高性能聚羧酸类保坍剂的研究与应用

3.3 Simon 180 的含气量及坍落度保持能力
选择金猫 P·O 42.5 级水泥来考察 Simon 180 及两种减水剂的 含气量及坍落度保持能力，混凝土配合比设计参照 JG/T 223—2007 《聚羧酸系高性能减水剂》，砂率为 42.97%，单位立方米混凝土 的水泥用量约 380 kg。
试验结果如表 3 所示。可以看出，Simon 180 的混凝土坍落度 保持能力明显优于 PCA 及 PCE，1 h 及 2 h 后的混凝土坍落度几 乎无损失，但含气量略微高于两者。另外，在试验过程中发现，掺入 Simon 180 的混凝土具有较好的和易性，混凝土不黏稠、浆体包裹 性好、无泌水离析现象，且稳定连续的气泡提供了混凝土更好的流 动性。另外，又考察了 Simon 180 与两种减水剂在其他种类水泥所 配置混凝土里的保坍性能，见表 4。可以看出，Simon 180 在恒来及 天山 P·O 42.5 级水泥中仍具有优异的保坍能力，且在天山水泥配 置的混凝土里表现出 1 h 后坍落度增加的现象。
反而有促进作用。
关键词： 聚羧酸；保坍剂；水泥适应性
中图分类号： TU528.042
文献标志码： A
文章编号： 1002-3550（2010）08-0076-04
S tu d y a n d a p p lica tio n o f p o lyca rb o xyla te - typ e h ig h p e rfo rm a n ce s lu m p - re ta in in g a g e n t
0 引言
与传统的高效减水剂相比，聚羧酸类减水剂虽然具有保坍 能力强、减水率高、分子结构灵活等优点，但面对国内复杂多变 的水泥及混凝土材料，聚羧酸类减水剂往往体现不出其高性能 的优势。在某些工程中，聚羧酸类减水剂会经常遇到减水率低、 坍落度损失较快、混凝土和易性差等水泥适应性问题[1-4]。
水泥适应性中最常见的问题是坍落度损失过快。在针对这 个问题上，外加剂工作者通常以聚羧酸类减水剂和葡萄糖酸钠、 蔗糖、糖蜜等缓凝剂复配来改善减水剂的保坍能力[5-6]。但缓凝 剂的加入并不能从根本上解决保坍能力弱的缺点，过多的掺量 反而会使混凝土的凝结时间延长，降低混凝土质量，影响施工 进度。于是，一种适应性好、保坍能力强或者能改善聚羧酸类减 水剂保坍能力的外加剂就成了混凝土外加剂的研究热点。
型号
掺量
初始水泥净浆流动度 胶砂减水率
水灰比
/%
/mm
/%
Simon 180 1 0.27
180
20
PCA
1 0.27
230
22
PCE
1 0.27
200
19
图 1 聚羧酸类保坍剂的分子结构
图 2 保坍剂分子结构的变化情况
2 试验部分
2.1 减水剂的合成
（1）合成原料。亚硫酸氢钠，CP；过硫酸铵，CP；马来酸酐 CP； 聚乙二醇双甲基丙烯酸酯，自制；甲代烯丙基聚醚（PEO=54）， 国产；分子量调节剂，进口。
保持分散作用，而且其在水泥浆体液相中未被吸附的减水剂分子 以及主链上酯健水解产生的新减水剂分子又不断“补充”上来，重 新吸附到水泥的水化产物上，使得水泥浆体仍然能够在一段时 间内保持较好的流动性，分散效果甚至超过初始时的分散性。
外加剂
型号
PCA Simon 180
PCE
掺量 /% 1 1 1
用水量 /kg 2.20 2.28 2.27
2.2 性能测试
（1）材料。水泥：基准水泥、金猫 P·O 42.5 级、恒来 P·O 42.5 级 及天山 P·O 42.5 级；碎石：粒径 5~25 mm，连续粒级；砂：河砂， Mx=2.7；水：自来水。减水剂：缓凝型聚酯类减水剂 PCA 及聚醚 类减水剂 PCE，分子结构分别如图 3（a）、（b）所示。
ZHANG Xin-min，YU Ya-li，LU Jian-xin （Suzhou FuClear Engineering Evolution Co.，Ltd.，Suzhou 215008，China）
Ab s tra ct: Based on the“absorp-disperse”and slump retaining mechanism，we developed a polycarboxylate-type high performance slump-retaining agent.The slump-retaining agent has fine dispersing performance，which compounded with common polycarboxylate-type water-reducer on a certain proportion，can significantly improve the slump retaining ability of common polycarboxylate-type water-reducer.Besides，the slump-retaining agent can improve the later strength，has little effect on the nascent strength. Ke y w o rd s : polycarboxylate；slump-retaining agent；cement compatibility
本研究依据减水剂的“吸附-分散”作用机理及水泥水化机 理，制备了一种具有高保坍能力的聚羧酸类保坍剂，该保坍剂 具有不错的分散性，适量的与普通聚羧酸类减水剂复配后可明 显改善普通聚羧酸类减水剂的坍落度保持能力，其对混凝土早 期强度无不利影响，对后期强度反而有促进作用。
1 设计思路
普通聚羧酸类减水剂加入到混凝土浆体中后，在水泥初始水 化期，减水剂分子将以四种形态存在：①吸附在水泥水化产物表 面；②吸附于未水化的水泥颗粒表面；③被包裹在水泥水化产 物中；④残留在液相中，即未被吸附的部分。随着水泥水化的加剧， 收稿日期：2010-03-18
外加剂
混凝土配合比
型号
掺量 水泥 砂 石 /% /kg /kg /kg
用水量 /kg
混凝土性能 坍落度 凝结时间 /min
/m5 655
Simon 180 1 5.0 11.2 16.9 2.126 80 455 600
PCE
1
2.160 70 590 690
初始分散性低于聚酯及聚醚类减水剂，但胶砂减水率较为理想。
聚羧酸类减水剂在水泥浆体中的初始分散性和其吸附能力及
空间位阻有关，空间位阻能力相同的情况下，吸附到水泥颗粒
上的减水剂分子越多，水泥浆体的流动效果越好。Simon 180 的
主链由于嵌段聚氧乙烯链而变的较长，对多个水泥颗粒形成架
桥式吸附，但对单个水泥颗粒的吸附能力变弱，致使初始分散
200
120
无
含气量 /% 4.4 5.2 4.8
Simon 180 之所以具有优异的保坍能力，主要是跟其分子结 构有关。随着水泥水化的加剧，吸附在水泥颗粒表面及水泥水化产 物表面的聚羧酸减水剂分子将逐渐被消耗掉，但 Simon 180 的架 桥式吸附形成的多重空间位阻作用可以使其能在一段时间内仍然
·77·
外加剂
型号
PCA Simon 180
PCE
掺量 /% 1 1 1
水泥 /kg
5.4
表 3 Simon 180 的含气量及坍落度保持性
混凝土配合比
砂
石
用水量
/kg
/kg
/kg
初始
2.17
210
11.56
15.34
2.26
205
2.20
200
混凝土性能
坍落度 /mm
1h后
2h后
150
60
205
·76·
第一种及第二种形态存在的减水剂分子将逐渐减少，而以这两 种形态存在的减水剂分子对分散性能起着决定性的作用[7-8]。因 此，普通聚羧酸类减水剂在加入混凝土浆体中 1~2 h 后，由于第二 种形态存在的减水剂分子消失及第一种形态减水剂分子的大量减 少而使得其对混凝土浆体的分散性下降，致使混凝土流动性下降。 如果要使混凝土浆体在 1~2 h 后仍获得较好甚至优于初始的流动 性，就需有更多的减水剂分子“补充”进来，代替被水泥水化产物覆 盖的减水剂分子，继续吸附到水泥水化产物上发挥分散的作用。对 于普通聚羧酸类减水剂而言，这些“补充”的分子主要来源于残留 在液相中的减水剂分子，但是补充的数量较少，不足以使得混凝土 浆体在 1~2 h 后仍获得不错的流动性。而如果聚羧酸类减水剂 具有反应性高分子的特性，即可以在混凝土碱性环境作用下发 生水解反应，继续产生新的减水剂分子“补充”被水泥水化产物覆 盖的减水剂分子发挥分散作用，则对水泥混凝土浆体 1~2 h 后 的分散性有利，可以明显改善聚羧酸减水剂的保坍能力。
张新民，虞亚丽，卢建新 （苏州弗克新型建材有限公司，江苏 苏州 215008）
摘 要： 依据减水剂的“吸附-分散”及坍落度保持机理，制备了一种具有高保坍能力的聚羧酸类保坍剂。该保坍剂具有不错的分散性，
适量的与普通聚羧酸类减水剂复配后可明显改善普通聚羧酸类减水剂的坍落度保持能力，其对混凝土早期强度无不利影响，对后期强度
3 结果与讨论
3.1 Simon 180 在水泥及砂浆浆体中的性能测试
对 Simon 180、PCA 及 PCE 进行水泥净浆流动度、砂浆减
水率性能测试，考察其在水泥及砂浆中的分散性能。试验中选
用的水泥为金猫 P·O 42.5 级，减水剂及保坍剂的掺量均以水泥
质量的百分比来计算。
表 1 Simon 180 的分散性能测试
性变差，但其架桥式吸附形成的多重空间位阻作用可以使其在
砂浆浆体中保持不错的分散性。
3.2 Simon 180 的混凝土凝结时间