聚羧酸鹽高性能減水劑性能試驗(yàn)研究

一、LEX—9聚羧酸鹽減水劑在混凝土中的應(yīng)用

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

     本報(bào)告在評(píng)價(jià)LEX—9品質(zhì)并與日本SP—8N、HP—11等比較時(shí)，采用了GB8076-1997、JC473-2001和日本混凝土高性能AE減水劑標(biāo)準(zhǔn)JISA6204—1995。

  1、水泥凈漿流動(dòng)度

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

表—1. 水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)結(jié)果

 *試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)方法和標(biāo)準(zhǔn)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(jì)摻量下的減水率。

表—2.  按GB8076—1997方法測(cè)定的減水率

表—3. 按JC473-2001建議配比測(cè)定的減水率*

 *按標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)建議配

  比，使基準(zhǔn)與受檢混凝土達(dá)到同樣坍落度情況下，測(cè)定其減水率。

表—4.按日本JISA6204-1995方法比測(cè)定的減水率

從以上數(shù)據(jù)可以看出，甲以上三種標(biāo)準(zhǔn)方法和建議配比，LEX—9在常用經(jīng)濟(jì)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(dòng)性自密實(shí)混凝土的時(shí)候，摻有LEX—9的混凝土有明顯的“自流”趨勢(shì)，物料的擴(kuò)展度很大，減水率顯得更高，甚至超過35%。。

表—5.在高流動(dòng)性混凝土中的減水率

3、流動(dòng)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J(rèn)C473-2001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(yàn)，結(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1小時(shí)損失不大于60mm的規(guī)定。同時(shí)，也可以看出，摻量增加，有利于流動(dòng)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(yàn)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(dāng)LEX-9摻量超過1%后，2小時(shí)內(nèi)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(yàn)。

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(xì)度和摻合料等均可能對(duì)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(yīng)性特差而不能使用。LEX—9卻有較廣泛的適應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)和日本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在425#礦渣水泥中稍顯遜色。

4、LEX—9對(duì)混凝土強(qiáng)度貢獻(xiàn)

LEX—9具有很高的減水作用，因此，對(duì)混凝土強(qiáng)度有很大貢獻(xiàn)。按照GB8076—1997和JISA6204—1995二種標(biāo)準(zhǔn)方法，分別用SP—8N進(jìn)口產(chǎn)品作對(duì)比，經(jīng)過十余次試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)比較結(jié)果列于以下表格。

  表—9. 按JISA6240—1995方法的強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)*

表—10.按GB8076-1997方法的強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)*

*部分齡期試驗(yàn)次數(shù)不到“試驗(yàn)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(jì)，LEX—9的摻量比木質(zhì)素磺酸鈣更少,相當(dāng)萘系摻量的1/5左右。日本SP-8N等產(chǎn)品摻量與之相仿。表—12是按照J(rèn)C473-2001泵送劑標(biāo)準(zhǔn)建議配比作的摻量試驗(yàn)，表中數(shù)據(jù)為二次試驗(yàn)的平均值。

表—12摻量試驗(yàn)

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

摻量達(dá)到1.2%以后，LEX-9的減水劑作用增幅趨緩，強(qiáng)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(jì)摻量為0.3-1.2%，配制高標(biāo)號(hào)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?xí)r，摻量可放大至1.5或1.5以上，但一般不宜超過2.5%。實(shí)驗(yàn)表明，LEX-9摻量放大至5%時(shí)，混凝土也不產(chǎn)生嚴(yán)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(jié)延緩，強(qiáng)度有所下降。

6、凝結(jié)時(shí)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(duì)凝結(jié)硬化有一定延緩作用。

     表—13凝結(jié)時(shí)間測(cè)試結(jié)果*

     *試驗(yàn)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(biāo)均符合各種標(biāo)準(zhǔn)，摻量增加使引氣量有上升趨勢(shì)。表—14是把一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。

表—14 混凝土含氣量試驗(yàn)*

*含氣量試驗(yàn)采用GB8076-1997和JISA6204-1995建議混凝土配比，試驗(yàn)儀器為英國進(jìn)口。

8、水泥適應(yīng)性

   為了考證LEX-9對(duì)各種水泥的適應(yīng)性，選擇了四種市場(chǎng)常見的PⅠ、PⅡ、PO和礦渣水泥進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)按JC473-2001標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行?；鶞?zhǔn)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(zhǔn)混凝土有所減少。

表—15 水泥適應(yīng)性

以上數(shù)據(jù)表明，LEX-9對(duì)各種典型水泥均有很好適應(yīng)性，強(qiáng)度超過了JC473-2001中一等品技術(shù)指標(biāo)。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(duì)摻合材料的適應(yīng)性

   上海地區(qū)幾乎所有的預(yù)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(qiáng)度增長(zhǎng)作用。

表-16. LEX-9對(duì)摻合材料適應(yīng)性

*摻合材料如下：

 FA-低鈣灰石洞口，符合Ⅱ級(jí)灰指標(biāo)

 FC-高鈣灰，石洞口電廠，符合Ⅰ級(jí)灰指標(biāo)

 FK-礦渣粉、寶力建出品，符合S95級(jí)指標(biāo)

   從表—16數(shù)據(jù)可以看出，在用Ⅱ級(jí)低鈣灰、Ⅰ級(jí)高鈣灰以及兩者混合灰等量代替30%水泥時(shí)，混凝土各齡期強(qiáng)度等高于基準(zhǔn)，用30%礦渣粉和20%高鈣灰等量取代50%水泥后，除1天強(qiáng)度稍低外，其余各齡期強(qiáng)度也高于基準(zhǔn)混凝土。根據(jù)這個(gè)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(yàn)，僅用195kg/m³水泥，就配制出強(qiáng)度超過45MPa的高流動(dòng)性混凝土。

10、摻LEX-9混凝土的其它物理性能和力學(xué)性能

由于LEX-9大幅度減少了用水量，因而，無疑會(huì)改善混凝土的一系列物理力學(xué)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(xué)特征試驗(yàn)

表-18 收縮試驗(yàn)

表-19 耐久性試驗(yàn)*

*混凝土配比同表-17、-18中編號(hào)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(qiáng)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(diǎn)。

   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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的耐久性更好，對(duì)體積安定性也有利。

11、用LEX-9配制高強(qiáng)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(dòng)性很好的高強(qiáng)和超高強(qiáng)混凝土。以下舉幾個(gè)列子。

表—20 用LEX-9配制高強(qiáng)混凝土范例

*配合比中水泥—海螺525#PO（R）水泥

 砂—長(zhǎng)江砂、細(xì)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(qiáng)混凝土有以下特點(diǎn)：

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(fù)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(diǎn)，用LEX-9配制的高強(qiáng)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(duì)較少。

二、經(jīng)濟(jì)技術(shù)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(chǎn)成本較高，不可能指望其單價(jià)低于目前市場(chǎng)上的老產(chǎn)品。但是，由于減水劑僅僅占混凝土生產(chǎn)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(bǔ)因外加劑價(jià)格高帶來的差價(jià)。在配制高標(biāo)號(hào)混凝土?xí)r，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(dá)到等強(qiáng)度的摻LEX—9混凝土配比進(jìn)行比較，粗細(xì)骨料略有變動(dòng)的造價(jià)差異暫排除不計(jì)，分析結(jié)果如下，表中水泥單價(jià)315元/噸，粉煤灰80元/噸，LEX-9單價(jià)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(jià)高于通?；炷?；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?xí)r，摻LEX-9的效益更大。

    值得強(qiáng)調(diào)，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(xué)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(duì)環(huán)境的污染。因此，LEX-9的研制成功，將有力促進(jìn)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(xiàn)。

三、結(jié)論

   1、LEX-9減水劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于國家和行業(yè)有關(guān)高效減水劑和泵送劑標(biāo)準(zhǔn)（一等品）的指標(biāo)值。其主要性能達(dá)到和超過日本同類產(chǎn)品（SP-8N，HP-11）的水平。

   2、LEX-9具有很高的減水劑效果，實(shí)測(cè)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(qiáng)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(qiáng)、超高強(qiáng)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(hù)層，使混凝土流動(dòng)性持久保持，尤其在摻量為1.0%以上時(shí)，2小時(shí)內(nèi)幾乎無坍落度損失。從本質(zhì)上能解決了困撓預(yù)拌混凝土的坍落度損失問題。LEX-9對(duì)各種水泥適應(yīng)性好，安全摻量范圍大，能廣泛應(yīng)用于商品混凝土。

   4、預(yù)測(cè)LEX-9的售價(jià)不足進(jìn)口同類產(chǎn)品的1/2。用于高標(biāo)號(hào)混凝土可以降低生產(chǎn)成本，用于中等強(qiáng)度混凝土?xí)r，只要合理調(diào)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。