隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，隨之帶來(lái)基礎(chǔ)工業(yè)建設(shè)與建筑業(yè)對(duì)混凝土的需求量增加。為了解決混凝土泌水，離析和易性等等，研究人員研發(fā)出了適應(yīng)各種混凝土癥狀的外加劑，減水劑就是其中的一種。減水劑因具有分散性能高、適用范圍廣、坍落度損失小、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的關(guān)注。但減水劑對(duì)砂石料、級(jí)配要求高，使得它大多在高標(biāo)號(hào)混凝土中使用，這大大限制了高性能減水劑在低標(biāo)號(hào)混凝土中的推廣應(yīng)用。為此，研究開(kāi)發(fā)了應(yīng)用在低標(biāo)號(hào)混凝土中的高性能減水劑，其對(duì)低標(biāo)號(hào)混凝土用含泥量高的砂石料、設(shè)計(jì)級(jí)配要求不高有很好適應(yīng)性，坍落度保持性和施工性優(yōu)于脂肪族減水劑。

　　1 試 驗(yàn)

　　1.1 主要原材料

　　1.1.1 合成原材料

　　甲基丙烯酸、聚乙二醇單甲醚800、聚乙二醇單甲醚1000、聚乙二醇單甲醚1200、聚乙二醇單甲醚2000、對(duì)甲苯磺酸、馬來(lái)酸二甲酯、對(duì)苯二酚、吩噻嗪、過(guò)硫酸銨、巰基丙酸、30%的氫氧化鈉溶液：均為工業(yè)級(jí)。

　　1.1.2 混凝土試驗(yàn)用材料

　　水泥：揚(yáng)子 P·O42.5 水泥;粉煤灰：Ⅱ級(jí);中砂：細(xì)度模數(shù)2.6;細(xì)砂：細(xì)度模數(shù) 1.8;大石子：10 ～20 mm;小石子：5 ～10mm。

　　1.2 主要儀器和設(shè)備

　　Waters 凝膠滲透色譜儀、坍落度測(cè)試設(shè)備1 套、SHB-ⅢS 循環(huán)水式多用真空泵、QHJ756B 強(qiáng)力恒速攪拌機(jī)、5 L 智能升降油浴鍋。

　　1.3 試驗(yàn)方法

　　1.3.1 大單體的制備

　　在裝有溫度計(jì)、油浴鍋、調(diào)速攪拌器、真空裝置的三口燒瓶中加入按配方稱量的聚乙二醇單甲醚、甲基丙烯酸、對(duì)甲苯磺酸、對(duì)苯二酚、吩噻嗪，于設(shè)定的溫度、真空度下反應(yīng)到最佳時(shí)間，然后降溫至50 ℃出料，即得聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯混合物。

　　1.3.2 減水劑的制備

　　在裝有溫度計(jì)、調(diào)速攪拌器、回流冷凝管及滴加裝置的四口燒瓶中，加入配方量的軟水，然后攪拌并水浴加熱至80～83℃，按配方量滴加上述制備的大單體、巰基丙酸組成的水溶液([ 180±10)min 內(nèi)滴完]，同時(shí)滴加引發(fā)劑過(guò)硫酸銨水溶液([ 210±10)min 內(nèi)滴完]。引發(fā)劑液滴完之后保溫 1 h，然后降溫至50 ℃以下，用 30%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH 值至7，即得40%的減水劑。

　　1.3.3 性能測(cè)試方法

　　按JC 474—2001《混凝土泵送劑》和JG/T 223—2007《系高性能減水劑》測(cè)試混凝土的性能。

　　2 結(jié)果與討論

　　分別進(jìn)行了MPEG 分子質(zhì)量、馬來(lái)酸二甲酯用量、鏈轉(zhuǎn)移劑用量和過(guò)硫酸銨用量對(duì)C30 混凝土性能影響的試驗(yàn)。試驗(yàn)混凝土配合比(kg/m3)為：m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(中砂)∶m(大石子)∶m(小石子)∶m(外加劑∶m(水)=255∶85∶770∶810∶260∶4.42∶158。

　　2.1 MPEG 分子質(zhì)量對(duì) C30 混凝土性能的影響

　　可以看出，低分子質(zhì)量的MPEG 與高分子質(zhì)量的MPEG 相比，摻合成減水劑混凝土的30 min 坍落度損失小，但摻高分子質(zhì)量MPEG 合成減水劑的混凝土初始擴(kuò)展度、抗壓強(qiáng)度要比摻低分子質(zhì)量的大。其原因是，在醇酸質(zhì)量比相同的情況下，低分子質(zhì)量MPEG 合成的減水劑羧基含量比較慢，所以坍落度經(jīng)時(shí)損失小。又由于低分子質(zhì)量的MPEG 引氣性比高分子質(zhì)量的MPEG 大，所以低分子質(zhì)量的MPEG 強(qiáng)度比高分子質(zhì)量的MPEG 要低。

　　2.2 馬來(lái)酸二甲酯用量對(duì) C30 混凝土性能的影響

　　隨著馬來(lái)酸二甲酯用量的增加，摻合成減水劑混凝土的30 min 坍落度、擴(kuò)展度逐漸增大，且在用量為 2.0%、3.0%時(shí)，30 min 擴(kuò)展度比初始的還大;但在用量為4.0%時(shí)，初始、30 min 坍落度、擴(kuò)展度又有下降的趨勢(shì)。原因是馬來(lái)酸二甲酯在強(qiáng)堿性條件下，發(fā)生酰基碳上的親核取代反應(yīng)，導(dǎo)致甲氧基脫離，形成羧基。而羧基對(duì)水泥有分散作用，所以隨著馬來(lái)酸二甲酯用量的增加，30 min 坍落度、擴(kuò)展度逐漸增大。在用量為4.0%時(shí)，馬來(lái)酸二甲酯用量的增加，導(dǎo)致減水劑的羧基密度下降，從而在相同用水量的情況下，混凝土初始坍落度、擴(kuò)展度減小[4]。因此，馬來(lái)酸二甲酯用量在3.0%時(shí)，混凝土的綜合性能最佳。

　　2.3 鏈轉(zhuǎn)移劑用量對(duì) C30 混凝土性能影響

　　可以看出，隨著鏈轉(zhuǎn)移劑用量增加，摻合成減水劑混凝土的初始以及30 min 坍落度都先增大后減小，而抗壓強(qiáng)度相差不大。鏈轉(zhuǎn)移劑用量少，減水劑的分子質(zhì)量偏大，分散性能差，分散保持性不佳;而鏈轉(zhuǎn)移劑用量過(guò)大，則減水劑的分子質(zhì)量偏小，分散保持性下降。當(dāng)鏈轉(zhuǎn)移劑用量為0.70%，混凝土綜合性能最佳。

　　2.4 過(guò)硫酸銨用量對(duì) C30 混凝土性能的影響

　　可以看出，隨著過(guò)硫酸銨用量的增加，摻合成減水劑混凝土的初始、30 min 坍落度隨著增大。這是因?yàn)檫^(guò)硫酸銨用量增加，提高了單體的轉(zhuǎn)化率，主峰面積所占比例增大，使得混凝土的初始和30 min 坍落度也增大。但過(guò)硫酸銨用量大時(shí)，混凝土的綜合性能趨于平穩(wěn)，所以過(guò)硫酸銨用量以1.4%最佳。

　　3 成本分析

　　在某混凝土攪拌站對(duì)采用本研究合成的減水劑和脂肪族減水劑進(jìn)行了C20、C25 混凝土試驗(yàn)及成本分析。某攪拌站目前使用的脂肪族減水劑為 1800 元/t，本研究開(kāi)發(fā)的減水劑為 2300 元/t，揚(yáng)子 P·O42.5 水泥為 380 元/(t 2011年12 月價(jià)格)，粉煤灰150 元/(t 2011 年12 月價(jià)格)。試驗(yàn)C20、C25 混凝土的配合比，混凝土性能測(cè)試結(jié)果。

　　根據(jù)混凝土配合比，可計(jì)算出使用不同減水劑的混凝土成本差值。C20 混凝土采用減水劑，在成本上比采用脂肪族減水劑減少：(177×0.38+55×0.15+3.4×1.8)-(167×0.38+65×0.15+3.4×2.3)=0.60 元/m3;C25 混凝土采用減水劑，在成本上比采用脂肪族減水劑減少：(231×0.38+35×0.15+4.1×1.8)-(221×0.38+45×0.15+4.1×2.3)=0.25 元/m3。計(jì)算結(jié)果表明，C20、C25 混凝土采用本研發(fā)的減水劑時(shí)，在降低成本上較脂肪族減水劑有優(yōu)勢(shì)，特別是在水泥價(jià)格較高時(shí)。如水泥價(jià)格為455 元/t 時(shí)，配制C20 混凝土可節(jié)省原材料成本 1.25 元/m3，配制C25 混凝土可節(jié)省原材料成本0.90 元/m3。

　　研發(fā)的減水劑在C20、C25 混凝土的試驗(yàn)中，其30 min 坍落度、擴(kuò)展度優(yōu)于采用脂肪族減水劑的。且當(dāng)C20、C25 混凝土采用減水劑時(shí)，可減少水泥用量10 kg，而同齡期的混凝土抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)。

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　(1) 在醇酸質(zhì)量比相同的情況下，采用低分子質(zhì)量MPEG合成的減水劑的保坍性好，但摻減水劑混凝土的抗壓強(qiáng)度較采用高分子質(zhì)量MPEG 時(shí)要低。

　　(2) 馬來(lái)酸二甲酯、巰基丙酸、過(guò)硫酸銨用量分別為3.0%、0.70%、1.4%時(shí)，制備的減水劑綜合性能良好。

　　(3) 將本研究合成的減水劑與脂肪族減水劑應(yīng)用于低標(biāo)號(hào)混凝土的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，研發(fā)的減水劑具有良好的性能，且在降低低標(biāo)號(hào)混凝土成本上比采用脂肪族減水劑有優(yōu)勢(shì)。

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