国家标准要求；

煤灰：黄埔电厂生产的优质Ⅱ级粉煤灰，各项指标符合规范要求；

矿粉：选用S95的矿粉，各指标满足要求；

水：自来水；

骨料：河砂，细度模数2.5（含泥量1.5%），石子为最大粒径为25mm 连续级配石子（含泥量0.9%）；

加剂：选用广州西卡建筑材料有限公司生产的聚羧酸系减水剂，型号为SJX和荆州强达外加剂材料有限公司生产的萘系减水剂，型号为SF，两者性能满足相关规范要求。外加剂的物理性质见表1。

表1 外加剂的物理性质

2.2 净浆流动度试验（与萘系减水剂比较）

按照“混凝土外加剂匀质性试验方法”（GB/T8077-87）规定方法，测得聚羧酸净浆流动度以及1.5小时流动度值如下表2。 [Page]

表2 净浆流动度试验结果

从上表数据表明，聚羧酸的掺量从0.8%-1.0%时，随着掺量的增大，初始流动度也不断的增大，变化明显，当掺量从1.0%-1.2%不断地增大时，初始流动度变化不明显，可以得出聚羧酸的最佳掺量约为1.0%；从流动度损失的数据显示，聚羧酸掺量越大，1.5h后的损失变小，较萘系减水剂损失稍小。

2.3聚羧酸配制混凝土试验研究

根据净浆流动度的掺量为基础，以萘系减水剂泵送C30为基准配方，掺入不同掺量聚羧酸外加剂进行对比试验；掺入不同掺量矿粉取代水泥用量试验以及优化聚羧酸配比试验，分别测定混凝土拌和物的和易性、1.5h的坍落度损失、混凝土含气量以及抗压强度等。其配比和试验结果如下列表。

表3 SJC在混凝土中掺量试验配比

表4 SJC在混凝土中掺量试验结果

表5  掺矿粉混凝土试验配比

表6  掺矿粉混凝土试验结果

表7 优化配合比试验配比

表8 优化配比试验结果

2.4试验结果分析与体会

1）聚羧酸减水剂SJC掺量很小，减水率很高，在混凝土中，最佳掺量为胶凝材料重量之0.9%—1.1%。

2）分别掺用聚羧酸和萘系两类减水剂的混凝土拌和物和易性能有明显的区别。通过对和易性及外观的观察，掺有聚羧酸类外加剂的混凝土无泌水现象，混凝土测试含气量约为4.1%，表观有微小气泡，混凝土具有良好的粘聚性，浇筑性好；而掺萘系减水剂的混凝土在稍有泌水现象，测试含气量约为2.8％，有较多大气泡。从混凝土外观质量看聚羧酸类外加剂优于萘系减水剂。

3）聚羧酸减水剂在低掺量的情况下就能实现高减水及很好的流动性，混凝土硬化后试件外观非常密实光滑，大气孔较少，小气泡分布均匀，有利于混凝土的抗冻融和抗渗耐久性，混凝土性能检验表明，掺聚羧酸外加剂的混凝土早期强低，但后期强度比萘系减水剂强度发展好，具有后期强度高等特征。与粉煤灰和矿物粉体配合使用，聚羧酸减水剂更有利于降低水泥用量以及提高掺合料的用量，在一定范围内，随着矿粉量的增加强度也有所增加！

4）该品种聚羧酸混凝土坍落度损失较大，在1.5小时损失约60mm，而萘系才损失约4mm，从这坍损的问题看来，聚羧酸的保坍性能还须要进一步改善。

5）从试验研究与经验积累，确定聚羧酸与萘系减水剂C30泵送的最优配合比如下表：

 表9 聚羧酸与萘系优选配合比

3 成本分析

聚羧酸减水剂单价高于现有萘系减水剂，但由于这种减水剂掺量低、减水率高，能降低水泥用量，提高粉煤灰、矿渣在胶凝材料中的比例，因此，使用聚羧酸配制混凝土较萘系可以降低更多的成本。从表9配合比的造价分析，其中砂、石、水的造价变化微小，不计在内。通过计算C30泵送混凝土，使用聚羧酸外加剂配制混凝土可降成本11元。

表10 混凝土造价分析

上表中材料单价为：水泥—420元/吨、矿粉—320元/吨、粉煤灰—180元/吨、萘系减水剂—2200元/吨、聚羧酸减水剂—4400元/吨。

4 结语

1、聚羧酸减水剂在低掺量的情况下可实现高减水及很好的和易性，并能降低水泥用量，提高粉煤灰、矿渣在胶凝材料中的比例，起到降低成本的作用。

2、聚羧酸碱含量低，有利于抑制水泥混凝土有害的碱骨料反应，通过混凝土试验研究，它配制出的混凝土和易性是传统萘系减水剂不能达到的。

3、聚羧酸的净浆流动度损失小，但是它配制的混凝土保坍性能很差，保坍性能不如于萘系，希望混凝土爱好者今后继续研究。

4、掺聚羧酸的混凝土测试含气量约为4.1%，表观有微小气泡，混凝土具有良好的粘聚性，浇筑性好；而掺萘系减水剂的混凝土在稍有泌水现象，测试含气量约为2.8％，有较多大气泡。

5、通过试验与计算，使用聚羧酸减水剂的混凝土成本低于萘系品种，应用在现代混凝土中的应用前景看好。

参考文献

[1] 蒋林华. 混凝土材料学.河海大学出版社,2006

[2] 何延树,等.混凝土外加剂.陕西科学技术出版社,2003

[3] 朱本玮,等.聚菠酸高效减水剂结构与性能关系的研究.武汉化工学院学报.2005