隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，隨之帶來基礎(chǔ)工業(yè)建設(shè)與建筑業(yè)對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)點而倍受人們的關(guān)注。但減水劑對砂石料、級配要求高，使得它大多在高標號混凝土中使用，這大大限制了高性能減水劑在低標號混凝土中的推廣應(yīng)用。為此，研究開發(fā)了應(yīng)用在低標號混凝土中的高性能減水劑，其對低標號混凝土用含泥量高的砂石料、設(shè)計級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

　　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、對甲苯磺酸、馬來酸二甲酯、對苯二酚、吩噻嗪、過硫酸銨、巰基丙酸、30%的氫氧化鈉溶液：均為工業(yè)級。

　　1.1.2 混凝土試驗用材料

　　水泥：揚子 P·O42.5 水泥;粉煤灰：Ⅱ級;中砂：細度模數(shù)2.6;細砂：細度模數(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、坍落度測試設(shè)備1 套、SHB-ⅢS 循環(huán)水式多用真空泵、QHJ756B 強力恒速攪拌機、5 L 智能升降油浴鍋。

　　1.3 試驗方法

　　1.3.1 大單體的制備

　　在裝有溫度計、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、對甲苯磺酸、對苯二酚、吩噻嗪，于設(shè)定的溫度、真空度下反應(yīng)到最佳時間，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、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]，同時滴加引發(fā)劑過硫酸銨水溶液([ 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》測試混凝土的性能。

　　2 結(jié)果與討論

　　分別進行了MPEG 分子質(zhì)量、馬來酸二甲酯用量、鏈轉(zhuǎn)移劑用量和過硫酸銨用量對C30 混凝土性能影響的試驗。試驗混凝土配合比(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 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展度、抗壓強度要比摻低分子質(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 強度比高分子質(zhì)量的MPEG 要低。

　　2.2 馬來酸二甲酯用量對 C30 混凝土性能的影響

　　隨著馬來酸二甲酯用量的增加，摻合成減水劑混凝土的30 min 坍落度、擴展度逐漸增大，且在用量為 2.0%、3.0%時，30 min 擴展度比初始的還大;但在用量為4.0%時，初始、30 min 坍落度、擴展度又有下降的趨勢。原因是馬來酸二甲酯在強堿性條件下，發(fā)生?；忌系挠H核取代反應(yīng)，導(dǎo)致甲氧基脫離，形成羧基。而羧基對水泥有分散作用，所以隨著馬來酸二甲酯用量的增加，30 min 坍落度、擴展度逐漸增大。在用量為4.0%時，馬來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、擴展度減小[4]。因此，馬來酸二甲酯用量在3.0%時，混凝土的綜合性能最佳。

　　2.3 鏈轉(zhuǎn)移劑用量對 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 過硫酸銨用量對 C30 混凝土性能的影響

　　可以看出，隨著過硫酸銨用量的增加，摻合成減水劑混凝土的初始、30 min 坍落度隨著增大。這是因為過硫酸銨用量增加，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。但過硫酸銨用量大時，混凝土的綜合性能趨于平穩(wěn)，所以過硫酸銨用量以1.4%最佳。

　　3 成本分析

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

　　根據(jù)混凝土配合比，可計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。計算結(jié)果表明，C20、C25 混凝土采用本研發(fā)的減水劑時，在降低成本上較脂肪族減水劑有優(yōu)勢，特別是在水泥價格較高時。如水泥價格為455 元/t 時，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 混凝土的試驗中，其30 min 坍落度、擴展度優(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，可減少水泥用量10 kg，而同齡期的混凝土抗壓強度基本相當(dāng)。

　　4 結(jié) 語

　　(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度較采用高分子質(zhì)量MPEG 時要低。

　　(2) 馬來酸二甲酯、巰基丙酸、過硫酸銨用量分別為3.0%、0.70%、1.4%時，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)用于低標號混凝土的對比試驗結(jié)果表明，研發(fā)的減水劑具有良好的性能，且在降低低標號混凝土成本上比采用脂肪族減水劑有優(yōu)勢。