武漢商砼供應(yīng)站如何解決高標號混凝土粘度大、流動慢的難題？

隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，一些超高層、大跨度以及有特殊功能要求的重要建筑不斷出現(xiàn)，這就使得高標號混凝土正以其強度高、整體性好、自重小的特點，逐步進入了建設(shè)市場。但目前主要是通過降低水膠比的方法提高混凝土強度，這就導(dǎo)致高標號混凝土在應(yīng)用中存在粘度較大，流動速度慢的問題，進而引發(fā)混凝土攪拌、運輸、泵送等一系列的施工問題，很大程度上限制高強與超高強混凝土的推廣與應(yīng)用。因此，開發(fā)一種降粘型聚羧酸減水劑具有重要的意義。

本文主要以實現(xiàn)降低高強混凝土的粘度、快流速為目標，采用異戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酰胺為主要原料，通過氧化還原引發(fā)體系共聚合成降粘型聚羧酸減水劑，考察不同側(cè)鏈長度、丙烯酰胺和二甲基丙烯酸乙二醇酯用量對PCE性能的影響。通過PCE分子鏈中引入較短的聚氧乙烯側(cè)鏈和陽離子單體丙烯酰胺可有效的降低混凝土粘度，而交聯(lián)單體的引入使得混凝土具有較好的坍落度保持性。混凝土供應(yīng),武漢混凝土公司,

1 實驗部分

1.1 實驗原材料及儀器

實驗原材料：異戊烯醇聚氧乙烯醚（TPEG，相對分子質(zhì)量分別為600、1000、1200、2400、3000）、丙烯酸（AA）、二甲基丙烯酸乙二醇酯、丙烯酰胺、雙氧水、新型還原劑、3-巰基丙酸、32％氫氧化鈉溶液（NaOH），均為工業(yè)級市售；降粘型聚羧酸減水劑（PC-1）：進口市售產(chǎn)品。

測試原材料及儀器：水泥：閩福P.O42.5R；細骨料（砂）：細度模數(shù)為1.1的河砂，3.1的卵石機制砂；粗骨料：5~10mm和10~20mm連續(xù)級配碎石；礦粉（S95）；粉煤灰（II級）；四口燒瓶；溫度計；蠕動泵；全自動表界面張力儀（規(guī)格：JYW-200；生產(chǎn)廠家：承德鼎盛試驗機檢測設(shè)備有限公司）；紅外光譜儀IR（規(guī)格：Avatar360；生產(chǎn)廠家：美國PerkinElmer公司）；微控電子萬能試驗機（規(guī)格：CMT5605；生產(chǎn)廠家：美特斯工業(yè)系統(tǒng)有限公司）。武漢混凝土配送,武漢商砼價格,

1.2 合成工藝

往裝有加熱裝置、溫控裝置和攪拌器的250ml四口燒瓶中加入計量好的不同分子質(zhì)量的TPEG和水，待TPEG全部溶解后，加入丙烯酸和雙氧水，在常溫下分別滴加丙烯酸、交聯(lián)單體二甲基丙烯酸乙二醇酯和丙烯酰胺的混合水溶液和新型還原劑與3-巰基丙酸的混合水溶液，滴加3-4h，再恒溫1h，反應(yīng)結(jié)束后加入32％氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至6.0～7.0，即得到了一定濃度的降粘型聚羧酸減水劑PC-2。武漢商砼站,附近商砼站,

1.3 性能測試與表征

1.3.1 凈漿流動度測定

按照GB/T8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》中測定水泥凈漿流動度的方法，W/C為0.29，減水劑用量為折固摻量0.18％。

1.3.2 混凝土應(yīng)用性能

按照JGJ281-2012《高強混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進行混凝土拌合物性能測試，采用倒坍落度桶測試混凝土拌合物的排空時間t來評價產(chǎn)品配制混凝土粘度情況，以下簡稱排空時間t。按GB/T50080-2011《普通混凝土拌合物性能測試方法》和GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能測試方法》測定混凝土性能。

1.3.3 表面張力測試

將一定量的試樣至于10ml的小燒杯中，加入一定量去離子水溶解，然后移入100ml的容量瓶中，以去離子水定容于刻度線，每種濃度試樣配置3份，表面張力取3份樣品的平均值。采用吊環(huán)法于全自動表界面張力儀上測試試樣的表面張力。武漢附近混凝土攪拌站,

1.3.4 紅外光譜（IR）分析

將微量烘干后的聚羧酸減水劑與溴化鉀共同研磨后壓成薄片，采用紅外光譜儀進行測定分析。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 不同側(cè)鏈長度對PCE性能的影響

反應(yīng)條件：按n（AA):n（TPEG）=3.5:1， 新型還原劑、丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯和3-巰基丙酸用量分別為單體總質(zhì)量的0.15%、1%、2%和0.5%，n（H2O2）：n（新型還原劑）=4:1 的條件下，考察不同側(cè)鏈長度對PCE性能的影響。試驗結(jié)果如圖1所示。

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由圖1可以看出，隨著側(cè)鏈長度的增加，凈漿流動度和排空時間，逐漸增大。主要是因為當(dāng)側(cè)鏈較短時，引入的聚氧乙烯基支鏈較短，使得減水劑分子的空間位阻效應(yīng)較小，因此，水泥顆粒的分散性較差；而側(cè)鏈較短時，鏈中醚基與水分子締合形成的溶劑化水膜較薄，則漿體中的自由水更多，表現(xiàn)為混凝土粘度較小；側(cè)鏈較長時，引入的聚氧乙烯基支鏈較長，使得減水劑分子的空間位阻效應(yīng)較大，因此，水泥顆粒的分散性較好；鏈中醚基與水分子締合形成的溶劑化水膜較厚，則漿體中的自由水更少，水泥顆粒間容易產(chǎn)生絮凝，表現(xiàn)為混凝土粘度較大。但由于TPEG分子量為600時粘度較小，減水率較低，因此，綜合考慮，采用TPEG-1000大單體性能最佳。

2.2 丙烯酰胺用量對PCE性能的影響

按n（AA):n（TPEG-1000）=3.5:1， 新型還原劑、二甲基丙烯酸乙二醇酯和3-巰基丙酸用量分別為單體總質(zhì)量的0.15%、2%和0.5%，n（H2O2）:n（新型還原劑）=4:1 的條件下，考察丙烯酰胺用量對PCE性能的影響。試驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著丙烯酰胺用量的增加，凈漿流動度先逐漸增大后減小，而排空時間，先減小后增大，當(dāng)丙烯酰胺用量占單體總質(zhì)量的1.5%時，凈漿流動度達到最佳，排空時間最小，即混凝土粘度最小。主要是因為丙烯酰胺在一定的用量范圍內(nèi)，隨著丙烯酰胺用量的增大，酰胺基通過氫鍵吸附的水增多，則漿體中的自由水增多，有效防止水泥顆粒的凝結(jié)，使體系更加分散，混凝土粘度更小。但丙烯酰胺用量過大時，會與羧基形成氫鍵，逐漸變?yōu)殡娭行苑肿樱撾姾傻臏p少不利于減水劑分子在水泥顆粒表面的吸附，從而影響減水劑對水泥的分散能力。而且由于它的強力吸附，會起到絮凝劑的作用，使分散作用降低，混凝土粘度較大。因此，丙烯酰胺用量占單體總質(zhì)量的1.5%時性能最佳。

2.3 二甲基丙烯酸乙二醇酯用量對PCE性能的影響

按n（AA):n（TPEG-1000）=3.5:1， 新型還原劑、丙烯酰胺和3-巰基丙酸用量分別為單體總質(zhì)量的0.15%、1.5%和0.5%，n（H2O2）:n（新型還原劑）=4:1 的條件下，考察二甲基丙烯酸乙二醇酯用量對PCE性能的影響。試驗結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，隨著二甲基丙烯酸乙二醇酯用量的增加，凈漿流動度先逐漸增大后減小，而排空時間，先平緩變化后增大。主要是因為二甲基丙烯酸乙二醇酯為交聯(lián)單體，在聚合過程中實現(xiàn)部分交聯(lián)。在一定用量范圍內(nèi)，隨著二甲基丙烯酸乙二醇酯用量的增大，減水劑分子產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)提高，使其構(gòu)象更為伸展，可以有效的提高減水劑的分散性，而二甲基丙烯酸乙二醇酯在2.5%用量范圍內(nèi)，排空時間變化的比較不明顯。當(dāng)二甲基丙烯酸乙二醇酯用量過大時，減水劑分子鏈上占大部分的聚氧乙烯側(cè)鏈和交聯(lián)結(jié)構(gòu)，其它單體聚合比例大大減少，使得減水劑分子本身或分子之間可能會發(fā)生纏結(jié)，從而削弱其空間位阻的發(fā)揮，導(dǎo)致減水劑的分散性下降和混凝土粘度增大。因此，綜合考慮，選取二甲基丙烯酸乙二醇酯用量占單體總質(zhì)量的2.5%時最佳。

2.4 減水劑溶液的表面張力

在n（AA):n（TPEG-1000）=3.5:1，新型還原劑、丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯和3-巰基丙酸用量分別為單體總質(zhì)量的0.15%、1.5%、2.5%和0.5%，n（H2O2）:n（新型還原劑）=4:1 的條件下，合成出降粘型聚羧酸減水劑PC-2。將PC-2配置成不同濃度的水溶液進行表面張力測試，數(shù)據(jù)如圖4所示。

由圖4數(shù)據(jù)可知，降粘型聚羧酸減水劑表面張力隨著濃度增大而減小，表明降粘型聚羧酸減水劑分子有向表面吸附的趨勢，降低了水泥顆粒的固液界面能，同時新拌混凝土中容易形成許多微小氣泡，能夠?qū)λ囝w粒產(chǎn)生隔離作用，起到對水泥顆粒間潤濕作用，有利于減水劑對水泥顆粒的吸附，使水泥顆粒分散和分散更穩(wěn)定[4]。

2.5 減水劑分子結(jié)構(gòu)分析

對降粘型聚羧酸減水劑PC-2進行紅外光譜分析，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，在3422.81、2896.92、1715.41、1612.83、1452.74、1246.76、1106.61cm-1等位置出現(xiàn)多處吸收峰，其中在3422.81cm-1處出現(xiàn)1個吸收峰，此峰為-OH的特征吸收峰；在2896.92cm-1、1452.74cm-1出現(xiàn)了吸收峰，此峰為CH3-、-CH2-的C-H伸縮振動峰；在1715.41cm-1處出現(xiàn)了吸收峰，此峰為酯鍵伸縮振動峰，說明減水劑中引入了二甲基丙烯酸乙二醇酯；在1612.83cm-1處出現(xiàn)了吸收峰，此峰為酰胺的吸收峰，由此推斷，丙烯酰胺成功參與反應(yīng)；在1106.61cm-1處為脂肪醚的伸縮振動峰，此處為大單體TPEG-1000的醚鍵。因此，合成的降粘型聚羧酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)與設(shè)計的減水劑分子結(jié)構(gòu)相符。

2.6 混凝土性能對比試驗

將降粘型聚羧酸減水劑PC-2與市售降粘型聚羧酸減水劑PC-1（含固量均為50%）在同等條件下控制混凝土達到相同初始擴展度（650±20）mm，以及測試混凝土經(jīng)時坍落度損失、排空時間t、7 d和28 d抗壓強度試驗。混凝土試驗采用配合比，如表1所示，混凝土性能測試結(jié)果見表2。

由表2可見，PC-2與PC-1具有相同初始分散性，而PC-2混凝土坍落度保持性明顯優(yōu)于PC-1，排空時間小于PC-1，而且摻減水劑PC-2的混凝土7d、28d抗壓強度和抗壓強度比均高于摻PC-1的混凝土。由此說明已成功制得保坍性能好，降粘效果好的降粘型聚羧酸減水劑。主要因為此降粘型聚羧酸減水劑PC-2引入較短的聚氧乙烯側(cè)鏈，使得鏈中醚基與水分子締合形成較薄的溶劑化水膜，可有效降低混凝土粘度。丙烯酰胺的引入，使得酰胺基通過氫鍵吸附的水增多，有效防止水泥顆粒的凝結(jié)，使體系更加分散，降低混凝土粘度。而隨著水泥水化的進行，交聯(lián)結(jié)構(gòu)不斷水解釋放出羧酸基團，對坍落度的保持起到了重要的作用。

3 結(jié)論

（1）降粘型聚羧酸減水劑PC-2最佳制備工藝：n（AA):n（TPEG-1000）=3.5:1， 新型還原劑、丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯和3-巰基丙酸用量分別為單體總質(zhì)量的0.15%、1.5%、2.5%和0.5%，n（H2O2）:n（新型還原劑）=4:1。

（2）本文制備的降粘型聚羧酸減水劑PC-2坍落度保持性和降粘效果都明顯優(yōu)于市售降粘型聚羧酸減水劑PC-1，而且摻減水劑PC-2的混凝土7d、28d抗壓強度高于摻PC-1的混凝土。由此說明已成功制得保坍性能好，降粘效果好的降粘型聚羧酸減水劑。