两性聚羧酸减水剂与矿渣水泥相容性研究

李娟，张海娇，张力冉，郝兵，王栋民

（中国矿业大学（北京），北京　100083）

两性聚羧酸减水剂与矿渣水泥相容性研究

李娟，张海娇，张力冉，郝兵，王栋民

（中国矿业大学（北京），北京100083）

在不同矿渣掺量的混凝土中，分别掺入两种减水剂—阴离子型聚羧酸减水剂（PCan）和两性型聚羧酸减水剂（PCam），矿渣取代水泥总量为 10%～50%，设计坍落度在 (200±20)mm，测试混凝土塑性阶段和硬化阶段性能，探讨两性型聚羧酸减水剂 PCam 与矿渣的相容性。结果表明：掺入减水剂，能有效降低混凝土用水量，PCam 作用效果甚与 PCan，减水率在 30% 以上。矿渣的掺入导致混凝土早期强度不高，并且随着矿渣掺量的增加混凝土的早期强度越低，PCam 的加入能有效改善因矿渣掺入而导致早期强度的不足，提高 15% 以上强度。

矿渣；两性型聚羧酸减水剂；相容性；水泥浆

0　前言

矿物掺合料与减水剂是现代混凝土中的重要组分，掺合料替代水泥后改变了胶凝材料组成，影响水泥水化，对减水剂的相容性也有一定影响[1,2]。因此，矿物掺合料在混凝土中应用时，不仅要考虑力学性能与耐久性，其与减水剂的相容性也值得重视。聚羧酸系减水剂因其优异的分散及分散保持性能以及便于功能结构设计的特性，已成为现代混凝土技术重要研究方向之一[3-6]。普通聚羧酸减水剂是阴离子型，当水泥熟料被活性较低的矿物掺合料所替代时，阴离子型聚羧酸减水剂分子的吸附作用较弱，会致使浆体流动性在短时间内便表现出较大的损失。本文将自制两性型聚羧酸减水剂加入矿渣水泥中，与阴离子型聚羧酸减水剂对比，研究了两类减水剂对不同掺量矿渣与水泥混掺后混凝土的流动性、凝结时间、抗压抗折强度，探讨两性型聚羧酸减水剂与矿渣水泥的相容性[7-9]。

1　试验材料及方法

1.1原材料

研究所采用的水泥为基准水泥，水泥成分见表 1，矿渣（Blast Furnace Slag, BFS）是由山西朔州神光粉煤灰建材开发有限公司提供，其化学成分见表 2，设计几组不同配比的矿渣与水泥混掺料，配比如表 3 所示，机制砂，碎石。

表1　水泥的化学成分分析　　　　　　%

表2　矿渣的化学成分分析%

表3　水泥—矿渣的试验配比　　　　　　%

1.2PCam 和 PCan 制备

本文以异戊烯醇聚氧乙烯醚 TPEG-2400（上海台界化工有限公司，工业级）、甲基酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC，北京化学试剂公司，分析纯）、丙烯酸为单体（AA，北京化学试剂公司，分析纯），采用水溶液聚合的方法，制备一种新型的两性型聚羧酸系高效减水剂。PCan 和 PCam 的化学结构式如图 1 所示。

图1　PCan、PCam 的结构示意图

1.3试验方法

参照 GB/T 8076—2008《混凝土外加剂匀质性试验方法》中的试验方法进行测定，测试矿渣—水泥浆体流动及流动保持性能。

参照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》，对掺入 PCam 与 PCan 的混凝土性能进行测试，用矿渣取代水泥熟料用量，矿渣掺量分别为 0、10%、30%、50%，测试包括塑性阶段性能：坍落度，含气量，减水率；硬化阶段性能：1d，7d，28d 抗压强度，配合比设计见表 4。

表4　C30 混凝土的配合比设计

2　结果与讨论

2.1PCam 与 PCan 对新拌矿渣—水泥浆体的影响

图2　PCam和 PCan对 C-1浆体的分散性能

图3　PCam 和 PCan 对 C-2 浆体的分散性能

图4　PCam和 PCan对 C-3 浆体的分散性能

图5　PCam 和 PCan 对 C-4 的分散性能

由图 2、3、4 和 5 中可以看出，将普通阴离子型超塑化剂 PCan 和两性型超塑化剂 PCam 掺入到掺有 0、10%、30%、50% 矿渣的混合材水泥砂浆中，其分散效果和分散保持性均比空白样品要好。因为矿渣硬度比水泥熟料高，粉磨成细颗粒后一般形状不佳，呈多角形，矿渣微粉间易发生团聚作用，降低自由水含量，而导致浆体流动度下降。但随着混合材矿渣掺量的增大，无论是掺入普通阴离子型超塑化剂PCan 的水泥浆体还是掺入 PCam 的水泥浆体其分散效果和分散保持性均越来越好。一方面是由于聚羧酸减水剂使原本团聚的矿渣微粉得以解聚，矿渣粉对水泥颗粒的填充效应增强，因而矿渣掺量越多浆体的流动性也就越高；另一方面随着矿渣微粉掺量增加，熟料含量相对减少，早期水化产物相应减少，使得浆体流动及流动保持更好。

2.2PCam 与 PCan 在矿渣混合材水泥中的混凝土减水率及力学性能

表5　不掺矿渣 PCan 和 PCam的混凝土减水率及力学性能

表6　矿渣掺量为 10% PCan 和PCam 的混凝土减水率及力学性能

表7　矿渣掺量为 30% PCan 和PCam 的混凝土减水率及力学性能

表8　矿渣掺量为 50% PCan 和PCam 的混凝土减水率及力学性能

由表 5～8 可以看出，从和易性方面来说，在同等坍落度情况下，掺加超塑化剂可以极大的节约水的用量，从而降低水灰比提高混凝土的力学性能。从混合材的角度来看，矿渣粉的总体颗粒粒径要比水泥更细，从而可以与水泥颗粒组成级配良好的胶凝材料，提高其流动性，从另一方面讲也间接的起到了减水的作用。随着混合材掺量的增加，混凝土的用水量降低；而随着混合材量的增加，PCam 的减水率呈增加的趋势，这说明两性型聚羧酸减水剂由于阳离子单体的引入在矿渣水泥中具有更好的减水效果。力学性能方面，由于矿渣的掺入混凝土的早期（3d、7d）强度不高，这也严重影响了工程中对施工性能的要求，而且随着矿渣掺量的增加混凝土的早期强度越低。掺加超塑化剂可以降低水灰比，在一定范围内提高混凝土的早期强度以满足施工性能的要求，PCam 效果优于 PCan，能提高强度 15% 以上。但是如果矿渣掺量过大，由于矿渣本身的特性使其早期强度即便是降低水灰比也难以达到要求，所以矿渣的掺量不宜太高。

3　结论

随着混合材矿渣掺量的增大，不论掺入 PCan 的水泥浆体还是掺入 PCam 的水泥浆体其分散效果和分散保持性均越来越好，混凝土的用水量降低，减水率增大，而 PCam 相比于 PCan 要更优，减水率更高，能提高强度 15% 以上；但随着矿渣掺量的增加混凝土的早期强度越低由于矿渣本身的特性使其早期强度即便是降低水灰比也难以达到要求，矿渣的掺量不宜太高。

[1] 蒲心诚，王勇威．高效活性矿物掺合料与混凝土的高性能化[J]．混凝土， 2002，2：3-6．

[2] 雷西萍．聚羧酸减水剂对矿渣水泥性能影响的研究．硅酸盐通报，2010,29(6)：1468-1471．

[3] 户田和敏．混合剂的种类、性质的变化和将来展望[J]．高性能减水剂工学，1999(1)：57-60．

[4] 王可良，马德富，李凤强，等．聚羧酸减水剂合成因素对混凝土拉压比及初裂时间的影响[J]．硅酸盐通报.山东水利科学研究院，2006(5)；199-205．

[5] 孙娜．两性混凝土超塑化剂的合成与性能研究[D]．济南；济南大学，2011．

[6] 李崇智．新型聚羧酸系超塑化剂的合成及性能研究[D]．北京；清华大学，2004：96-125．

[7] 冉千平，刘加平．两性所酸类接枝共聚物混凝土超塑化剂的制备与性能评价[J]．新型建筑材料，2005，12：54-56．

[8] 冉千平，繆昌文．一种两性聚羧酸类梳形接枝共聚物混凝土超塑化剂[J]．CN200510037871.1，2005-02-28．

[9] 郑青，许晓东，杜泽．矿粉掺量对混凝土性能的影响[J]．混凝土与水泥制品，2011，4：21-24．

［通讯地址］北京市海淀区学院路丁 11 号宝源公寓 B（100083）

The compatibilities of slag with amphoteric superplasticizer

Li Juan, Zhang Haijiao, Zhang Liran, Hao Bing, Wang Dongmin
(China University of Mining &Technology, Beijing100083)

Different dosage of slag concrete , were mixed with two kinds of water reducing agent-anionic superplasticizer (PCan) and amphoteric superplasticizer (PCam). The amount of cement replaced by slag is 10%～50%. Slump was designed in (200±10)mm, the concrete stage and hardening stage performance were tested and the PCam compatibility with slag was discussed. Results show that water use canbe effectively reduced by superplasticizer, water reducing rate is more than 30%, PCam can effectively improve the early strength, increase the strength of more than 15%。

slag; amphoteric superplasticizer; compatibility; cement

李娟（1990－），女，硕士研究生，研究方向：聚羧酸减水剂及水泥基材料。