聚羧酸减水剂与缓凝组分相容性的探究

引 言

聚羧酸系高效减水剂是继以木钙为代表的第一代减水剂和以萘系为代表的第二代减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂。它具有高减水、高保坍、以及超分散性和超稳定性等优异性能。其特点是在高温下坍落度损失小，具有良好的流动性，在较低的温度下不需大幅度增加减水剂的加入量，具有一定的引气量并与环境友好相处等诸多优点。基本满足了混凝土工程特别是高性能混凝土对减水剂的性能要求成为以萘系和密胺系为代表的第二代高效减水剂的更新换代品。

然而，聚羧酸系高性能减水剂也有着一些应用问题，如与水泥存在适应性问题、应用成本相对较为高昂、与其他品种减水剂不易相溶甚至不溶等。因此，通过在聚羧酸系高性能减水剂中复配缓凝剂在降低聚羧酸系高性能减水剂应用成本的同时，保证其高减水率，并且改善其与水泥的适应性、进一步减小其坍落度损失，成为聚羧酸系高性能减水剂的复配合比向。

聚羧酸减水剂本身具有流动性保持能力，不需通过辅助作用实现，但一般为了满足工程对混凝土凝结时间的要求，会采取聚羧酸与缓凝剂复合使用以达到效果。在聚羧酸减水剂中复配适量的缓凝组分可有效地延长混凝土的凝结时间，减少坍落度损失，是保证混凝土正常施工达到要求的凝结时间提高工效的有效途径。

工程上使用的缓凝剂一般按照化学成分分为无机缓凝剂和有机缓凝剂。无机缓凝剂主要包括四大类：①磷酸盐、偏磷酸盐类缓凝剂；②硼砂（Na2B4O7·10H2O）：吸湿性强，易溶于水和甘油，其水溶液呈弱碱性，在干燥的空气中易缓慢风化；③氟硅酸钠（NaSiF6）：为白色结晶物质，微溶于水，不溶于乙醇，有腐蚀性；④其他无机缓凝剂：氯化锌、碳酸锌以及锌、铜、镉的硫酸盐。有机缓凝剂是广泛使用的一类缓凝剂：①羟基羧酸、氨基羧酸及其盐，此类缓凝剂分子结构中含有羟基（-OH）、羧基（-COOH）或氨基（-NH2），常见的此类缓凝剂有柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、水杨酸等及其盐；②多元醇及其衍生物；③糖类：葡萄糖、蔗糖及其衍生物和糖蜜及其改性物；④纤维素类碳水化合物。

1 试验部分

1.1 试验原材料

本试验过程中所采用的化学试验试剂等各种原材料如表1所示。

1.2 水泥净浆试验器材

水泥：P·O 42.5 级水泥，南方水泥。

净浆标准稠度及凝结时间测定仪：无锡建仪仪器机械有限公司。

水泥净浆搅拌机：无锡建仪仪器机械有限公司。

1.3 试验方法

水泥净浆流动度试验：按照GB/T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。

缓凝时间的测定试验：参照GB 8076—1997《混凝土外加剂》进行。

上述试验均在室温下进行（温度：22 ℃、湿度：72%RH）。

2 试验结果

2.1 聚羧酸减水剂与不同品种缓凝组分的水泥净浆流动性

试验检测聚羧酸系减水剂对不同缓凝剂的相容性。参照水泥净浆流动度试验方法，水灰比取 0.29，试验采用了南方水泥代码 N，检测了不同缓凝剂种类和掺量（按水泥质量的百分含量计）对不同水泥净浆流动度及其经时损失的影响，结果见表2、图1。试验中标准样为聚羧酸减水剂，其余按不同掺量复配聚羧酸减水剂母液中。其中，聚羧酸减水剂含固量为 40%，聚羧酸减水剂母液和缓凝剂复配后母液掺量均为水泥质量的0.25%。

2.2 聚羧酸减水剂与不同品种缓凝组分的水泥凝结时间

在聚羧酸减水剂掺量为 0.25%，缓凝剂掺量为 2.0%、2.5%的情况下，不同缓凝剂组分与聚羧酸减水剂复合对水泥凝结时间的影响如表3、图2。

3 结果分析

3.1 缓凝剂对聚羧酸减水剂净浆流动度及经时损失的影响

3.1.1 有机缓凝剂对聚羧酸减水剂净浆流动度及经时损失的影响

从表 1 和图 2 可以看出，N 水泥中单掺聚羧酸减水剂，初始流动度大，经时损失比较小，说明两者有很好的相容性。加入2.0%的葡萄糖酸钠，水泥浆体的净浆流动度及经时损失皆有改善，伴随掺量的加大，损失减小，但流动度减小幅度大。柠檬酸、蔗糖的变化趋势与葡萄糖酸钠基本一致。

3.1.2 无机缓凝剂对聚羧酸减水剂净浆流动度及经时损失的影响

从表1 和图2 可以看出，硼砂、硫酸锌、六偏磷酸钠的掺量变化与有机缓凝剂相类似，对水泥的净浆流动及损失皆有改善，但伴随掺量的加大流动度减小。

这说明在提高净浆流动度、减少流动度损失方面，试验采用P·O 42.5 级水泥的情况下，柠檬酸、硫酸锌与聚羧酸减水剂的相容性较差，葡萄糖酸钠、蔗糖、六偏磷酸钠和硼砂等缓凝剂与聚羧酸减水剂复合有良好的相容性。加入缓凝剂复合后，不仅能提高净浆的初始流动度，同时还降低了浆体1 h 经时损失，有利于提高混凝土的工作性能。但不同的缓凝剂伴随缓凝剂掺量的加大，损失减小，净浆流动度减小，存在一定的掺量范围。葡萄糖酸钠和硼砂的效果较好，蔗糖有一定的缓凝作用，对掺量较为敏感，但由于原料广泛、价格低廉，使用较为广泛。丙三醇的缓凝作用很强，对水泥的水化影响大，甚至造成停止水化。

3.2 缓凝剂对聚羧酸减水剂水泥凝结时间的影响

由图2 可知，掺加聚羧酸减水剂可以显著延长水泥浆体凝结时间，初凝时间延长 115%~142%，终凝时间延长 56%；在聚羧酸减水剂中掺缓凝剂后，水泥凝结时间的延长幅度更大。缓凝剂种类不同，对水泥浆体的凝结时间延长幅度有所不同，其中有机缓凝剂中的蔗糖、柠檬酸和六偏磷酸钠与聚羧酸减水剂复合后的缓凝效果显著，与只掺聚羧酸减水剂的样品相比，初凝时间延长约2 h。而硼砂与聚羧酸减水剂复合后的缓凝效果不明显，与只掺聚羧酸减水剂的样品相比，初凝时间延长在0.2 h。这说明在延缓水泥浆体凝结时间方面，在试验采用P·O 42.5 级水泥的情况下，硼砂与聚羧酸减水剂的相容性较差，葡萄糖酸钠、六偏磷酸钠、蔗糖和柠檬酸与聚羧酸减水剂的相容性较为理想。

4 结论

（1） 葡萄糖酸钠、六偏磷酸钠和蔗糖与聚羧酸减水剂复合后，不仅能够提高净浆的初始流动度，同时还降低了浆体1 h 经时损失，有利于提高混凝土的工作性能。

（2） 在聚羧酸减水剂中复掺蔗糖或葡萄糖酸钠对水泥凝结时间的延长幅度较大，复掺六偏磷酸钠对水泥凝结时间的延长幅度较小。

（3） 在提高净浆流动度、减少流动度损失方面，试验采用P·O 42.5 级水泥的情况下，聚羧酸减水剂与葡萄糖酸钠、硼砂等无机有机缓凝剂相容性较好，可以按一定比例复配，根据实际需要，实现混凝土凝结时间的可调性。无机缓凝剂在中性pH 值条件下仅微溶于水，而且由于缓凝作用不稳定，因此不常使用，综合效果和性价比考虑，聚羧酸减水剂与葡萄糖酸钠的复配效果较为显著。