聚羧酸外加剂对混凝土影响分析

聚羧酸外加剂对混凝土影响分析

张金旺 ,2.孙海涛

1.济南泉铁轨道交通建材有限公司 山东济南250000

2.商河惠鑫新型建材有限公司 山东济南250000

摘要：近年来，社会进步迅速，我国的基础建设的发展也有了创新。聚羧酸共聚物侧链结构对水泥水化及硬化过程的影响提出以聚乙二醇系列、丙烯酸、顺酐、丙烯酸羟乙酯为原料合成聚羧酸减水剂，通过聚羧酸共聚物侧链长度对水泥分散性能和水化过程，测试分析聚羧酸减水剂对混凝土强度的影响。

关键词：分类组成；聚羧酸外加剂；性能影响分析

引言

近年来，随着国家实行天然砂石限采政策及日益增长的工程量，导致了人工砂需求量的日益增长。合格的人工砂资源愈发稀少，表面粗糙、棱角突出的人工砂比比皆是，其细度模数大，级配不适，砂石含泥量、含粉量高，使得混凝土在实际生产应用上用水量高、和易性差、易离析泌水、强度无法保障等问题层出不穷。基于材料的多样性和高减水率的需求，聚羧酸高效减水剂的大规模应用已经成为了一种趋势。

1外加剂的品种分类及基本组成

外加剂是指在拌制混凝土的过程中掺入用以改善混凝土性能的物质，掺量一般不大于胶凝材料总量的5%。但由于外加剂对混凝土工作性能影响显著，因此，根据原材料状况合理确定外加剂配方对混凝土施工极为重要。外加剂按主要功能分为4类，分别为：1）改善混凝土拌和物和易性的外加剂；2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂；3）改善混凝土耐久性的外加剂；4）改善混凝土其他性能的外加剂。外加剂主要有减水母液、缓释母液、缓凝剂、引气剂、消泡剂、调整胶凝材料助剂、调整骨料助剂等材料组成，具体如下。1）减水母液：主要有木质素类、萘系、脂肪族、聚羧酸系等母液。高性能聚羧酸减水母液又有低减水型、高减水剂型和常规减水型。高减水型母液适用于含泥含粉较高的材料，低减水型母液适用于材料较好的混凝土，常规母液一般通用。2）缓释母液：就是通常说的保坍母液，根据释放时间的不同又分为各种型号，比如，中建材中岩科技有限公司的SR-1母液、SR-3母液。3）缓凝剂：主要有葡萄糖、蔗糖、糖蜜、糖钙等糖类化合物；柠檬酸钠、酒石酸钠、葡萄糖酸钠等羟基羧酸盐类；氨基三甲叉膦酸等有机磷酸及其盐类；三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等磷酸盐类、氟硅酸钠等无机盐类。需注意：缓凝剂可分为酸性缓凝剂———氨基三甲叉膦酸等；中性缓凝剂———葡萄糖酸钠、白糖等；碱性缓凝剂———三聚磷酸钠、多聚磷酸钠等。可根据水泥的酸碱度来选择合适的缓凝剂，现在的水泥成分十分复杂，通用葡萄糖酸钠已经明显不合适了。4）引气剂：主要有松香皂等松香树脂类；十二烷基硫酸钠（K12）；α-烯基磺酸钠（AOS）。目前使用较多的为进口产品，如日本竹本引气剂和德国德固赛、克莱恩等产品。5）调整胶凝材料助剂：补硫助剂———硫代硫酸钠；补碱助剂———碳酸钠、碱性缓凝剂。

2混凝土外加剂类型概述

混凝土隶属于非均质建筑材料，主要以水泥、沥青等胶凝物质融合砂、石等骨料组合而成，整体可塑性、耐久性较为可观，但在实践应用环节也表现出了一定的局限性，比如抗冻性能较差、自重较大等，一度制约了混凝土施工质量的提升。当前伴随科技手段的进步，外加剂进入工程建造研究、应用领域，并以其用量少、见效快、性能优吸引了大批用户。从功能用途角度出发，常见的外加剂主要有4种类型，首先是减水剂、泵送剂一类，主要通过增大颗粒电位，提升电性斥力，从而降低新拌混凝土黏性，达到改善流动性的目的；其次是早强剂、缓凝剂一类，其可以结合不同施工场景需求，对混凝土凝结、硬化进程进行速度调整、控制；三是引水剂、防水剂一类，主要用于改良、提升混凝土防水、耐久性能，保障工程质量；最后是防冻剂、着色剂一类，应用场景针对性较强，可以改善混凝土防冻、美观性能。

3聚羧酸外加剂性能影响分析

3.1水化膜润滑作用的影响

减水剂基于空间位阻效应的构型关系，并对润滑作用机理进行了探讨。聚羧酸减水剂分子中通常含有较多亲水性较强的极性离子基团，如磺酸基、羧基、羟基聚醚聚酯等。当亲水性强的极性基团与水分子结合后会产生大量的氢键，这使得水泥颗粒表面形成应具有一定强度的溶剂化水化膜。这种空间型水化膜在水泥颗粒接近时不仅发挥了润滑作用，增大水泥颗粒间距离和滑动能力，同时防止了水泥颗粒间因直接接触而发生絮凝现象。大量的试验数据，提出减水剂分散水泥不仅仅是由吸附减水剂引起的空间斥力，而且还有孔隙溶液中非吸附的PCE分子引起的静电和空间排斥作用，并提出一种新型的分散机制即溶解的PCE分子在水泥颗粒之间起“润滑”作用。混凝土试体14天抗压、劈裂及抗弯强度级差分析大小依序为抗压强度、聚丙烯掺量、胶砂比、减水剂掺量、水灰比、搅拌时间、减水剂品种、掺入方式；故掺入减水剂后，对混凝土试体14天抗压、劈裂及抗弯强度影响的大小依序为抗压强度＞聚丙烯掺量＞胶砂比＞减水剂掺量＞水灰比＞搅拌时间＞减水剂品种＞掺入方式。劈裂强度级差分析由大到小为水灰比、减水剂掺量、聚丙烯掺量、胶砂比、减水剂品种、掺入方式、搅拌时间；故掺入减水剂后，对混凝土试体14天劈裂强度影响的大小依序为水灰比＞减水剂掺量＞聚丙烯掺量＞胶砂比＞减水剂品种＞掺入方式＞搅拌时间。

3.2掺入方式对性能的影响

除品种、用量的选择外，外加剂掺入方式也会影响其效用的发挥，当前较为常见的掺入方案主要有以下几种。首先是先掺法。水泥作为胶结物质，最先与外机粉剂相混合，在此基础上，进一步添加集料、清水，完成拌合作业，这种方式之下，外加剂分散会更加彻底、均匀，分子吸附于水泥颗粒表面后，很可能在持续的搅拌中发生脱离，从而增加外加剂用量。其次是后掺法。这种方式中，水泥、集料以及清水已经提前开始拌合，在操作持续一段时间，保证拌合均匀后，再加入外加剂，以加水时间为标准，大约滞后1~2min。这种方式可以在短期内保障液相中外加剂的浓度，降低损耗。再次是同掺法。即将水泥、骨料等原材料，与调制好的外加剂一同置于搅拌机中，也可采用外加剂与水提前混合，并投放至原材料中的方式，这种方案中，外加剂全程跟随水化反应的发生，水泥颗粒表面可以更好地吸附制剂，从而发挥减水、引气等效用。最后是分次加入法。这种方式贯穿拌合、运输的整个环节，主要以时间为线索，间隔固定周期加入外加剂，可以使制剂浓度始终维持在较为稳定的状态上。掺入方式与外加剂种类有很大关联，在使用萘系高效减水剂时，活性剂会对C3A、C4AF等矿物成分进行选择性吸附，因此采用后掺法更好；而应用木钙类减水剂时，其作用机理为大分子保护，故而掺加方式影响并不明显，在实践中，要统一经过严格的试配、检测来确定最佳方案。

3.3优化外加剂品种选择

外加剂品种较多，除缓凝剂、减水剂等大类，每个类别中还涵盖了众多子类别，其成分结构、作用效能均存在较大差异，应用环节要立足工程项目性质、混凝土实际用途，进行综合考量和比选。在众多减水剂品类中，改性萘系减水剂可以显著缓和水化发热，因此在大体积混凝土施工中，具有较高的适用性；聚狡酸类引气剂应用中，缩减能力相对更强，在耐久性要求较高的工程中，可以适当考虑；聚羧酸类外加剂在试验、应用环节中，则表现出了更强的减水率，适用于高强混凝土施工场景。对于不同种类引气剂来说，引入、产生的气泡直径是存在较大差异的，制作出的混凝土结构抗冻、抗弯折能力均是不同的，因此品种选用时，要尽可能选用产生气泡直径较小、较均匀的制剂。同时，外加剂与胶结料之间存在相容性的问题，当采用硬石膏、氟石膏等材料时，要额外关注品种选取问题，若选用的减水剂中含有木钙，可能引发假凝、速凝等问题；在应用引气剂时，同样要避免与氯化钙一同使用，该物质具有一定的消泡作用，会影响引气剂效用的发挥。施工建设中，有时需要采用复合外加剂，此时同样要考虑相容性，比如应用高效减水剂时，若同时使用木钙，就可能导致沉淀产生，从而影响效用发挥。

结语

增稠剂复合外加剂使用，提高了混凝土的浆体屈服应力和塑性粘度，从而整体改善其和易性能。

参考文献

［1］梅海峰，李晓宁，李婷，等.高适应性聚羧酸减水剂在机制砂混凝土中的应用［J］.中国建材科技，2020，29（6）：50-52.

［2］仇佳琳，郭伟，吴庆，等.缓凝剂与高效减水剂复配对硫铝酸盐水泥性能的影响［J］.新型建筑材料，2021，48（6）：64-68.