聚羧酸系高效减水剂早强和缓凝的复配研究

聚羧酸系高效减水剂是新一代高性能减水剂，相比萘系减水剂，其减水率高、保坍性能好、低收缩，唯一的缺点就是成本较高，目前大规模的应该主要集中在混凝土品质要求较高的工程，其中有上海磁悬浮轨道梁、东海大桥、三峡部分项目、苏通大桥等。在我国，聚羧酸减水剂才刚刚起步，较先进国家有相当差距，本通过聚羧酸与多种早强和缓凝组分进行复配，希望通过实验来解决聚羧酸的保坍增强性能。

1 设计

1.1 原材料

化学试剂：聚羧酸高效减水剂(8H)、六偏磷酸钠、三乙醇胺、硫氰酸钠、甲酸、甲酸钠

基本原材料：PO42.5水泥、人工黑砂、矿粉、粉煤灰。

1.2 正交表

本次选取了四种早强剂，并且每种早强剂都有5个不同的掺量，因此我们用采用正交，这样不仅方便而且更加可能设计出优秀的试验配比。查正交表，可得5因素5水平的表，本次是是4种早强剂5个不同掺量，也就是4因素5水平，可以参照5因素5水平的表，配比方案如表1所示。

选取聚羧酸和六偏磷酸钠与上表中的早强剂复配成混合早强剂，并将混合早强剂掺入水泥砂浆进行。

1.3 试验内容

1.3.1混合早强剂对掺聚羧酸和缓凝剂的水泥净浆的流动度的影响

配置掺聚羧酸和六偏磷酸钠的水泥净浆溶液，测得其流动度为220mm时的用水量做为基准，再以此用水量为基准掺入复配减水剂，测定其坍落度损失，实验方法与步骤参照标准GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性方法》。

1.3.2混合早强剂对掺聚羧酸和缓凝剂的水泥净浆的凝结时间的影响

本首先参照标准GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性方法》确定标准稠度用水量，然后继续参照此标准测得水泥净浆的凝结时间。

1.3.3混合早强剂对掺聚羧酸和缓凝剂的水泥砂浆3天和7天强度的影响

本的方法和步骤参照标准标准：GB/T17671—1999《水泥胶砂检验方法(ISO法)》。本次我们选用的是人工黑砂，并且以黑砂：水泥=700：2100的配比来做水泥砂浆试块。

2 方法、结果及分析

水泥砂浆和水泥净浆的基本数据如表2。

2.1混合早强剂对掺聚羧酸和缓凝剂的水泥净浆的流动度的影响

掺混合早强剂的水泥净浆的流动度损失如表3所示。

本次也尽可能的选取流动度损失较小的早强剂，因此选取早强剂的时候流动度损失越小越好。因子影响指标的主次顺序从△R值中可以看出：(主)三乙醇胺→硫氰酸钠→甲酸钠→甲酸 (次)，并且从表3中可以看出最优方案是A₃B₄C₁D₂。

三乙醇胺的掺入，当其掺量较低时，促进硅酸三钙的水化，使得流动度下降，从而流动度损失较大。甲酸呈酸性，在碱性溶液中能与氢氧化钙反应，促进C₂S、C₃S的水化，从而促进钙矾石的产生，加快了水泥砂浆的凝结，从而流动度损失随着甲酸的掺量的增加而增加^【1】。

2.2混合早强剂对掺聚羧酸和缓凝剂的水泥净浆的凝结时间的影响

掺混合早强剂的水泥净浆凝结时间如表4所示。

对水泥净浆的初凝时间进行正交分析，如表5。

选取早强剂时，对于初凝时间应越长越好，从表5可以看出，因子影响指标的主次顺序从△R值中可以看出：(主)甲酸→甲酸钠→硫氰酸钠→三乙醇胺(次)，并且得出最优方案是A₁B₃C₄D₄。

对水泥净浆的终凝时间进行正交分析见表6。

选取综合早强剂时，终凝时间应该越短越好，从表6以看出，因子影响指标的主次顺序从△R值中可以看出：(主)甲酸→硫氰酸钠→三乙醇胺→甲酸钠 (次)，并且得出最优方案是A₄B₅C₁D₂。

综合上述，我们对复合早强剂的凝结时间要求是初凝时间越长，并且和终凝时间间隔越小越好，对水泥净浆初凝和终凝时间进行对比，得出最方案为A₁B₄C₃D₄。

2.3混合早强剂.掺聚羧酸和缓凝剂的水泥砂浆3天和7天强度的影响

掺混合早强剂的水泥砂浆试块的强度如表7。

对水泥砂浆试块3d抗压强度正交分析见表8。

对于综合早强剂，要求抗压强度越高越好。因子影响指标的主次顺序从△R值中可以看出：(主)甲酸→三乙醇胺→硫氰酸钠→甲酸钠(次)，并且从表8可以看出最优方案是A₁B₅C₁D₁。

表9掺混合减水剂的水泥砂浆试块3天的抗折强度。

对于综合早强剂，要求抗折强度越高越好。因子影响指标的主次顺序从△R值中可以看出：(主)甲酸→三乙醇胺→硫氰酸钠→甲酸钠(次)，并且从表9可以看出最优方案是A₁B₅C₁D₂。

通过观察表8与表9，发现混合减水剂的掺入对水泥砂浆试块的抗压和抗折强度都有一定程度上的提高，在实际运用中主要考虑的是抗压强度^【2】，所以由3天的数据得出的方案是A₁B₅C₁D₁。

对水泥砂浆试块7抗压强度正交分析见表10。

对于综合早强剂，要求抗压强度越高越好。因子影响指标的主次顺序从△R值中可以看出：(主)甲酸→甲酸钠→三乙醇胺→硫氰酸钠 (次)，并且从表10以看出最优方案是A₃B₃C₄D_5.

表11混合早强剂的水泥砂浆试块7天的抗折强度。

对于综合早强剂，我们要求抗折强度越高越好。因子影响指标的主次顺序从△R值中可以看出：(主)三乙醇胺→硫氰酸钠→甲酸钠→甲酸 (次)，并且从表7中可以看出最优方案是A₃B₁C₂D₃。

通过观察表10和表11可以发现，由于混合减水剂的掺入，使得水泥砂浆试块的抗压强度有了显著的提高，抗折强度也有一定的提高，选取早强剂时，应优先选取抗压强度较高的，其实考虑抗折强度，最后综合评定的方案是A₃B₃C₄D₅。

三乙醇胺做为早强剂，这是因为三乙醇胺分子中含有N元素，含有未共用电子对，很容易以配价键同其他离子形成络离子，是一种较好的络合物。在碱性溶液中，它容易与铁离子、锰离子、铝离子等形成比较稳定得络离子，并且三乙醇胺能与水泥的水化产物形成复杂化合物，加速铝酸三钙与石膏形成钙矾石^【3】。

甲酸、甲酸钠做为早强剂，是因为在碱性溶液中与氢氧化钙反应，促进了硅酸三钙和硅酸二钙的水化，加快了钙矾石的产生，从而提高了使得早期强度提高^【4】。

本次主要考虑的是水泥砂浆试块的七天抗压强度，因此根据上面的表格确定的掺量为A₃B₃C₄D₅。

3 结论

3.1 掺入0.6%甲酸、0.8%甲酸钠、0.05%三乙醇胺、0.03%硫氰酸钠时，水泥净浆的流动度损失较小。

3.2 掺入0.2%甲酸、0.8%甲酸钠、0.15%三乙醇胺、0.04%硫氰酸钠时，水泥净浆的凝结时间较好。

3.3 掺入0.6%甲酸、0.6%甲酸钠、0.2%三乙醇胺、0.06%硫氰酸钠时，水泥砂浆具有较高的强度。

3.4 综上，选取0.4%的甲酸、0.8%的甲酸钠、0.15%的三乙醇胺和0.05%的硫氰酸钠最为复合早强剂与聚羧酸和六偏磷酸钠复配时，水泥砂浆和水泥净浆具有优异的性能。