適合碾壓混凝土的緩凝型聚羧酸類減水劑的研制

摘要：根據(jù)碾壓混凝土的性能特點和施工要求，研制開發(fā)了一種水溶性高分子化合物，即含有磺酸根、羧酸根、羥基和氨基等多種官能團(tuán)的緩凝型非萘系高效減水劑。 與萘系類相比，該高效減水劑具有摻量低，減水率大，坍落度損失小，能延緩凝結(jié)時間，提高碾壓混凝土的可碾性、耐久性，減少水化溫升和水泥適應(yīng)性較好等特點。

 

關(guān)鍵詞：緩凝型高效減水劑；碾壓混凝土；羧酸基；磺酸基；低坍落度損失

 

    碾壓混凝土屬于一種干硬性混凝土，常被用來筑壩和修路，其施工方法、稠度以及配比與常態(tài)混凝土不同，通常使用較少的水泥和水、較多的摻和料，以降低碾壓混凝土的絕熱溫升，減少混凝土的收縮裂縫。 由于在建和擬建的水電站主要位于西南和華南地區(qū)，當(dāng)?shù)叵奶鞖鉁剌^高，水分蒸發(fā)較快，碾壓混凝土需要緩凝使其層面較好地結(jié)合，并實現(xiàn)連續(xù)、快速的施工，這就要求碾壓混凝土使用的減水劑具有減水、緩凝、穩(wěn)定的特點^{[1 ]} 。

 

    在我國水電站建設(shè)中，減水劑應(yīng)用較多的是萘系磺酸鹽和三聚氰胺磺酸鹽類高效減水劑。 這些減水劑基本上能夠滿足現(xiàn)場攪拌、施工的需要，但對于夏季氣溫較高的南方地區(qū)，存在著和易性差、VC 值低、坍落度損失大等缺陷，且基本上無緩凝性，自收縮偏大，施工后易產(chǎn)生較大的收縮裂縫，影響施工質(zhì)量^{[2 ]} 。 根據(jù)萘系和三聚氰胺系減水劑的生產(chǎn)工藝和配方，可粗略計算出萘系減水劑中堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以Na₂O 計） 大于10 %；磺化三聚氰胺甲醛樹脂減水劑的總堿量約為11。63 % ，各類外加劑總堿量（Na₂O + 0.658K₂O） 基本上超過GB 8076 —1997《混凝土外加劑》規(guī)定，可能誘發(fā)堿骨料反應(yīng)，降低碾壓混凝土的耐久性能。

 

    美國對位于FLORIDA 州青山壩的混凝土面板進(jìn)行了長達(dá)53 a 的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)在開裂嚴(yán)重的混凝土中，水泥含堿量高，集料無堿活性；有的使用了高堿水泥和活性集料，未檢測到堿集料反應(yīng)產(chǎn)物，但混凝土卻開裂、劣化。 低堿或高堿、但C₃A 和C₃S 低的水泥則完好，水泥中的堿和細(xì)度，C₃A ，C₄AF 一起極大地影響水泥的抗裂性。

 

    低堿水泥具有抵抗開裂的潛在能力，當(dāng)水泥中堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.16 %（按Na₂O 計） 時，混凝土的抗裂性明顯提高，堿能促進(jìn)水泥混凝土的收縮開裂^{[3 ]} 。 從保證混凝土耐久性和體積穩(wěn)定性來看，限制外加劑中堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是控制混凝土總堿量的有效手段之一。 即使不發(fā)生堿集料反應(yīng)，高含堿量也將促進(jìn)混凝土收縮裂縫的生成和發(fā)展，甚至造成混凝土結(jié)構(gòu)劣化。 從萘系和三聚氰胺系等減水劑合成工藝來看，很難降低減水劑中堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并延緩凝結(jié)時間，需加緩凝劑或降低水泥中C₃A 含量，才能達(dá)到緩凝的目的。 但降低C₃A含量，便降低了碾壓混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能；而緩凝劑是否適合高壩建設(shè)還有待商榷^{[4 ]} 。 本文研制開發(fā)了一種低堿、緩凝、保坍效果好的高效減水劑。

 

1.1 合成新型減水劑的主要原材料

 

    A ：酸酐類物質(zhì)，分析純；B ：含有—NH₂ 酰胺類物質(zhì)，為工業(yè)品；C：含有—SO^-₃ 磺酸類物質(zhì)，為工業(yè)品；D ：含有羥基類物質(zhì)，為工業(yè)品。

 

1.2 水泥凈漿、碾壓混凝土試驗主要原材料

 

    水泥：C1 和C2 分別為來自廣西和江蘇省的52。5R 型硅酸鹽水泥，C1 水泥的3d 和28d 膠砂抗壓強度分別為30.4MPa 和60.2MPa ，C₂ 水泥分別為31.6MPa ，64.0MPa。 水泥及粉煤灰的化學(xué)成分如表1 所示。