聚羧酸鹽高性能減水劑性能試驗研究

一、LEX—9聚羧酸鹽減水劑在混凝土中的應用

   課題組合成的聚羧酸鹽聚合物經(jīng)稍加調整即成為基本的LEX—9高性能減水劑，它同時滿足我國“混凝土外加劑”標準（GB8076—1997）中高效減水劑（一等品）和行業(yè)標準“混凝土泵送劑”（JC473-2001）泵送劑（一等品）的各項指標。

     本報告在評價LEX—9品質并與日本SP—8N、HP—11等比較時，采用了GB8076-1997、JC473-2001和日本混凝土高性能AE減水劑標準JISA6204—1995。

  1、水泥凈漿流動度

按照“混凝土外加劑勻質性試驗方法”（GB/T8077-87）中凈漿流動度試驗方法，將LEX—9與SP—8N、HP—11和萘系高效減水劑比較，結果見表—1。

表—1. 水泥凈漿流動度試驗結果

 *試驗采用江南小野田Ⅰ型波特蘭水泥

**液體減水劑按其濃度扣除水份

2、混凝土減水率

   總所周知，減水劑在不同配合比和不同坍落度的混凝土中減水率不盡一致，以下，采用不同的標準方法和標準規(guī)定配合比來判別LEX—9的減水率。表—2—表—4是LEX—9在常用經(jīng)濟摻量下的減水率。

表—2.  按GB8076—1997方法測定的減水率

表—3. 按JC473-2001建議配比測定的減水率*

 *按標準規(guī)定，以等水灰比下，摻外加劑混凝土的坍落度增加值為判別依據(jù)，但摻LEX-9

  混凝土，在等水灰比情況下，因用水量過大而無法配制混凝土，因此，采用標準建議配

  比，使基準與受檢混凝土達到同樣坍落度情況下，測定其減水率。

表—4.按日本JISA6204-1995方法比測定的減水率

從以上數(shù)據(jù)可以看出，甲以上三種標準方法和建議配比，LEX—9在常用經(jīng)濟摻量下的減水劑平均超過25%，稍高于同摻量的SP—8N和HP—11。

用LEX—9來配制高流動性自密實混凝土的時候，摻有LEX—9的混凝土有明顯的“自流”趨勢，物料的擴展度很大，減水率顯得更高，甚至超過35%。。

表—5.在高流動性混凝土中的減水率

3、流動度損失

    坍落度損失少是聚羧酸鹽類高性能減水劑最重要的特征。

 a、常溫下的坍落度損失

按照JC473-2001和JISA6204-1995建議的混凝土配合比，在20℃左右室溫條件下的坍落度損失試驗，結果見表—6。

表—6. 常溫條件下坍落度損失

以上數(shù)據(jù)表明了LEX-9具有明顯的坍落度保持作用，完全符合泵送劑標準規(guī)定的坍落度保留值（一等品）30分鐘150mm和60分鐘120mm的規(guī)定以及日本“高性能AE減水劑”標準規(guī)定的1小時損失不大于60mm的規(guī)定。同時，也可以看出，摻量增加，有利于流動度的保持。

 b、在非常溫條件下的坍落度損失

與絕大都數(shù)表面活性劑一樣，溫度越高，穩(wěn)定性越差。試驗表明，在高于室溫條件下，低摻量的混凝土坍落度損失略有增大，但是當LEX-9摻量超過1%后，2小時內仍幾乎無損失。表—7是在模擬夏季高溫條件下的坍落度損失試驗。

表—7 .模擬夏季高溫條件下的坍落度損失

 c、在不同水泥品種的混凝土中坍落度損失

水泥的礦物組成、細度和摻合料等均可能對減水劑的作用變化，課題組在研制過程中也曾發(fā)現(xiàn)過有些聚合物的水泥適應性特差而不能使用。LEX—9卻有較廣泛的適應性。

表—8.不同水泥中的坍落度損失

表—8數(shù)據(jù)表明LEX—9在幾種典型水泥中均能滿足泵送劑標準和日本標準的規(guī)定，在425#礦渣水泥中稍顯遜色。

4、LEX—9對混凝土強度貢獻

LEX—9具有很高的減水作用，因此，對混凝土強度有很大貢獻。按照GB8076—1997和JISA6204—1995二種標準方法，分別用SP—8N進口產品作對比，經(jīng)過十余次試驗，統(tǒng)計比較結果列于以下表格。

  表—9. 按JISA6240—1995方法的強度統(tǒng)計*

表—10.按GB8076-1997方法的強度統(tǒng)計*

*部分齡期試驗次數(shù)不到“試驗次數(shù)”列中的次數(shù)。

5、LEX—9在混凝土中摻量

   LEX—9是以聚羧酸鹽為主要成分的水溶液，百分濃度20%左右，正常摻量為0.5-1.5%。按固體含量計，LEX—9的摻量比木質素磺酸鈣更少,相當萘系摻量的1/5左右。日本SP-8N等產品摻量與之相仿。表—12是按照JC473-2001泵送劑標準建議配比作的摻量試驗，表中數(shù)據(jù)為二次試驗的平均值。

表—12摻量試驗

   當LEX-9H摻量僅為0.3%時，就具有12%的減水率和23%的強度增長，超過目前市場上普通型泵送劑（一等品）的效果，摻量為0.5%時性能已超過一般萘系和嘧胺類高效減水劑的水平。當摻量小于0.7%時，坍落度保持能力有所降低，但仍強于木鈣和萘系減水劑。

摻量達到1.2%以后，LEX-9的減水劑作用增幅趨緩，強度不再增加，但坍落度保持更趨穩(wěn)定，因此，建議LEX-9的常規(guī)經(jīng)濟摻量為0.3-1.2%，配制高標號混凝土，大摻量粉煤灰（或礦渣粉）混凝土和有特殊要求的混凝土時，摻量可放大至1.5或1.5以上，但一般不宜超過2.5%。實驗表明，LEX-9摻量放大至5%時，混凝土也不產生嚴重粘聚和骨料一漿體分離現(xiàn)象，減水率仍有上升，但含氣量增加，凝結延緩，強度有所下降。

6、凝結時間

   LEX-9H在混凝土中因形成在水泥顆粒表面的立體隔離層，因而對凝結硬化有一定延緩作用。

     表—13凝結時間測試結果*

     *試驗采用海螺525PO水泥。

以上數(shù)據(jù)說明，LEX-9確有一定緩凝作用，并隨摻量增大而更明顯。

7、引氣性

   LEX-9在正常摻量下，用于混凝土，并不明顯引氣，引氣性指標均符合各種標準，摻量增加使引氣量有上升趨勢。表—14是把一些實驗數(shù)據(jù)進行歸納統(tǒng)計的結果。

表—14 混凝土含氣量試驗*

*含氣量試驗采用GB8076-1997和JISA6204-1995建議混凝土配比，試驗儀器為英國進口。

8、水泥適應性

   為了考證LEX-9對各種水泥的適應性，選擇了四種市場常見的PⅠ、PⅡ、PO和礦渣水泥進行試驗。試驗按JC473-2001標準方法進行。基準混凝土坍落度控制在80-100mm范圍中，摻LEX-9的混凝土，坍落度控制210±20mm，而用水量比基準混凝土有所減少。

表—15 水泥適應性

以上數(shù)據(jù)表明，LEX-9對各種典型水泥均有很好適應性，強度超過了JC473-2001中一等品技術指標。相比之下，在425#礦渣水泥中效果稍遜于各種525#水泥。

9、LEX-9對摻合材料的適應性

   上海地區(qū)幾乎所有的預拌混凝土都摻有粉煤灰和礦渣粉，LEX-9在含摻合材料的混凝土中同樣表現(xiàn)出很高的減水率和強度增長作用。

表-16. LEX-9對摻合材料適應性

*摻合材料如下：

 FA-低鈣灰石洞口，符合Ⅱ級灰指標

 FC-高鈣灰，石洞口電廠，符合Ⅰ級灰指標

 FK-礦渣粉、寶力建出品，符合S95級指標

   從表—16數(shù)據(jù)可以看出，在用Ⅱ級低鈣灰、Ⅰ級高鈣灰以及兩者混合灰等量代替30%水泥時，混凝土各齡期強度等高于基準，用30%礦渣粉和20%高鈣灰等量取代50%水泥后，除1天強度稍低外，其余各齡期強度也高于基準混凝土。根據(jù)這個規(guī)律，可以用LEX-9來配制的水泥用量很低的混凝土，如J-101組試驗，僅用195kg/m³水泥，就配制出強度超過45MPa的高流動性混凝土。

10、摻LEX-9混凝土的其它物理性能和力學性能

由于LEX-9大幅度減少了用水量，因而，無疑會改善混凝土的一系列物理力學性能，表-17、表-19，反映了摻LEX-9的混凝土性能優(yōu)越。

表-17 力學特征試驗

表-18 收縮試驗

表-19 耐久性試驗*

*混凝土配比同表-17、-18中編號LE60。

   以上數(shù)據(jù)顯示了，由于摻加LEX-9，混凝土水泥用量很少而強度很高，用水量低而材料微密，因而，呈現(xiàn)出彈性模量較高，抗（水、氣）滲透性好和收縮減少等優(yōu)點。

   由于LEX-9的cl^-含量、堿含量等都低于萘系減水劑，因此，摻LEX-9的鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土的耐久性更好，對體積安定性也有利。

11、用LEX-9配制高強混凝土

由于LEX-9具有很高的減水作用和坍落度保持作用，能用以配制流動性很好的高強和超高強混凝土。以下舉幾個列子。

表—20 用LEX-9配制高強混凝土范例

*配合比中水泥—海螺525#PO（R）水泥

 砂—長江砂、細度模數(shù)2.5

 石—5-25mm碎石（浙江湖州）

 摻合料—摻合料為粉煤灰、礦渣粉或兩者混合物，不含硅粉。

   從表-20例子看，用LEX-9H配制的高強混凝土有以下特點：

a、         水泥用量很低，即使加上摻合料，膠凝材料總量也很低。

b、         減水劑用量少，一般情況下，用萘系復合減水劑，摻量（折干）約為膠凝材料總量的1%以上，而LEX-9（折干）僅用0.2-0.3%。

c、         由于以上特點，用LEX-9配制的高強混凝土漿體過粘，與粗骨料分離的現(xiàn)象有所減少，在混凝土硬化后收縮值相對較少。

二、經(jīng)濟技術分析

LEX-9是石油制品為原料經(jīng)接枝共聚而成，其材料和生產成本較高，不可能指望其單價低于目前市場上的老產品。但是，由于減水劑僅僅占混凝土生產成本的2-5%，如果在試配中，充分發(fā)揮LEX-9的高減水作用和坍落度保持作用，合理降低水泥用量，就可以彌補因外加劑價格高帶來的差價。在配制高標號混凝土時，由于摻LEX-9的混凝土水泥用量很少，無疑將帶來效益。

為了分析摻LEX-9的混凝土和傳統(tǒng)混凝土的成本，收集了一些拌站的基本配比，與達到等強度的摻LEX—9混凝土配比進行比較，粗細骨料略有變動的造價差異暫排除不計，分析結果如下，表中水泥單價315元/噸，粉煤灰80元/噸，LEX-9單價9000元/噸。

表-21. 摻LEX-9混凝土成本分析

     可見，在C20混凝土和C30混凝土中，如不采取特殊措施，摻LEX-9的造價高于通常混凝土；在C40混凝土中，摻LEX-9可以降低成本1.77元/m³，配制C40以上混凝土時，摻LEX-9的效益更大。

    值得強調，由摻LEX-9，混凝土水泥用量和水灰比明顯減少，由此，使混凝土更加致密，混凝土的各種力學性能，耐久性能和變形性能明顯改善。由于水泥用量減少，可以節(jié)省能耗，減少對環(huán)境的污染。因此，LEX-9的研制成功，將有力促進綠色高性能混凝土的發(fā)展，為我國可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。

三、結論

   1、LEX-9減水劑的各項性能指標均優(yōu)于國家和行業(yè)有關高效減水劑和泵送劑標準（一等品）的指標值。其主要性能達到和超過日本同類產品（SP-8N，HP-11）的水平。

   2、LEX-9具有很高的減水劑效果，實測最高減水率超過35%，能大幅度降低混凝土的水灰比，從而提高混凝土的強度和其它性能，特別能改善混凝土的可易性、耐久性和收縮變形。是配制高性能混凝土和高強、超高強混凝土的優(yōu)選材料。

   3、LEX-9能在水泥顆粒表面形成穩(wěn)定的立體保護層，使混凝土流動性持久保持，尤其在摻量為1.0%以上時，2小時內幾乎無坍落度損失。從本質上能解決了困撓預拌混凝土的坍落度損失問題。LEX-9對各種水泥適應性好，安全摻量范圍大，能廣泛應用于商品混凝土。

   4、預測LEX-9的售價不足進口同類產品的1/2。用于高標號混凝土可以降低生產成本，用于中等強度混凝土時，只要合理調整配比，充分發(fā)揮LEX-9的作用，有可能做到不增加混凝土成本。