混凝土聚羧酸减水剂用抗泥型调节剂的研究
混凝土聚羧酸减水剂用抗泥型调节剂的研究
摘要：砂子含泥量高的问题限制了聚羧酸系减水剂的应用。研究以泥土分散组分、泥土吸附组分和离子络合组分复配制得聚羧酸系减水剂用高含泥量抑制剂。对各组分的种类进行了筛选，通过正交试验确定了各组分的最佳配比为：m( 分散组分三聚磷酸钠) ：m( 吸附组分三甲基十六烷基溴化铵) ：m( 离子络合组分柠檬酸) = 2 5 ：0 .2 5 ：1 0 。与不掺抗泥型调节剂的聚羧酸系减水剂混凝土相比，使用抗泥型调节剂混凝土的初始和1 h 坍落度及2 8 d 抗压强度分别提高了 3 3 ％、8 0 ％和 2 3 ％。
关键词：聚羧酸系减水剂；高含泥量；抗泥型调节剂；混凝土
随着混凝土技术的不断发展，使用聚羧酸系减水剂配制高性能混凝土已成为混凝土的发展趋势。聚羧酸系减水剂由于具有掺量小、减水率高、保坍性能优异、碱含量及收缩率低、适应性广泛和耐久性能好等优点而被应用于高速铁路、水利水电、核电、高速公路、港湾码头和各类工程。
虽然聚羧酸系减水剂具有诸多优点，但其受混凝土中砂子含泥量的影响较大。砂中泥土的层间结构和所包含的如铝离子、镁离子等高价金属离子会大量吸附聚羧酸系减水剂，使减水剂失去活性。
近年来，随着国内建设规模的不断扩大，天然砂资源紧缺，质量稳定、性能优良、颗粒级配良好、泥含量小的砂越来越少。大量高含泥量的砂被直接用于混凝土中，对掺聚羧酸系减水剂混凝土的和易性、强度和耐久性等均造成不利的影响。目前还没有一种有效的方法来解决此问题，只能通过提高聚羧酸系减水剂掺量来解决。但在增大聚羧酸系减水剂掺量的同时会提高混凝土的成本，也增加了其它生产工艺的麻烦。例如通过超掺聚羧酸系减水剂的办法来保证混凝土0 .5 h乃至 1 h 后的施工状态，但混凝土初始状态会出现严重的离析和泌水，在一定程度上增加了混凝土的施工难度。因此，研制一种聚羧酸系减水剂用抗泥型调节剂，在拌制混凝土时，能有效地抑制高含泥量对聚羧酸系减水剂的影响，提高其性价比，将对混凝土外加剂和混凝土行业的发展都具有重要意义。
1 实验
1 ．1 原材料
六偏磷酸钠 ( S H M P ) ：分析纯，莱阳经济技术开发区精细化工厂；三聚磷酸钠 ( S T P P ) ：分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司；焦磷酸钠
( P P S T ) ：分析纯，天津市化学试剂研究所；三甲基十六烷基溴
化铵 ( C T A B ) ：分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；N ，N 一二甲基一 1 一十六烷基铵 ( E M T A ) ：分析纯，成都贝斯特试剂有限公司；乙二胺四乙酸二钠 ( E D T A ) ：分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司；柠檬酸 ( S C 1 T r ) ：分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。水泥：山铝
牌 P ? 0 4 2.5 ；粉煤灰：莱芜电厂Ⅱ级粉煤灰；泥土：从砂子中洗出烘干后磨成细粉；砂子：临朐中砂，细度模数2.8 ，砂子水洗晒干后外加泥土，再在其表面洒水后晾干，控制含泥量；石子：边河碎石，5 3 1. 5 m m 连续级配．外加剂：青岛华厦建材有限公司生产的聚羧酸系减水剂。
1 ．
2 制备方法
将分散组分、吸附组分、离子络合组分按比例加入到四口烧瓶中，加一定量的水搅拌使其全部溶解得到一定浓度的聚羧酸系减水剂用抗泥型调节剂。
1 ．3 性能测试方法
砂浆和混凝土性能测试依据 G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 《混凝土外加剂》进行。固定水胶比和用水量，采用聚羧酸系减水剂和调节剂同时掺加的方法 ( 双掺法 ) ，砂子含泥量控制在 7.5 ％。测试砂浆性能时，减水剂掺量为胶凝材料用量的0 ．2 0 ％ ( 折固计) ，调节剂掺量为胶凝材料用量的规定值。测试混凝土性能时，减水剂和抑制剂掺量分别为胶凝材料用量的0 .3 0 ％( 折固计) 和0.3 5 ％( 折固计) 。
2 结果与讨论
2 ． 1 砂子含泥量对聚羧酸系减水剂性能的影响( 见图 1 )
0 1 2 3 4 5 6 7 8含泥量／％
图 1 含泥量对砂浆流动度的影响
从图 1 可以看出，随着砂子含泥量的增加，砂浆的初始和1 h 流动度呈下降的趋势。当砂子含泥量大于 5 ％时，砂浆初始和 1 h 流动度下降明显。当砂子含泥量为 7 ．5 ％时，砂浆的初始和1 h 流动度较小，与水洗砂砂浆相比，分别下降了3 5 ％和 6 8 ％左右。
2 ． 2 泥土分散组分种类对抗泥型调节剂的影响
采用减水剂与泥土分散组分双掺的方法，考察泥土分散组分种类对砂浆工作性能的影响，结果见图2 。
1 6 5 1 5 0 1 3 5 1
2 0 1 0 5 9 0 7 5 6 0
0． 05 0 ．1 0 0．1 5 0． 20 0． 25 0 ．3 0 0． 35 0． 40
用量／％
图 2 泥土分散组分种类对含泥量抑制的影响
从图 2 可以看出，砂浆的初始和 1 h流动度随着泥土分散组分A用量的增大而增大。与焦磷酸钠( P P S T ) 和六偏磷酸钠( S H M P ) 相比，三聚磷酸钠( S T P P ) 表现出较好的含泥量抑制作用，当掺量为0 ．3 ％时，与未加组分A的砂浆相比，初始和l h 流动度分别提高了3 3 ％和 1 1 7 ％。因此，选用三聚磷酸钠 ( S T P P ) 作为泥土分散组分 A 。 S T P P 常被作为陶瓷分散剂，可以被陶土大量的吸附后，起到分散作用。S T P P 作为分散组分A 对砂浆工作性能的改善机理，可能与其作为陶瓷分散剂的作用机理类似。
2 ．
3 泥土吸附组分种类对含泥量抑制的影响
采用减水剂与泥土吸附组分双掺的方法，考察泥土吸附组分种类对砂浆工作性能的影响，结果见图 3 。
图 3 泥土吸附组分种类对含泥量抑制的影响
从图3 可以看出，砂浆的初始和 1 h 流动度随着三甲基十六烷基溴化
铵 ( C T A B ) 和 N ， N 一二甲基一 1 一十六烷基铵 ( E M T A ) 用量的增加先增大后减小。当C T A B 和 E M T A 用量为o．o 1 5 ％ ~，砂浆的初始和1 h流动度分别达到最大值 1 6 5 m m 、 1 4 0 m m
及 1 6 0 m m 、 1 3 0 m m ；再继续增大 C T A B 和 E M T A的用量，砂浆的流动减小。经对比选用C T A B 作为泥土吸附组分B 。泥土对C T A B 具有较好的吸附作用， C T A B 可在一定程度可改善泥土的吸附活性，
C T A B 对泥土吸附减水剂能起到有效的抑制作用。
2 ．4 离子络合组分对含泥量抑制的影响
采用减水剂与离子络合组分双掺的方法，考察组分种类对砂浆工作性能的影响，结果见图4 。
图 4 离子络合组分种类对含泥量抑制的影响
从图4 可以看出，随着乙二胺四乙酸二钠( EDTA ) 用量的增加，砂浆的初始和1 h流动度呈现出先增大后减小的趋势，当用量为0 ．0 7 5 ％时，性能最佳；柠檬酸( S C 1 T r ) 用量越大，砂浆的初始和1 h流动度越大。虽然E D T A在用量较低 ( 0 .0 5 ％ ) 时表现出比柠檬酸更好的含泥量抑制作用，但在增大用量 ( 0 ． 1 ％ ) 后，柠檬酸的效果更好。从性价比角度考虑，选择s c T r 作为络合组分C。S C T I ' 作为络合组分 C时能有效通过络合和离子交换作用，降低泥土中的高价金属离子对聚羟酸系减水剂的吸附作用，提高减水剂的性能。
2 ． 5 含泥量抑制剂组成研究
以S T P P 、 C T A B 和S C T r 分别作为泥土分散组分、泥土吸附组分和离子络合组分，按一定的质量比加水配制成一定浓度的聚羧酸系减水剂用含泥量抑制剂，选用正交设计 ( 见表 1 ) ，考核指标为砂浆流动度和抗压强度。采用减水剂与抑制剂双掺的方法，抑制剂掺量为胶凝材料用量的0 ． 2 5 ％( 折固计) ，试验结果及分析见表2 。
表 1 正交试验因素水平
表 2 正交试验结果及分析
注：为 2 8 d抗压强度。
从表 2 可以看出，对砂浆初始和 1 h流动度的影响顺序为 B > A > C ，其中 B 为关键因素，含泥量抑制剂的最佳组分配比为： A B C 。对砂浆 2 8 d 抗压强度的影响顺序为： A > C > B ，其中A为关键因素，含泥量抑制剂最佳的组分配比为： A z B 2 C 。综合考虑砂浆的工作性能和强度，确定聚羧酸系减水剂用抗泥型调节剂各组分的配比
为： m ( S T P P ) ： m ( C T A B ) ： m C S C T ／ ' ) ： m( 水) = 2 5 ： 0.2 5 ： 1 0 ： 6 4.7 5 。
2.6 混凝土应用性能试验
按 m ( S T P P ) ： m ( C T A B ) ： m ( s c T r ) ： m ( 水) = 2 5 ： 0 .2 5 ：1 0 ： 6 4 .7 5复配制得聚羧酸系减水剂用抗泥型调节剂，其混凝土应用性能试验结果见表 3 。
表 3 聚羧酸系减水剂用含泥量抑制剂的混凝土应用性能
从表 3 可以看出，与没有使用抗泥型调节剂的掺聚羧酸系减水剂的混凝土相比，使用抗泥型调节剂的混凝土初始、 1 h 坍落度和 2 8 d抗压强度分别提高了3 3 ％、 8 0％和2 3 ％，且明显改善了混凝土状态和工作性。
3 结语
选用 S 1 1 P P 、 C T A B 和 S C T r 分别作为含泥量抑制泥土分散组
分 A 、泥土吸附组分 B 和离子络合组
分 C ，按 m( P ) ： m ( C r A B ) ： m ( s c y r ) ： m ( 水) = 2 5 ： 0 .2 5 ： 1 0 ： 6 4. 7 5 配制的抗泥型调节剂性能较佳。与没有掺加抑制剂的混凝土相比，掺抗泥型调节剂的聚羧酸系减水剂混凝土具有较大的流动性，较小的坍落度损失和较高的抗压强度。配制的抗泥型调节剂对含泥量具有较佳的抑制作用，但还需要从其组分的结构与泥土作用等方面做进一步的探索研究。QQ：416897215，周群南136********