低引气型聚羧酸减水剂的研究

低引气型聚羧酸减水剂的研究

范雷刘晓杰

摘要：针对预拌混凝土行业中普通存在的含气量高的问题，研制出一种低引气型聚醚

OX-DEF，对该聚醚合成的减水剂性能进行了研究。通过水泥净浆流动度、混凝土坍落度损失、含气量和混凝土力学性能等测试结果表明，利用低引气型聚醚合成的减水剂能够极大的降低混凝土的含气量，提高混凝土强度；消泡效果与复配消泡剂的减水剂消泡效果一致；使用方便，且减水剂的稳定效果极佳。

关键词：聚羧酸，减水剂，低引气，聚醚

1.前言

近年来，随着我国混凝土的发展，混凝土的各方面性能不断提高，对混凝土减水剂的要求也越来越高[1,2]。聚羧酸减水剂作为新一代高性能减水剂已经广泛应用于混凝土中，其性能得到了广泛的认可，但是聚羧酸减水剂在应用过程中带来的含气量问题，一直是困扰混凝土行业的难点[3]。对新拌混凝土而言，均匀的小气泡和适当的含气量对于保持混凝土流动性是有利的因素；对硬化混凝土而言，适当的含气量和均匀的气孔是影响混凝土最终性能的重要因素。然而，混凝土在拌合过程中因裹挟进空气而产生的气泡常常是大小不均匀的，含气量也远远高于允许值，这将导致硬化混凝土强度下降、防冻性能变差等不利影响。目前行业上普遍采用外加消泡剂的办法[4]解决此问题。消泡剂多属于低HLB值的亲油类物质，与水溶性的聚羧酸母液相容性很差，复配消泡剂后的聚羧酸母液不稳定，产生分层现象，消泡剂悬浮在聚羧酸减水剂的上层起不到消控泡作用，造成混凝土含气量指标过高或不稳定。

针对这一问题，本实验依据表面活性剂机理设计、改变聚醚组成及结构，研制出一种具有特定结构的新型聚羧酸减水剂用聚醚单体，通过调整聚羧酸减水剂中该聚醚单体的组成，从而调变减水剂的表面张力，使减水剂分子具有消控泡作用，进而解决了混凝土中含气量大的问题。用该聚醚合成的减水剂无需额外添加消泡剂就能够极大的降低新拌混凝土的含气量，并一定程度上提高了硬化混凝土的强度。

2.实验部分

2.1原材料

（1）凝胶材料：基准水泥，粉煤灰，矿渣粉，天然河砂、阳新5~31.5mm连续级配碎石；（2）聚醚：奥克自制低引气型聚醚（OX-DEF）；

（3）聚羧酸减水剂：使用低引气型聚醚（OX-DEF）合成的40%聚羧酸母液OXPC。

2.2实验方法

（1）按照GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定水泥净浆流动度，W/C=0.29，减水剂掺量1.6‰（固体掺量）；

（2）按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度的测定，抗压强度试件尺寸100mm×100mm×100mm的非标准试件；

（3）表面张力测定：采用铂金板法测定表面张力值；

（4）含气量测定：按GB/T50080用气水混合式含气量测定仪，并按仪器说明进行操作，但混凝土拌合物应一次装满并稍高于容器，用振动台振实15秒~20秒；

（5）其它参数或详细说明请参照GB/8076-2008。

3.结果与讨论

3.1表面张力测定

低引气型聚醚（OX-DEF）与常规聚醚（APEG、TPEG和MPEF）的表面张力，以及用低引气型聚醚合成的低引气型减水剂与常规聚醚合成的减水剂表面张力测试结果如图1所示。

图1 聚醚与减水剂的表面张力比较

从图1可以看出，低引气型聚醚（OX-DEF）比常规聚醚（APEG、TPEG和MPEF）的表面张力小近30%，而相应的减水剂表面张力比常规减水剂表面张力减少近35%。低引气型减水剂分子含有亲油性和亲水性聚醚侧链，具有两性性质，可调变表面张力，进而改变减水剂引气性能。与普通型聚羧酸分子结构相似，所以该聚醚在聚羧酸母液中具有较好的分散力，长时间静置不分层。

3.2净浆及混凝土性能测试

为检测低引气型聚醚合成的减水剂使用性能，进行了净浆、混凝土及含气量的测试，选取了普通型聚羧酸减水剂，普通型减水剂复配两种不同类型的消泡剂的对照样1和对照样2为参比样，与用低引气型聚醚合成的聚羧酸减水剂做对比实验，结果如表1所示。

表1 净浆及混凝土评价实验结果

净浆流动度（mm）坍落度/扩展度（mm）减水剂含气量/%

初始保持1h 初始坍/扩1小时坍/扩普通型减水剂 5.6 300 258 235/535 175/440 对照样1 2.1 282 243 215/505 140/---- 对照样2 1.9 276 238 210/500 135/---- 低引气型减水剂 1.8 302 260 225/530 170/435 注：混凝土配合比：水泥3.6kg，粉煤灰2kg，干砂15.73kg，石子20.8kg，水2.4kg，减水剂掺量1.6‰。

从表1试验结果可以看出，普通型减水剂含气量较高，混凝土中含有气泡较多，而对照样及低引气型聚醚合成的减水剂含气量明显较低，气泡很少。对照样1和对照样2虽然含气量明显下降，但净浆流动度、混凝土初始分散性能和坍落度保持性能也随之下降，而用低引气型聚醚合成的减水剂与普通型减水剂相比，混凝土分散性能和保持性能相当，但含气量有了明显下降。说明，低引气型聚醚在不影响合成后的聚羧酸减水剂工作性能的前提下能有效降低混凝土的含气量。

3.3 水泥的适应性测试

为了研究新型聚醚合成的减水剂对不同水泥的适应性，分别选择了三种不同水泥进行净浆流动度试验，测试了该减水剂对不同水泥净浆的分散保持性能。试验结果见图2所示。有图2可知，从初始到1h三种水泥的净浆流动度均随着时间延长而减小。虽然不同水泥的净浆流动度大小有差别，但其经时变化趋势却是一致的。即该低含气聚醚合成的减水剂，水泥净浆流动度随着时间延长变化趋势相同，说明该聚醚合成的减水剂对不同水泥具有良好的适应性。

图2 三种水泥的净浆流动度变化

3.4 混凝土力学性能测试

为考察低引气型聚醚合成的减水剂对硬化混凝土强度的影响，测试了加入低引气型聚醚的混凝土硬化后的强度，实验结果如图3所示。