聚羧酸减水剂复配试验分析研究

聚羧酸减水剂复配试验分析研究

许学亮

身份证号： 21138219920916****

摘要：聚羧酸系高性能减水剂是继木钙为代表的普通减水剂和以萘系为代表的高效减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂，是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种高效减水剂。聚羧酸减水剂是一种新型的高性能减水剂，它掺量低、减水率高、增强效果显著、坍落度经时损失低，对凝结时间影响较小。因此，本研究对聚羧酸系高效减水剂与萘系、氨基磺酸盐系、木钠系及脂肪族系等高效减水剂的复配试验，寻求其相互间的复配规律。

关键词：聚羧酸减水剂；复配；试验

一、聚羧酸减水剂的复配技术

（一）聚羧酸减水剂母液的复配

聚羧酸减水剂属于高性能减水剂，通过根据混凝土的实际拌合状态决定附加某些小料的方法来改善性能，通过母液的复配来达到基本的要求，然后通过小料进行微调。

母液的复配，可以使产品的分子侧链密度得到调节，取长补短，产品设计的多元化是良好复配的基础，也可以引入具有特殊性能的母液以改善质量。如引入保坍性良好的母液，或者引入缓释型的保坍剂。当需要降低成本时，可采用引入经济型的聚羧酸减水剂。母液的复配有些是性能的加权平均，有些可获得1+1>2的叠加效应。单个母液所不能达到的效果，或许多种母液组合能发挥所需要的作用。

混凝土的坍落度损失是聚羧酸减水剂面临的最重要的问题，母液（含保坍剂）的复配是满足保坍性的最好手段，并能较好适应混凝土原材料（特别是砂）的质量优劣或者波动等。在调整保坍性的同时，一般使混凝土坍落度在1～2小时内有较小损失，应防止高保坍引起短距离运输后坍落度返大而产生滞后泌水。

（二）功能成分复配

为了有效改善混凝土新拌性能，获得适合于现场混凝土使用的聚羧酸减水剂产品，除了采用母液的合成工艺来实现外，还需要通过添加一些功能组分进行简单的物理复配改善混凝土的缓凝、含气量、和易性、外观等施工性能。

缓凝剂的物理复配不可缺少。掺加缓凝组分是调节外加剂适应不同气温凝结时间的重要成分，在允许的条件下可以一种或多种缓凝剂并用（常用的有葡萄糖酸钠、柠檬酸、磷酸盐、糖类、木质素磺酸盐等），特别是葡萄糖酸钠和糖类适应性较好。缓凝剂的掺入量随温度调节，加入葡糖糖酸钠效果更佳，有时候加入某些缓凝剂有利于减少坍落度损失，但不能作为抑制坍损的更有效方法。在复配缓凝剂时，不少缓凝组分有一定的减水作用，在母液数量及计算成本时应该予以考虑。

从减水剂的作用机理上，聚羧酸系减水剂集中体现了表面活性剂分子中活性基团的多样性。不但活性基团的种类多且这些基团不仅集中在分子主链上，更活跃在嫁接于主链的侧枝上。形成极性较强的分子主链，以及带有亲水性的有一定长度和数量的侧链，分子结构呈梳型。主链很强的极性阴离子“锚固”基团用以吸附在水泥颗粒上，由众多支链支撑的向外伸展的梳齿结构为水泥粒子的进一步分散提供了充分的空间排列效应。相比于萘系高效减水剂的双电层电性斥力作用，空间位阻作用使分散保持的时间要长得多。适当的改变聚羧酸系高减水剂梳型结构，使侧链的密度与长度适当变化时，又可得到适用于预制构件用的高减水，高早强型减水剂。

由此不难看出，聚羧酸系减水剂它的特点在于，可以按要求来调整、改变分子结构，达到改变性能的目的。而不是用简单复配来改性，基于这种认识，或许对我们今后应用技术的提高有所启发。

二、聚羧酸减水剂复配性能试验研究

通过聚羧酸系高效减水剂与萘系、木钠系、氨基磺酸盐系及脂肪族系高效减水剂按不同比例两两复合，研究不同比例配合对水泥净浆流动度的影响。净浆流动度试验采用配合比为水80g，水泥300g，为了便于比较，单独使用每种减水剂时，本试验对水泥净浆流动度的影响采用一致标准，从而选择了不同浓度的减水剂掺量均为水泥质量的2%。

（一）聚羧酸减水剂与氨基磺酸盐减水剂复配试验。采用10%聚羧酸减水剂与20%氨基磺酸盐减水剂复配试验。

聚羧酸减水剂与氨基磺酸盐复配时，随着氨基磺酸盐减水剂掺量的增加净浆流动度总体呈现出先降低后增加的趋势，在氨基磺酸盐减水剂掺量是40%时净浆流动度降低达到最小值100 mm，之后随着氨基磺酸盐减水剂掺量的增加净浆流动度逐渐增大。当氨基磺酸盐减水剂掺量是10%时，净浆流动度为165mm，明显比单独使用聚羧酸减水剂的效果要差很多，这是因为氨基磺酸盐减水剂的掺入，减水剂会吸附在水泥颗粒表面，与聚羧酸减水剂存在竞争吸附，导致复合减水剂减水效果降低。当氨基磺酸盐减水剂掺量增加到40%时，两种减水剂竞争吸附作用最为激烈，所以复配效果最差。之后随着氨基磺酸盐减水剂的增加，两种减水剂会产生叠加的作用效果，会使复配后的减水能力逐渐加强，且另一方面聚羧酸减水剂对水泥颗粒的吸附争夺作用明显不如氨基磺酸盐减水剂，所以随着氨基磺酸盐减水剂比例的增加，净浆流动度会逐渐升高。这实际上就是聚羧酸减水剂根本就没起效果，而只是氨基磺酸盐减水剂在起作用。与此同时水泥颗粒吸附减水剂所形成的空间位阻效应并未削弱很多，所以在一定范围内掺加氨基磺酸盐会使整体减水效果提高。

（二）聚羧酸减水剂与萘系减水剂复配试验。10%聚羧酸减水剂与30%萘系减水剂复配试验。

当聚羧酸减水剂与萘系减水剂复配时，萘系与聚羧酸减水剂复配效果不是很好。

单独使用聚羧酸减水剂时，净浆流动度是215 mm，当萘系减水剂掺量为10%时，净浆流动度是155 mm，净浆流动度大幅度降低，掺加少量萘系减水剂就大幅度影响减水效果。这是因为当掺加萘系减水剂时，萘系减水剂分子吸附在水泥颗粒表面，很大程度上阻碍了聚羧酸减水剂的作用效果，究其原因，可能是由于两种减水剂的分子结构差异较大，在水泥颗粒表面的吸附形式不同，萘系直链分子的侧链部分阻止了聚羧酸减水剂对水泥颗粒的吸附。在萘系减水剂掺量为30%时，表现最为明显，在整个复配过程中流动效果最低，此时二者的复配效果最差。当萘系减水剂掺量超过30%时，净浆流动度开始逐渐增加，复配后减水效果逐渐变好。由于两种减水剂复合后产生叠加效应，使减水效果增强，也可能由于两种减水剂的分子之间产生了团聚而降低了分散效果，但这种团聚分子吸附在水泥颗粒表面又使得其体系的稳定性得以保持，所以减水效果会逐渐改善。从以上试验可以得出结论，在复合减水剂中，随着萘系减水剂所占比例的提高，减水剂的净浆流动性能力先明显降低后逐渐增强，但是上面的试验只是针对了水泥净浆，尚不足以说明此种复合后的减水剂在混凝土中的使用效果。

（三）聚羧酸减水剂与木钠减水剂复配试验。10%聚羧酸减水剂与30%木钠减水剂复配试验。

聚羧酸减水剂与木钠减水剂复配时，随着木钠减水剂掺量的增加，复配后减水能力先明显下降后急剧升高再逐渐下降。单独使用聚羧酸减水剂明显比单独使用木钠减水剂效果好，单独掺加木钠减水剂时，净浆流动度达到最低105 mm，说明木钠减水剂减水效果不是很好。当木钠减水剂掺量为10%时，净浆流动度明显降低，因为木钠减水剂减水效果本身不好，这主要是因为木钠的加入会对聚羧酸减水剂产生类似于氨基磺酸盐和萘系减水剂的效果，所以导致净浆流动度急剧降低。但是随着木钠掺量的增加，由于两种减水剂的叠加作用逐渐得以体现，净浆流动度又有所改善。如当木钠减水剂掺加量为20%时，净浆流动度为205 mm。之后随着木钠减水剂掺量的增加，木钠减水剂本身减水率较低，导致复配后的净浆流动度逐渐降低。虽然木钠减水剂减水效果不好，但是由于其价格比较便宜，使用起来比较经济，尤其是在低强度混凝土的使用中，就显示出了优越性。

（四）聚羧酸减水剂与脂肪族减水剂复配试验。10%聚羧酸减水剂与25%脂肪族减水剂复配试验。

聚羧酸减水剂与脂肪族减水剂复配时，随着脂肪族减水剂掺量的增加，净浆流动度先降低后逐渐增加；单独使用聚羧酸减水剂时，净浆流动度是215 mm，当脂肪族减水剂掺量为10%时，净浆流动度是165 mm，效果明显降低，因为脂肪族减水剂的掺入，由于两种减水剂的竞争吸附作用，使复合减水剂的减水效果降低。随着脂肪族减水剂浓度的增加，水泥颗粒对减水剂吸附量也迅速增加，减水剂浓度增加到一定程度时，吸附量增加趋势变缓，直到达到极限吸附量。由于两种减水剂的叠加作用效果，当脂肪族减水剂掺量超过30%后，复合后作用效果又逐渐加强。当掺量变成60%、70%、80%、90%时，净浆流动度达到最大220 mm 保持不变，而且总体比其他掺量要好很多，可以说明此时的掺量应该为二者复配的最好比例，此时二者复配效果最佳。

脂肪族高效减水剂的减水分散作用机理是以静电斥力为主，兼有水化膜润滑作用，润湿作用，络合作用，空间位阻作用等几种作用相互叠加的结果，通过破坏絮凝结构释放出游离水，而使水泥粒子分散，由于两种减水剂均为阴离子表面活性剂，吸附量越大，则每克水泥吸附的负电荷数也越大，Zeta 电位的绝对值也越大，从而流动度越大。总体来看，对于同种水泥而言，随着脂肪族减水剂掺量的增加，净浆流动度在一定程度上呈现增大的趋势，而且聚羧酸系与脂肪族系高效减水剂的复合效果较好，比与氨基磺酸盐系高效减水剂、木钠系减水剂、萘系高效减水剂的复合效果好，在考虑性价比的情况下能一起复合使用。可见聚羧酸减水剂与脂肪族减水剂具有很好的复配效果。

三、总结

聚羧酸系减水剂是一种绿色、环保的新型高性能减水剂，它实现了对商品混凝土性能的改善和提高。在应用过程中，我们发现聚羧酸系减水剂与传统减水剂同样存在水泥砂石料及其掺合料的适应性问题。这就需要我们与商品混凝土公司加强交流，根据具体情况及时调整配合比或者外加剂组份，确保产品在商品混凝土中得到更广泛的推广使用。

参考文献：

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