如何调节羧基的比例来控制聚羧酸减水剂的减水和保坍性能？

如何调节羧基的比例来控制聚羧酸减水剂的减水和保坍性能？

浅谈聚羧酸系减水剂的复配改性
潘　轩
[提　要]：为了探讨聚羧酸系减水剂的复配改性,本文选择葡萄糖酸钠、消泡剂与聚羧酸系减水剂进行复配。采用相同配合比,在葡萄糖酸钠、消泡剂不同掺量情况下进行混凝土性能试验。研究结果表明:对聚羧酸系减水剂进行复配可优化混凝土的性能,但存在一个最佳掺量。
[关键词]：聚羧酸系减水剂，复配，混凝土性能试验

1. 概述
现代社会迅猛发展,我国的混凝土工业也随着经济的高速发展日新月异。混凝土外加剂在经历了传统的木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物、脂肪族氨基磺酸盐之后,发展出了最新的聚羧酸系减水剂。聚羧酸系减水剂根据减水剂对水泥的作用机理,通过分子设计方法合成的具有梳型结构的分子链,从分子结构上解决了传统减水剂普遍存在的坍落度经时损失大,减水率相对较低,以及会对环境产生危害等方面的问题。因此聚羧酸系减水剂必将成为21世纪绿色混凝土减水剂发展的一个重要方向。利用复配方法对聚羧酸系减水剂进行改性,可提高其性价比,有利于聚羧酸系减水剂的推广与应用。
2. 聚羧酸系减水剂复配试验
2.1 与传统减水剂复配
聚羧酸系减水剂的分子结构由人工设计,多为“梳状”或“树枝状”,其分子主链上接有多个有一定长度和刚度的支链,在主链上也有能使水泥颗粒带电的磺酸盐或其它基团,一旦主链吸附在水泥颗粒表面后,支链与其它颗粒表面的支链形成立体交叉,阻碍了颗粒相互接近,从而达到分散(即减水)作用。传统减水剂(木质素磺酸盐、萘磺酸缩合物、磺化三聚氰胺等)的分子均为线状结构,一旦分子吸附在水泥颗粒表面,分子磺酸盐基团使水泥颗粒表面带电,形成电场,由于带电颗粒互斥,使颗粒在介质(水)中分散,从而达到减水作用。二者有效成分比例不同,分子量相差大,如共同使用,会产生不良反应,致使混凝土不具工作性。
2.2 与缓凝剂复配
由于萘系等高效减水剂坍落度损失大的原因,以往的减水剂往往采用复配缓凝剂的方法来解决这个问题。缓凝剂多种多样,与聚羧酸减水剂的适应性也不完全相同。其中,柠檬酸钠就不适合与聚羧酸系减水剂进行复配。它与聚羧酸系减水剂复配不仅起不到缓凝作用,反而有可能引起促凝,且柠檬酸钠溶液和聚羧酸系减水剂的互溶性也很差。而同为萘系减水剂缓凝改性成分的糖类缓凝剂,主要是葡萄糖酸钠,同聚羧酸系减水剂复配就具有良好的操作性,其缓凝效果好,在掺量适宜的条件下还有增加混凝土的强度的作用。
试验原材料:
水泥:42.5级的福建炼石普通硅酸盐水泥;
粉煤灰:福州开发区华能电厂粉煤场生产的二级灰;
粗细骨料:闽江石、闽江砂;
外加剂:我国某公司生产的聚羧酸系减水剂母料1(固体含量40%)、我国某公司生产的葡萄糖酸钠。
试验混凝土强度等级为C40,配合比如表1所示。
2.3 与消泡剂、引气剂复配
在混凝土结构中,并非所有的气泡都是有益的,一般认为泡径小(10～100μm)、分布均匀、构造稳定的气泡是有益的气泡;反之,泡径大且尺寸不一、不均匀、不稳定的气泡就是有害气泡。因此工程上常利用消泡剂和引气剂来调节混凝土内部孔结构(即气泡)的数量和质量,从而达到改善混凝土某些性能的目的。采用“先消后引”技术对聚羧酸减水剂进行处理可取得明显的效果。但并不是每一种消泡剂、引气剂都适合与聚羧酸系减水剂复配,在使用时应多加注意。
试验原材料:
水泥:42.5级的福建炼石普通硅酸盐水泥;
粉煤灰:福州开发区华能电厂粉煤场生产的二级灰;
粗细骨料:闽江石、闽江砂;
外加剂:我国某公司生产的聚羧酸系减水剂母料2(固体含量60%)、我国某公司生产的消泡剂。
试验混凝土强度等级为C40,配合比如表2所示。

3. 试验结果分析
3.1与葡萄糖酸钠复配
图1为相同配合比条件下,随着葡萄糖酸钠掺量的变化,初始坍落度和60min坍落度的试验对比结果。

由图1可知,随着葡萄糖酸钠掺量的增大,混凝土的初始坍落度呈增长趋势,60min坍落度呈增长趋势,但经时损失均较小。在试验中还发现,如果葡萄糖酸钠过饱和,混凝土也容易出现泌浆和沉底现象。图2为相同配合比条件下,随着葡萄糖酸钠掺量的变化,3d、7d、28d抗压强度的试验对比结果。

由图2可知,各组混凝土3d强度都达到30～40MPa,28d强度都达到50～60MPa。可见葡萄糖酸钠虽然能延缓水泥水化过程,但并不影响早期强度的增长。而且由于粉煤灰的火山灰活性以及聚羧酸系减水剂的使用,混凝土28d强度也较高。
3.2 与消泡剂复配
图3为相同配合比条件下,随着消泡剂掺量的变化,初始坍落度和60min坍落度的试验对比结果。

由图3可知,随着消泡剂掺量的增大,混凝土的初始坍落度呈先增大后减小的趋势,60min坍落度呈降低的趋势。混凝土的初始坍落度先增大,其主要原因是由于消泡剂降低了混凝土中泡径大、尺寸不一、不均匀、不稳定的有害气泡。随着消泡剂掺量的增大,有益气泡也被消除,混凝土的初始坍落度又开始减小。在试验中还发现,随着消泡剂掺量的增大,混凝土的和易性开始变差。
图4为相同配合比条件下,随着消泡剂掺量的变化,3d、7d、28d抗压强度的试验对比结果。

由图4可知,随着消泡剂掺量的增大,混凝土的各龄期抗压强度都有增大趋势,其主要原因是消泡剂降低了混凝土中的气泡,使混凝土更加密实,从而提高了混凝土的强度。
4. 结论
对聚羧酸系减水剂进行复配可以优化混凝土的性能,但各类用于复配的材料要事先进行预选,同时用于复配的材料也存在一个最佳掺量。有的复配材料在聚羧酸系减水剂中的用量很低,在称量时要提高精度,才能发挥复配材料的最佳作用。