高适应性机制砂混凝土用聚羧酸减水剂制备及性能研究

高适应性机制砂混凝土用聚羧酸减水剂制备及性能研究

周展望 1戴宏伟民 2

宁波正信检测科技有限公司， 浙江省 宁波市 315000

摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，基础设施建设加快，资源和环境压力日益增大。作为自然资源的建筑用河砂，由于资源短缺和河道禁采禁挖，正在被机制砂迅速替代，机制砂占国内总供应量的比例持续攀升。但目前国内机制砂的生产控制技术还不够先进，生产的机制砂还存在细度模数不稳定、含泥含粉量不稳定、颗粒形貌不稳定等问题，使得聚羧酸减水剂对混凝土适应性的问题越来越突出，如机制砂细度模数越小，比表面积越大，对自由水和混凝土外加剂的吸附量也越多，最终导致混凝土的初始分散性、保坍性及和易性变差。

关键词：聚羧酸减水剂；合成；净浆适应性；混凝土适应性

引言

目前大部分学者对机制砂混凝土的研究主要集中在混凝土配合比调整及外加剂的应用技术上，对机制砂专用减水剂及减水剂的适应性研究较少。为了降低聚羧酸减水剂对水泥种类、环境温度、减水剂掺量等方面的敏感性问题，本文拟通过丙烯酸与对氨基苯磺酸酯化制备双层分散结构的功能单体，再与新型六碳大单体、不饱和硅烷单体、羟基酯封端的寡聚物在氧化还原引发体系作用下制备高适应性机制砂混凝土用聚羧酸减水剂PC-1。

1机制砂的特性

我国机制砂的生产方式多种多样，不同地域中机制砂的母岩、颗粒粒型、颗粒级配、石粉含量、石粉含泥各不相同。目前，规模化机制砂生产才刚开始起步，绝大数机制砂生产线属于小型作坊式，采用廉价设备和传统锤式粉碎工艺，利用当地的石灰岩、花岗岩、鹅卵石及混合石材进行机制砂生产。由于设备相对较旧，工艺不先进，生产控制不规范，现有机制砂普遍存在母岩来源复杂、级配差、粒形尖锐多棱角、粉体成分复杂，含泥量偏高等问题，导致机制砂混凝土和易性不好、坍落度损失大、强度不高、混凝土性能波动大等问题。近几年，又出现水洗机制砂絮凝剂残留问题，导致机制砂混凝土坍落度经时损失大、减水剂掺量高等问题，给企业规模化生产增加了困难。

2机制砂的粒型、颗粒级配对机制砂混凝土性能的影响

与表面光滑圆润的河砂相比，机制砂的表面织构更为粗糙，棱角更为尖锐，应用于混凝土中，和易性较差，容易产生离析、泌水，施工过程中混凝土极易出现堵管、板结等不良现象，给施工带来诸多的不便。由于制备工艺及设备的限制，一些机制砂存在针片状含量过高的情况，影响到机制砂混凝土的工作性能。国内学者针对机制砂中针片状问题，专门研究制定快速检测机制针片状含量的测定方法。合理的机制砂颗粒搭配会使混凝土整个体系更加密实。目前，常用机制砂整体偏粗，细粉颗粒含量较少，势必会导致粗骨料、细骨料及胶凝材料之间空隙率偏大，无法形成良好的空间搭配，导致混凝土和易性不佳。预拌混凝土企业最常见的机制砂为“两头大中间小”的断级配砂，由于中间颗粒的缺失，需要更多的胶凝材料填充骨料间空隙。根据机制砂中间粒径颗粒的缺失程度，混凝土会出现不同程度的离析、泌水现象，且由于混凝土空隙率的增加，混凝土的立方体抗压强度会出现明显的下降。在进行混凝土配合比调整时，仅靠提高砂率是没有效果的，必须靠细颗粒或者胶凝材料来填充，否则混凝土和易性不佳。建议使用机制砂时，应根据机制砂的特性，搭配匹配的细骨料复合使用。若传统粗的机制砂则需要搭配主要为中细颗粒的细骨料一起使用，以提高颗粒级配的连续性，从而提高混凝土的密度、改善混凝土和易性，提高混凝土强度。

3试验

3.1原材料

（1）合成原材料4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯基醚（VPEG），相对分子质量2400，工业级；丙烯酸（AA）、对氨基苯磺酸、浓硫酸、对苯二酚、过硫酸铵、次磷酸钠、硫酸亚铁、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧乙基琥珀酸单酯、巯基乙醇、氢氧化钠（32%溶液）：均为工业级；水：去离子水，自制。（2）性能测试材料普通聚羧酸减水剂（PC-2）：固含量50%，减水率30%，市售；水泥：闽福P·O42.5水泥（C1），海螺P·O42.5水泥（C2），红狮P·O42.5水泥（C3）；砂（S）：细度模数2.4～2.8，石粉含量分别为10%（S1）、15%（S2）、20%（S3）的机制砂；石（G）：粒径5～31.5mm的碎石；粉煤灰：F类，Ⅱ级；水（W）：自来水。

3.2合成工艺

3.2.1功能单体的制备

将100g丙烯酸、96.14g对氨基苯磺酸、5g浓硫酸和0.8g对苯二酚加入到装有冷凝装置的四口烧瓶中，在氮气保护下，于一定温度条件下恒温反应一段时间，反应结束后降温到40℃，即得到双层分散结构的功能单体。

3.2.2高适应性机制砂混凝土用聚羧酸减水剂的制备

往装有搅拌器的500mL四口烧瓶中加入200g的VPEG、0.1g硫酸亚铁、4g功能单体和142g水，搅拌至溶解后，在15℃条件下，依次分别滴加1.5g过硫酸铵与30g水的混合溶液，3g次磷酸钠与30g水的混合溶液，18g丙烯酸、3g的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和2g甲基丙烯酰氧乙基琥珀酸单酯与20g水的混合溶液，滴加时间为45min，再恒温反应1h，反应结束后，加入12g的32％氢氧化钠，即得到固含量为50%、pH值为7的高适应性机制砂混凝土用聚羧酸减水剂PC-1。

3.3结果与讨论

3.3.1环境温度适应性

为研究减水剂对不同环境温度的适应性，分别将PC-1和PC-2在不同环境温度下进行净浆试验，在不同温度条件下测试净浆流动度时，掺PC-1和PC-2净浆的初始流动度相差不大，但PC-1的1h净浆流动度损失小于PC-2；PC-1在不同温度条件下的1h净浆流动度相差不大，而PC-2则随着温度的升高，1h净浆流动度损失增大。由此可见，PC-1相比PC-2具有较好的分散保持性，且对环境温度适应性较好。

3.3.2混凝土适应性分析

将PC-1和PC-2掺入不同石粉含量机制砂的混凝土中，控制混凝土初始坍落度均为（220±10）mm，比较减水剂对不同石粉含量机制砂的适应性。随着机制砂中石粉含量的增加，掺PC-1混凝土的初始和1h的工作性能变化远小于掺PC-2的，而且掺PC-2混凝土的1h坍落度、扩展度经时损失大于掺PC-1的混凝土。由此可见，PC-1的适应性和保坍性均优于PC-2。

结束语

（1）所合成的高适应性机制砂混凝土用聚羧酸减水剂PC-1的单体转化率较高，达91.58%，其分子质量分布较窄，能够满足使用要求。（2）由机制砂对减水剂吸附性能影响研究可知，合成减水剂PC-1对不同石粉含量的机制砂吸附率变化较小，即PC-1对不同机制砂的适应性较好。（3）由净浆适应性分析可知，在不同水泥种类、环境温度、减水剂掺量条件下，PC-1相比市售普通聚羧酸PC-2具有较好的适应性和较低敏感性。（4）由混凝土适应性分析可知，随着机制砂中石粉含量的增加，掺PC-1混凝土的初始和1h工作性能变化远小于掺PC-2的混凝土，而且掺PC-2混凝土的1h坍落度、扩展度经时损失大于掺PC-1的混凝土。表明PC-1的适应性和保坍性均优于PC-2。

参考文献

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