張嶺，盛思仲，王曉芳，金衛(wèi)華，胡金雙

（1.南京友西科技有限責任公司，江蘇南京 210036；2.江蘇龍冠新型材料科技有限公司，江蘇南京 211123）

0 引言

復合礦物外加劑[1]是南京友西科技有限責任公司研發(fā)的一種適用于高強混凝土的礦物摻合料，采用此復合礦物外加劑后，不用蒸壓釜的壓蒸工藝就可快速達到混凝土C80的強度指標要求。但復合礦物外加劑的使用也離不開高效減水劑的配合，高強混凝士通常選用聚羧酸高性能減水劑。市場上的聚羧酸高性能減水劑品種很多，但并不是所有的聚羧酸減水劑都適合蒸養(yǎng)，而且適應(yīng)性也參差不齊，為了取得優(yōu)良效果，必須使用性能優(yōu)異且適合蒸養(yǎng)的聚羧酸高性能減水劑。針對管樁廠應(yīng)用過程中混凝土靜停時間長、混凝土強度達不到要求等問題，開展研制了能與復合礦物外加劑相匹配的早強型聚羧酸高性能減水劑的工作。

1 減水劑的選擇

在復合礦物外加劑使用過程中，減水劑的選擇很重要，試驗中選擇了南京某預(yù)制件廠正在使用的兩種聚羧酸減水劑（記代號為PC-1、PC-2），其在不同養(yǎng)護制度下，對混凝土試件強度的影響結(jié)果見表1、表2。

表1 不同養(yǎng)護制度下PC-1聚羧酸減水劑對混凝土強度的影響

表2 PC-1和PC-2兩種聚羧酸減水劑在管樁中的應(yīng)用試驗

由表1可見，混凝土試件靜停10 h，再經(jīng)蒸養(yǎng)其強度較高，但是試件靜停時間較短時（如表1中I、Ⅱ，靜停2 h和6 h），蒸養(yǎng)混凝土的強度大幅下降。由此可見，PC-1聚羧酸減水劑對終凝以前混凝土的適應(yīng)性差，不適合于管樁等快速生產(chǎn)的混凝土構(gòu)件，而只適合于允許靜停時間較長混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)。

選取另一種聚羧酸減水劑樣品PC-2，將PC-1和PC-2兩種聚羧酸減水劑送管樁廠試驗。從表2結(jié)果可以看出，PC-1聚羧酸減水劑的應(yīng)用結(jié)果與試驗室結(jié)果相符（因砂、石料不同而有所波動），驗證了PC-1聚羧酸減水劑不適合在終凝前進蒸養(yǎng)池養(yǎng)護。而PC-2聚羧酸減水劑對蒸養(yǎng)的適應(yīng)性雖然比PC-1要好一些，但仍滿足不了試件靜停4 h后進行蒸養(yǎng)，并達到規(guī)定強度的要求。因此，對聚羧酸減水劑進行了深入研究，通過對聚羧酸的分子結(jié)構(gòu)作一些改進，使之與復合礦物外加劑適應(yīng)性更好。

2 聚羧酸高性能減水劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計

因合成聚羧酸減水劑的可選原料較多[2]，其分子設(shè)計的選擇性大[3]，可根據(jù)不同的要求設(shè)計分子結(jié)構(gòu)。最常見的是以-COOH、-SO3H等親水基團為主鏈，以大分子的聚氧乙烯基為側(cè)鏈，形成聚羧酸減水劑。這類減水劑應(yīng)用在商品混凝土上取得了較好的效果，有些也用于管樁等預(yù)制件上，但應(yīng)用于高強免壓蒸復合礦物外加劑上則存在很多問題，如脫模周期長、壓蒸后強度偏低等。針對這些問題，設(shè)計在分子主鏈上引入強極性基團羧基、酸酐、酰胺基等[4-5]，側(cè)鏈仍以大分子單體聚氧乙烯基為主。酰胺基團在堿性介質(zhì)條件下，能夠發(fā)生水解反應(yīng)，釋放出具有減水作用的水解產(chǎn)物以達到分散的目的，對保持水泥拌合物有良好作用，并對水泥水化有促進作用，有利于混凝土早期強度的提高[6]。

采用甲基烯基聚氧乙烯醚 OXAB-501（TPEG）、馬來酸酐、丙烯酰胺等單體共聚合成聚羧酸高性能減水劑，其分子結(jié)構(gòu)見圖1：

圖1 環(huán)氧樹脂自流平地坪施工工藝流程

3 聚羧酸減水劑的合成

3.1 原材料

甲基烯基聚氧乙烯醚：南京揚子奧克化學有限公司，OXAB-501；馬來酸酐、丙烯酰胺、雙氧水、維生素C及分子量調(diào)節(jié)劑均為工業(yè)級。

3.2 生產(chǎn)方法

在實驗室完成了一系列探索實驗，并對產(chǎn)品做了水泥凈漿流動度和混凝土性能的驗證試驗，現(xiàn)已投入工業(yè)化生產(chǎn)。在配有攪拌裝置、測溫裝置、滴加裝置的5 m3的反應(yīng)釜中加入適量水、甲基烯基聚氧乙烯醚、馬來酸酐，加熱攪拌使其溶解，溫度達到63℃時，加入雙氧水，并滴加丙烯酰胺溶液及維生素C和分子量調(diào)節(jié)劑混合溶液，滴加時間3～4 h，滴加完成后保溫2 h，降溫至45℃，用32%的液堿中和至pH值為6～7，冷卻出料即得到30%濃度的UC-IA聚羧酸高性能減水劑。

3.3 聚羧酸減水劑的性能測試

3.3.1 水泥凈漿流動度測試

根據(jù)GB 8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》對所得產(chǎn)品進行凈漿流動度測試，水灰比為0.29。外加劑按固體質(zhì)量占水泥質(zhì)量的百分比計算。

3.3.2 混凝土性能試驗

混凝土試驗根據(jù)GB 8076-2008《混凝土外加劑》進行，其中外加劑摻量為0.2%，外加劑按固體質(zhì)量占膠黏材料質(zhì)量的百分數(shù)。

4 結(jié)果與討論

4.1 水泥適應(yīng)性試驗

在相同摻量情況下，測試了UC-IA聚羧酸減水劑PC-1、PC-2對不同水泥的適應(yīng)性試驗。試驗選取了南京地區(qū)常見的三種水泥：小野田水泥、中聯(lián)水泥和中國水泥，進行了水泥凈漿流動度測試，試驗結(jié)果如表3所示。

從表3不同水泥凈漿流動度的數(shù)據(jù)來看，UCIA聚羧酸減水劑與PC-2聚羧酸減水劑相當，都具有良好的保坍性，1 h基本無損失，能滿足在低坍落度情況下保持一定的流動性；PC-1的初始凈漿流動度較大，但其1 h的損失較大；UC-IA對水泥有較好的適應(yīng)性，且其經(jīng)時損失小，能滿足混凝土的施工性能要求。

4.2 聚羧酸減水劑在高強免壓蒸混凝土中的應(yīng)用

將UC-IA聚羧酸減水劑和高強免壓蒸復合礦物外加劑做管樁生產(chǎn)應(yīng)用試驗，管樁生產(chǎn)過程中先要經(jīng)蒸汽養(yǎng)護，脫模后再進蒸壓釜進行高溫壓蒸養(yǎng)護?，F(xiàn)取消了后者的壓蒸工序（即免壓蒸），也能達到要求，其結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，UC-IA聚羧酸減水劑配制的管樁混凝土試件進入蒸汽養(yǎng)護池內(nèi)蒸養(yǎng)，4.5 h便接近80 MPa，蒸養(yǎng)9 h后壓強更是增長110%以上。對比表1、表2的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，UC-IA用于摻加礦物外加劑的混凝土中，明顯優(yōu)于PC-1和PC-2，真正做到了與復合礦物外加劑的完美結(jié)合，并在管樁廠完成了二條Φ400×95×10管樁的生產(chǎn)，其操作性能良好。

目前，多數(shù)聚羧酸減水劑對蒸養(yǎng)流程的適應(yīng)性不佳，需靜停10 h以上 （混凝土已達到或接近終凝），效果才好。而UC-IA聚羧酸減水劑與生產(chǎn)線上試件的養(yǎng)護條件一致，便可滿足C80的強度要求。UC-IA聚羧酸減水劑除用于高強免壓蒸混凝土預(yù)制件外，還可用于普通蒸養(yǎng)混凝土構(gòu)件中。

4.3 在蒸養(yǎng)混凝土構(gòu)件中的應(yīng)用

江蘇龍冠新型材料科技有限公司在地鐵管片混凝土中采用了UC-IA聚羧酸減水劑。混凝土管片的養(yǎng)護制度為：澆注后靜養(yǎng)2.5 h；升溫2 h（由室溫升至50℃或55℃）；恒溫2 h；降溫＞40 min。這就要求混凝土在初凝前蒸養(yǎng)，脫模強度不低于C20，脫模后水養(yǎng)7 d，然后自然養(yǎng)護至28 d出廠。UC-1A聚羧酸減水劑的適應(yīng)性很好,已在生產(chǎn)線上采用?；炷僚浜媳纫姳?。經(jīng)測定，脫模后混凝土強度為28.0 MPa，自然養(yǎng)護28 d混凝土強度為65.1 MPa，抗?jié)BP＞11,完全滿足C50P10的要求。

表3 UC-IA聚羧酸減水劑水泥適應(yīng)性試驗

表4 UC-IA聚羧酸減水劑在混凝土管樁生產(chǎn)中的試驗結(jié)果

表5 混凝土配比

5 結(jié)語

（1）通過選用不同的作用基團單體，調(diào)節(jié)它們在聚合物中基團比例，開發(fā)出了一種與免壓蒸復合礦物外加劑適應(yīng)性良好的聚羧酸高性能減水劑；

（2）UC-IA聚羧酸減水劑非常適合用于摻復合礦物外加劑的高強混凝土中，只需蒸養(yǎng)無須壓蒸就可快速達到C80的強度指標，尤其適合混凝土管樁等高強混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)；

（3）UC-IA也適用于一般常壓蒸養(yǎng)混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)，甚至也適合一般常溫養(yǎng)護的混凝土構(gòu)件，其可廣泛在蒸養(yǎng)混凝土中使用。

[1]盛思仲，金衛(wèi)華，陳坤明,等.高強免壓蒸砼復合礦物外加劑的研制[J].江蘇建材，2013，(4)：16-18.

[2]王子明，王亞麗.混凝土高效減水劑[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

[3]張明，段彬，賈吉堂，等.新型聚羧酸系高性能減水劑的合成研究[J].新型建筑材料，2010，(3)：84-87.

[4]蔡希高.高性能混凝土外加劑主導官能團理論[J].化學建材,1995，(5)：26-28.

[5]游長江，丁超，胡國棟，等.聚羧酸類高效減水劑的研究進展 [J].高分子材料科學與工程,2003,19 (2)：34-38.

[6]王子明.聚羧酸系高性能減水劑-制備·性能與應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.