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1、 2012年第01期 Beton Chinese Edition Ready-mixed Concrete 研究探索 商品混凝土 31 聚羧酸系减水剂 （PC）是一类分子中含羧基接枝共聚物 的表面活性剂，其分子结构呈梳形，有较高的空间位阻效应 1， 具有减水率低、 坍落度经时损失小、 对凝结时间影响小等特点， 在高性能混凝土的施工中得到极大的应用。然而，价格高、拌 合水量、砂石材料的敏感性等因素，制约了聚羧酸减水剂在量 大面广的普通商品混凝土中的应用。如何通过将聚羧酸外加剂 与其他种类减水剂复合，提高聚羧酸外加剂的性价比优势，成 为混凝土外加剂研究者工作的重点。 为了适应不同工程技术要求，往往
2、会将不同品种的减水剂 进行复配，既可以降低产品成本、又可以扩充产品种类、形成 系列化产品。麻秀星 2、邓少霞3、胡延燕4、孙振平5 等研 究者对聚羧酸与其他减水剂的复合应用做过大量的研究，认为 聚羧酸外加剂与脂肪族类、木质素类减水剂有较好的复合效 果，而对于改性木质素磺酸钠的复合应用却未有报道。改性木 质素磺酸钠 （MLS）是木质素减水剂基础上经氧化、还原反应 进行改性，以改善其减水率和增强效果，属于一类新型外加剂 产品 6。 本文将通过试验探讨聚羧酸减水剂与改性木质素磺酸钠 减水剂复配使用的可能性，并对其分子结构进行分析，其结果 对混凝土外加剂开发研究和工程应用者都有一定的指导意义和 应用意
3、义。 1 原材料及试验方法 1.1 原材料 聚羧酸减水剂与改性木质素磺酸钠复配应用研究 兰自栋 （福建科之杰新材料有限公司，福建 厦门 361004) 摘要 本文对聚羧酸减水剂与改性木质素磺酸钠复配进行研究，考察复配后的产品对砂浆、混凝土工作性的影响，并对其分子 结构进行分析。结果表明，聚羧酸减水剂与改性木质素磺酸钠具有良好的相溶性，当改性木质素磺酸钠在低掺量复合聚羧酸减 水剂时，对混凝土具有一定的保坍性能，存在复合掺加使用的可能性。 关键字 聚羧酸减水剂； 改性木质素磺酸钠； 相溶性； 坍落度 Reasearch on polycarboxylates water-reducing admi
4、xture combined with modifi ed lignosulfonate Lan Zidong (Fujian Ke Zhijie new materials Co. LTD, Xiamen 361004) Abstract: The effect of combined use of the polycarboxylate based plasticizer (PC) with modifi ed lignosulphate (MLS) on the mortar, concrete workability was experimentally investigated. A
5、nd their molecular structure was discussed. The results indicate that the PC and MLS has good compatibility; regarding the effi ciency of combination, PC can be added together with MLS, when the low dosage of MLS. It does effectual to the plasticizing ability and slump retention ability of concrete.
6、 Key words: Polycarboxylate Based Plasticizer (PC); Modifi ed Lignosulphate (MLS); Intermiscibility; Slump （1）水泥： 华润牌 PO42.5 水泥。 （2）细骨料 ： 河砂，细度模数为 2.7。 （3）粗骨料 ： 531.5mm 连续级配的碎石。 （4）拌合水： 自来水。 （5）减水剂： 聚羧酸系减水剂 （PC） ，液体，浓度为 20%。 改性木质素磺酸钠 （MLS）减水剂，液体，浓度为 45%。 1.2 试验方法 水泥砂浆流动度的测试参照 GB/T 8077-2000混凝土外 加剂匀质
7、性试验方法进行。混凝土试验采用 C30 混凝土配 合比，具体材料用量如表 1 所示。混凝土坍落度保持性的测试 参照 GB 473-2001 混凝土泵送剂规定的方法进行。混凝土 应用试验、抗压强度及含气量相关测试参照 GB/T50081-2002 普通混凝土力学性能试验方法标准及 GB/T 50080普通混 凝土拌合物性能试验方法标准进行。 表1 C30 混凝土配合比 kg/m 3 等级水泥砂石水 C302807851041170 1.3 红外光谱测试 采用液膜法，将聚羧酸超塑化剂在溴化钾晶片上涂上薄薄 一层，在红外灯下烘干，由 Nicolet Avator 360 傅立叶红外光谱 仪进行测定。
8、分辨率 4cm-1，MCT-B 检测器。 2 试验结果与分析 研究探索 Beton Chinese Edition Ready-mixed Concrete 2012年第01期 商品混凝土 32 2.1 PC与MLS的相溶性 将 PC（浓度为 20%）与 MLS（浓度为 20%）按 1： 1 （质 量比）的比例在透明塑料杯中混合，摇匀，加盖，静置一段时 间后，观察各混合液体有无分层或沉淀现象发生，以此判断 PC 与 MLS 溶液的相溶性。 表 2 PC 与 MLS 相溶性试验结果 减水剂类别试验周期 PCMLS1d7d30d 100g100g无分层、无沉淀无分层、无沉淀无分层、无沉淀 由表 2
9、 试验结果可知： PC 与 MLS 溶液的相溶性良好，没 有出现分层或沉淀现象。2 种外加剂复配后以液体形式供应使 用的首要条件是互溶。从以上试验结果看来，暂不考虑复配后 在实际工程中的使用效果，PC 与 MLS 溶液存在复配使用的可 能性。 2.2 PC与MLS复配对砂浆流动性的影响 当单独掺加 PC （溶度为 20%）时， 其最佳掺量为 0.5% （外 加剂固体质量占胶凝材料的质量百分比，下同） 。为考察 PC 与 MLS 溶液复合掺加使用的效果，本文将外加剂掺量固定为 0.5%，而 MLS 减水剂 （浓度为 45%）按等量替换部分聚羧酸 减水剂，其比例选取为1.0%、3.0%、5.0%、
10、10%、15%，考虑 到改性木质素磺酸钠与聚羧酸减水剂的减水效果相差性，故 替换量比例不宜过大。通过复配后的溶液可见，当 MLS 减水 剂掺量超过 3.0% 时， 减水剂颜色变化较大， 从浅黄色到深棕色， 并且已有明显的木质素类减水剂气味。试验方案及试验结果见 表 3。图1为 PC 与 MLS 复配后对砂浆流动性的影响。 表 3 PC 与 MLS 复合在砂浆试验中的应用效果 编号PC（%）MLS（%） 砂浆流动度（mm） 初始60min 11000220160 2991220165 3973250170 4955211155 59010210145 68515200140 备注 ： 水泥用量
11、280g，粉煤灰 74g，河砂 785g，水 170g，掺量 0.5%。 由图1可以看出，聚羧酸与 MLS 复配在小于 3% 时的替换 比例时，砂浆试验的初始流动度有所改善，但随着 MLS 的替 换量增加有所降低，呈现先增大后减小的趋势。因此，当 MLS 的替换比例小于 3% 时，MLS 并未影响聚羧酸减水剂的塑化效 果，反而有一定的促进作用。砂浆试验结果表明，两者之间存 在复配的可能性。 2.3 PC与MLS复配对混凝土性能的影响 为了进一步验证砂浆试验结果，对复配后的样品进行混 凝土应用试验。考虑 MLS 与 PC 减水剂的减水效果相异性， 故混凝土试验过程中采用相同用水量，改变减水剂掺量
12、进行， 确保混凝土坍落度保持在 21010mm，测试结果见表 4。 由表 4 可见，对于不掺入 MLS 的混凝土，60min 时其 坍落度由初始值 210mm 降低为 180mm，其坍落度损失率为 14.3%。当掺入 1% 的 MLS 时，其混凝土坍落度损失率与不掺 时相同，同为14.3%。当掺入 3% 的 MLS 时，其混凝土具有较 好的坍落度保持性，其坍落度损失率仅为 4.8%。继续增大替 换比例，MLS 用量超过 5% 时，其混凝土坍落度损失率与不掺 入相比开始下降。说明，在低掺入量时，改性木质素磺酸钠与 聚羧酸复配能收到叠加的塑化效果，这与砂浆试验结果相符， 另外，其混凝土坍落度保持性
13、也得到了较大改善。 对于预拌泵送混凝土来说，其最重要的技术指标就是混 凝土在塑性阶段的坍落度保持性。利用 MLS 与 PC 减水剂相 复配可以一定程度上解决单掺 PC 减水剂时引起混凝土坍落度 损失快的难题，这一点具有非常重要的实际意义。但是，在实 际工程应用中还得进一步试验验证。 与此同时， 从混凝土强度方面可见， 当掺入 MLS 的量为 3% 时， 28d 强度为 46.7MPa， 达到最高值。当 MLS 掺入量超过 3% 时，混凝土 28d 强度开始下降。这表明，掺入改性木质素磺酸 钠的用量不应过高，低于 3% 较为合适。 2.4 分子结构与作用机理分析 改性木质素磺酸钠是由木质素磺酸钠
14、经氧化、还原反应 制备的一种新型减水剂，其分子结构主要还是由羟基和磺酸基 组成，如图 2 所示。 由图 2 可以看出，3425cm-1、1140cm-1附近伸缩振动吸 收峰值较强，分别对应的基团为羟基和磺酸基 ； 其余的伸缩 振动吸收峰值较小，如 2920cm-1附近为甲基和亚甲基，1610 1500cm-1附近则为芳香环。此外，图中还存在甲基和亚甲基的 弯曲振动吸收峰（1460 cm-1附近） 。值得注意的是，改性木质 素磺酸钠红外图谱中还出现了明显的羧基特征峰： 吸收波数 1728.76cm-1处为羧基中 C=O 的伸缩振动； 吸收波数 3000cm-1 图1 PC 与 MLS 复配后对砂
15、浆流动性的影响 表 4 PC 与 MLS 复配在混凝土试验中的应用效果 编 号 PC （%） MLS （%） 外加剂掺 量（%） 坍落度（mm） 抗压强度（MPa） 备注 初始60min7d28d 110001.4021018031.545.9无泌水 29911.4021518532.946.4无泌水 39731.4221020032.546.7无泌水 49551.4720015031.744.9无泌水 590101.5020012032.344.3无泌水 685151.6821512031.839.4无泌水 2012年第01期 Beton Chinese Edition Ready-mixed Concrete 研究探索 商品混凝土 33 附近为羧基中 O-H 的伸缩振动； 吸收波数 1456.82cm-1处为羧 基中 C-O 的伸缩振动； 吸收波数 13201210cm-1处的强吸收 带为羧基中 O-H 的面内变形。 与改性木质素磺酸钠的红外特征谱图相比，聚羧酸系减 水剂分子中主要由 -COO-、-OH-、-O- 等基团组成，如图 3 所示。减水剂的分子结构特征不同，表现出对水泥颗粒分散作 用机制不同，在宏观上则表现为减水率的不同。 图 3 聚羧酸系
