适合碾压混凝土缓凝型聚羧酸类减水剂研制

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1、适合碾压混凝土的缓凝型聚羧酸类减水剂的研制在我国水电站建设中，减水剂应用较多的是萘系磺酸盐和三聚氰胺磺酸盐类高效减水剂。这些减水剂基本上能够满足现场搅拌、施工的需要，但对于夏季气温较高的南方地区，存在着和易性差、VC值低、坍落度损失大等缺陷，且基本上无缓凝性，自收缩偏大，施工后易产生较大的收缩裂缝，影响施工质量[2]。根据萘系和三聚氰胺系减水剂的生产工艺和配方，可粗略计算出萘系减水剂中碱的质量分数（以Na2O计）大于10%；磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂的总碱量约为11。63%，各类外加剂总碱量（Na2O+0.658K2O）基本上超过GB8076—1997《混凝土外加剂》规定，可

2、能诱发碱骨料反应，降低碾压混凝土的耐久性能。美国对位于FLORIDA州青山坝的混凝土面板进行了长达53a的调查研究，发现在开裂严重的混凝土中，水泥含碱量高，集料无碱活性；有的使用了高碱水泥和活性集料，未检测到碱集料反应产物，但混凝土却开裂、劣化。低碱或高碱、但C3A和C3S低的水泥则完好，水泥中的碱和细度，C3A，C4AF一起极大地影响水泥的抗裂性。低碱水泥具有抵抗开裂的潜在能力，当水泥中碱的质量分数低于0.16%（按Na2O计）时，混凝土的抗裂性明显提高，碱能促进水泥混凝土的收缩开裂[3]。从保证混凝土耐久性和体积稳定性来看，限制外加剂中碱的质量分数是控制混凝土总碱量的有效

3、手段之一。即使不发生碱集料反应，高含碱量也将促进混凝土收缩裂缝的生成和发展，甚至造成混凝土结构劣化。从萘系和三聚氰胺系等减水剂合成工艺来看，很难降低减水剂中碱的质量分数并延缓凝结时间，需加缓凝剂或降低水泥中C3A含量，才能达到缓凝的目的。但降低C3A含量，便降低了碾压混凝土抗硫酸盐侵蚀性能；而缓凝剂是否适合高坝建设还有待商榷[4]。本文研制开发了一种低碱、缓凝、保坍效果好的高效减水剂。1试验材料和方法1.1合成新型减水剂的主要原材料A：酸酐类物质，分析纯；B：含有—NH2酰胺类物质，为工业品；C：含有—SO-3磺酸类物质，为工业品；D：含有羟基类物质，为工业品。1.2水泥净浆

4、、碾压混凝土试验主要原材料水泥：C1和C2分别为来自广西和江苏省的52。5R型硅酸盐水泥，C1水泥的3d和28d胶砂抗压强度分别为30.4MPa和60.2MPa，C2水泥分别为31.6MPa，64.0MPa。水泥及粉煤灰的化学成分如表1所示。1.3配合比参考中南勘测设计研究院使用二级配碾压混凝土配合比进行试验，配合比如表2所示。1.4缓凝型减水剂的合成在四颈烧瓶中，定量加入A，用一定量的水将其溶解，再加入氢氧化钠溶液进行调节。在适当的温度下，加入一定量的C，反应到一定时间后加入B和其他催化剂并保温一定时间。在该聚合物中加入D和催化剂进行改性，在搅拌情况下，在一定的温度下反应到

5、一定的时间，在聚合物链上引入活性羟基。1.5水泥净浆流动度、凝结时间及碾压混凝土性能的测定按GB8077—87《混凝土外加剂匀质性试验方法》测定水泥净浆流动度，其中W/B=0.29，减水剂掺量为水泥的质量分数；参照GB/T1346—1989《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定水泥净浆的凝结时间；碾压混凝土的VC值、凝结时间，按SL48—94《水工碾压混凝土试验规程》测定；碾压混凝土强度按SD105—82《水工碾压混凝土试验规程》测定。2试验结果与分析2.1减水剂分子结构设计碾压混凝土使用的减水剂需具备减水、缓凝、引气等功能，这些功能与减水剂中所含的羟基、羧酸基

6、、氨基和磺酸基比例有关。羟基和氨基在碱性水泥浆体中可以和Ca2+反应，形成不稳定的络合物，吸附在水泥浆体表面，形成一定形状的薄膜，延缓水泥初期的水化和结晶，但不影响水泥的继续水化，对混凝土的塑性和后期强度发展有一定益处。但如果羟基和氨基含量过多，凝结时间过长，会造成混凝土的假凝[5]。羧酸基和磺酸基有很好的减水基团，一般对水泥的缓凝作用不大，然而若羧酸基α位上的氢被氨基或羟基取代，就会产生很好的缓凝作用；反之，羧酸基和磺酸基若含量过大，会产生较厚的吸附层，延长凝结时间并引入较多气泡，影响碾压混凝土的强度。因此，减水剂中所含上述基团的多少是决定减水剂性能的关键[6]。改性主要是

7、在酸性条件下进行的高温反应，与介质pH值的大小以及改性剂掺量有关。pH值不同，其改性反应的介质条件不同。在酸性条件下，改性反应向正方向进行，有利于接枝和分散；但如果pH值过低，将影响减水剂的改性，加入水泥后，在局部会产生化学反应，阻碍水泥浆体进一步反应和分散。改性剂的加入量对减水剂的分散效果有较大的影响。改性后减水剂的净浆流动度值可增大3～5cm。在分子链上引入活性基团，可提高减水剂的分散效果。若降低改性剂的掺量，接枝的几率和效果就低，水泥浆体的分散性就差；而加入较多的改性剂，会造成局部自聚，降低减水剂