一种纳米材料改性粉体聚羧酸高性能减水剂应用研究

2020-07-14滕飞

建材发展导向 2020年3期

滕飞

（辽宁省建设科学研究院有限责任公司，辽宁沈阳 110000）

目前，建筑、交通、水利工程中干混砂浆和水泥混凝土的使用量十分巨大，现场使用情况也十分复杂，随之对减水剂的性能要求也越来越高；另外，由于储存和运输等条件的限制，常见的液体减水剂在有些情况下的使用显得不是很方便；因此，近些年来粉体聚羧酸高性能减水剂逐渐崭露头角，不但储存占用空间小，而且运输容易，可预见其未来更广泛的应用。

本文研究了一种纳米材料改性聚羧酸高性能减水剂在水泥基灌浆料、混凝土中的应用情况，通过试验结果的比较，可以看出粉体聚羧酸高性能减水剂完全可以代替传统的萘系减水剂在干混砂浆中以及液体减水剂在混凝土中的应用，同时这种改性后的减水剂能够使砂浆和混凝土的各项性能得到明显的提高。

1 试验方案

1.1 纳米改性粉体聚羧酸高性能减水剂制备

采用滴定法合成含固量为40%的聚羧酸高性能减水剂母液，在45 摄氏度条件下向母液中加入适量的纳米级硅、钙、铝和无机分散剂F100 等材料作为改性剂并搅拌三十分钟，然后将得到的产物烘干成块状，待块状物冷却至室温后，再与一定量挥发型冷冻剂混合，经破碎机进行低温粉碎成粉末状，即得到纳米改性粉体聚羧酸高性能减水剂。

1.2 水泥基灌浆料制备

本试验的依据为《工程结果加固材料安全性鉴定技术规程》（GB50728-2011）中结构加固用水泥基灌浆料的技术要求，灌浆料的基础配合比为：水泥采用强度等级42.5 级普通硅酸盐水泥；二级配石英砂，最大粒径小于4.75mm，粗砂与细砂的质量比例为2∶3；胶砂比为1∶1.2；水胶比为0.13；膨胀剂掺量为10%等量取代水泥。

在试验过程中发现，即使提高萘系减水剂的掺量，灌浆料流动度也不会随之提高，因此选择1%掺量作为萘系减水剂的最佳掺量；另一方面，提高粉体聚羧酸高性能减水剂掺量后，如果不同时加入一定量的保水剂，那么灌浆料就会出现泌水现象，所以在保证不泌水的条件下，采用0.1%掺量作为粉体聚羧酸高性能减水剂的合理掺量。综上，对比试验分别为掺入0.1%的纳米改性粉体聚羧酸高性能减水剂和掺入1%萘系高效减水剂（减水剂掺量比例为占胶凝材料质量百分数）。

1.3 混凝土制备

试验混凝土所采用的原料有：辽阳天瑞水泥，强度等级为42.5 级普通硅酸盐水泥；碎石采用连续级配，粒径在4.75mm～31.5mm 之间；砂子为天然河砂，细度模数为2.5；粉煤灰为铁岭电厂的一级灰；矿渣粉为S95 级的本钢矿粉；水为自来水；外加剂为本项目研究制出的纳米改性粉体聚羧酸高性能减水剂（复配载体为粉煤灰75%）。

2 结果与分析

2.1 粉体聚羧酸高性能减水剂在水泥基灌浆料中应用

对掺入纳米改性粉体聚羧酸高性能减水剂和萘系减水剂而制备的水泥基灌浆料进行了性能测试，其试验结果见表1。

从表1 的实测结果明显看出，掺入粉体聚羧酸高性能减水剂的灌浆料的各项性能指标更为优异，特别是极大地提高了灌浆料的流动性和早期强度发展，这表明这种纳米改性粉体聚羧酸高性能减水剂具有高减水、高保坍等特性，可以克服萘系高效减水剂减水率低等缺点；另外，粉体聚羧酸高性能减水剂还能够增加砂浆自身的粘聚力和对其他物体的粘接力，这可以在与钢筋握裹强度的提高方面看出。因此，采用粉体聚羧酸高性能减水剂可以完全取代粉体萘系高校减水剂在水泥基灌浆料中的应用，同时由于其更低的掺量可以节约一定的成本，是制备水泥基灌浆料值得选用的减水剂类型。

2.2 粉体聚羧酸高性能减水剂在混凝土中应用

分别适配了强度等级为C20、C30、C40、C50 的混凝土，混凝土的初始坍落度均控制在220mm～240mm，对不同配合比、不同胶凝材料体系的混凝土进行了性能测试，其测试结果见表2、3。

综合以上两个表格中所列试验结果可以看出，由于聚羧酸盐对水泥粒子的超分散性能，聚羧酸高性能减水剂的减水效果十分优异，减水率可达25%以上，适合配置中、高强度的高性能混凝土；另外由于聚羧酸高性能减水剂掺量为占胶凝材料的2%，而减水剂中聚羧酸盐含量为25%，这样折固量仅为0.5%，无论从降低成本还是方便运输方面都表现的十分突出。

表2 混凝土配合比试验结果（1）

利用具有良好分散稳定性的聚羧酸高性能减水剂，可以配制坍落度≥220mm 的大流动性混凝土，而且混凝土经时坍落度损失小，一小时基本没有坍落度损失，弥补了常用的萘系高效减水剂配制的混凝土坍落度损失大、易泌水等方面的缺陷。与粉煤灰配合使用，减水剂的小掺量即可获得优异的流动性，适应生产商品混凝土的工艺要求，特别对于泵送混凝土不易发生堵管现象。流动性大的混凝土易于浇筑密实，而且使用聚羧酸高性能减水剂配制混凝土会由于聚合物对水化产物的聚合活性而生成具有胶凝状态的水化物填充空隙，进而令混凝土强度得到大幅度提高，除此之外再加上聚合物膜的密封效果还会使得混凝土提高抗渗抗裂的性能，另一方面聚合物在混凝土中形成的空间柔性网络提高了混凝土拌合物的粘聚力，使得混凝土早期抗冻性能增强。