聚羧酸盐高性能减水剂性能试验研究

一、LEX—9聚羧酸盐减水剂在混凝土中的应用

   课题组合成的聚羧酸盐聚合物经稍加调整即成为基本的LEX—9高性能减水剂，它同时满足我国“混凝土外加剂”标准（GB8076—1997）中高效减水剂（一等品）和行业标准“混凝土泵送剂”（JC473-2001）泵送剂（一等品）的各项指标。

     本报告在评价LEX—9品质并与日本SP—8N、HP—11等比较时，采用了GB8076-1997、JC473-2001和日本混凝土高性能AE减水剂标准JISA6204—1995。

  1、水泥净浆流动度

按照“混凝土外加剂匀质性试验方法”（GB/T8077-87）中净浆流动度试验方法，将LEX—9与SP—8N、HP—11和萘系高效减水剂比较，结果见表—1。

表—1. 水泥净浆流动度试验结果

 *试验采用江南小野田Ⅰ型波特兰水泥

**液体减水剂按其浓度扣除水份

2、混凝土减水率

   总所周知，减水剂在不同配合比和不同坍落度的混凝土中减水率不尽一致，以下，采用不同的标准方法和标准规定配合比来判别LEX—9的减水率。表—2—表—4是LEX—9在常用经济掺量下的减水率。

表—2.  按GB8076—1997方法测定的减水率

表—3. 按JC473-2001建议配比测定的减水率*

 *按标准规定，以等水灰比下，掺外加剂混凝土的坍落度增加值为判别依据，但掺LEX-9

  混凝土，在等水灰比情况下，因用水量过大而无法配制混凝土，因此，采用标准建议配

  比，使基准与受检混凝土达到同样坍落度情况下，测定其减水率。

表—4.按日本JISA6204-1995方法比测定的减水率

从以上数据可以看出，甲以上三种标准方法和建议配比，LEX—9在常用经济掺量下的减水剂平均超过25%，稍高于同掺量的SP—8N和HP—11。

用LEX—9来配制高流动性自密实混凝土的时候，掺有LEX—9的混凝土有明显的“自流”趋势，物料的扩展度很大，减水率显得更高，甚至超过35%。。

表—5.在高流动性混凝土中的减水率

3、流动度损失

    坍落度损失少是聚羧酸盐类高性能减水剂最重要的特征。

 a、常温下的坍落度损失

按照JC473-2001和JISA6204-1995建议的混凝土配合比，在20℃左右室温条件下的坍落度损失试验，结果见表—6。

表—6. 常温条件下坍落度损失

以上数据表明了LEX-9具有明显的坍落度保持作用，完全符合泵送剂标准规定的坍落度保留值（一等品）30分钟150mm和60分钟120mm的规定以及日本“高性能AE减水剂”标准规定的1小时损失不大于60mm的规定。同时，也可以看出，掺量增加，有利于流动度的保持。

 b、在非常温条件下的坍落度损失

与绝大都数表面活性剂一样，温度越高，稳定性越差。试验表明，在高于室温条件下，低掺量的混凝土坍落度损失略有增大，但是当LEX-9掺量超过1%后，2小时内仍几乎无损失。表—7是在模拟夏季高温条件下的坍落度损失试验。

表—7 .模拟夏季高温条件下的坍落度损失

 c、在不同水泥品种的混凝土中坍落度损失

水泥的矿物组成、细度和掺合料等均可能对减水剂的作用变化，课题组在研制过程中也曾发现过有些聚合物的水泥适应性特差而不能使用。LEX—9却有较广泛的适应性。

表—8.不同水泥中的坍落度损失

表—8数据表明LEX—9在几种典型水泥中均能满足泵送剂标准和日本标准的规定，在425#矿渣水泥中稍显逊色。

4、LEX—9对混凝土强度贡献

LEX—9具有很高的减水作用，因此，对混凝土强度有很大贡献。按照GB8076—1997和JISA6204—1995二种标准方法，分别用SP—8N进口产品作对比，经过十余次试验，统计比较结果列于以下表格。

  表—9. 按JISA6240—1995方法的强度统计*

表—10.按GB8076-1997方法的强度统计*

*部分龄期试验次数不到“试验次数”列中的次数。

5、LEX—9在混凝土中掺量

   LEX—9是以聚羧酸盐为主要成分的水溶液，百分浓度20%左右，正常掺量为0.5-1.5%。按固体含量计，LEX—9的掺量比木质素磺酸钙更少,相当萘系掺量的1/5左右。日本SP-8N等产品掺量与之相仿。表—12是按照JC473-2001泵送剂标准建议配比作的掺量试验，表中数据为二次试验的平均值。

表—12掺量试验

   当LEX-9H掺量仅为0.3%时，就具有12%的减水率和23%的强度增长，超过目前市场上普通型泵送剂（一等品）的效果，掺量为0.5%时性能已超过一般萘系和嘧胺类高效减水剂的水平。当掺量小于0.7%时，坍落度保持能力有所降低，但仍强于木钙和萘系减水剂。

掺量达到1.2%以后，LEX-9的减水剂作用增幅趋缓，强度不再增加，但坍落度保持更趋稳定，因此，建议LEX-9的常规经济掺量为0.3-1.2%，配制高标号混凝土，大掺量粉煤灰（或矿渣粉）混凝土和有特殊要求的混凝土时，掺量可放大至1.5或1.5以上，但一般不宜超过2.5%。实验表明，LEX-9掺量放大至5%时，混凝土也不产生严重粘聚和骨料一浆体分离现象，减水率仍有上升，但含气量增加，凝结延缓，强度有所下降。

6、凝结时间

   LEX-9H在混凝土中因形成在水泥颗粒表面的立体隔离层，因而对凝结硬化有一定延缓作用。

     表—13凝结时间测试结果*

     *试验采用海螺525PO水泥。

以上数据说明，LEX-9确有一定缓凝作用，并随掺量增大而更明显。

7、引气性

   LEX-9在正常掺量下，用于混凝土，并不明显引气，引气性指标均符合各种标准，掺量增加使引气量有上升趋势。表—14是把一些实验数据进行归纳统计的结果。

表—14 混凝土含气量试验*

*含气量试验采用GB8076-1997和JISA6204-1995建议混凝土配比，试验仪器为英国进口。

8、水泥适应性

   为了考证LEX-9对各种水泥的适应性，选择了四种市场常见的PⅠ、PⅡ、PO和矿渣水泥进行试验。试验按JC473-2001标准方法进行。基准混凝土坍落度控制在80-100mm范围中，掺LEX-9的混凝土，坍落度控制210±20mm，而用水量比基准混凝土有所减少。

表—15 水泥适应性

以上数据表明，LEX-9对各种典型水泥均有很好适应性，强度超过了JC473-2001中一等品技术指标。相比之下，在425#矿渣水泥中效果稍逊于各种525#水泥。

9、LEX-9对掺合材料的适应性

   上海地区几乎所有的预拌混凝土都掺有粉煤灰和矿渣粉，LEX-9在含掺合材料的混凝土中同样表现出很高的减水率和强度增长作用。

表-16. LEX-9对掺合材料适应性

*掺合材料如下：

 FA-低钙灰石洞口，符合Ⅱ级灰指标

 FC-高钙灰，石洞口电厂，符合Ⅰ级灰指标

 FK-矿渣粉、宝力建出品，符合S95级指标

   从表—16数据可以看出，在用Ⅱ级低钙灰、Ⅰ级高钙灰以及两者混合灰等量代替30%水泥时，混凝土各龄期强度等高于基准，用30%矿渣粉和20%高钙灰等量取代50%水泥后，除1天强度稍低外，其余各龄期强度也高于基准混凝土。根据这个规律，可以用LEX-9来配制的水泥用量很低的混凝土，如J-101组试验，仅用195kg/m³水泥，就配制出强度超过45MPa的高流动性混凝土。

10、掺LEX-9混凝土的其它物理性能和力学性能

由于LEX-9大幅度减少了用水量，因而，无疑会改善混凝土的一系列物理力学性能，表-17、表-19，反映了掺LEX-9的混凝土性能优越。

表-17 力学特征试验

表-18 收缩试验

表-19 耐久性试验*

*混凝土配比同表-17、-18中编号LE60。

   以上数据显示了，由于掺加LEX-9，混凝土水泥用量很少而强度很高，用水量低而材料微密，因而，呈现出弹性模量较高，抗（水、气）渗透性好和收缩减少等优点。

   由于LEX-9的cl^-含量、碱含量等都低于萘系减水剂，因此，掺LEX-9的钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土的耐久性更好，对体积安定性也有利。

11、用LEX-9配制高强混凝土

由于LEX-9具有很高的减水作用和坍落度保持作用，能用以配制流动性很好的高强和超高强混凝土。以下举几个列子。

表—20 用LEX-9配制高强混凝土范例

*配合比中水泥—海螺525#PO（R）水泥

 砂—长江砂、细度模数2.5

 石—5-25mm碎石（浙江湖州）

 掺合料—掺合料为粉煤灰、矿渣粉或两者混合物，不含硅粉。

   从表-20例子看，用LEX-9H配制的高强混凝土有以下特点：

a、         水泥用量很低，即使加上掺合料，胶凝材料总量也很低。

b、         减水剂用量少，一般情况下，用萘系复合减水剂，掺量（折干）约为胶凝材料总量的1%以上，而LEX-9（折干）仅用0.2-0.3%。

c、         由于以上特点，用LEX-9配制的高强混凝土浆体过粘，与粗骨料分离的现象有所减少，在混凝土硬化后收缩值相对较少。

二、经济技术分析

LEX-9是石油制品为原料经接枝共聚而成，其材料和生产成本较高，不可能指望其单价低于目前市场上的老产品。但是，由于减水剂仅仅占混凝土生产成本的2-5%，如果在试配中，充分发挥LEX-9的高减水作用和坍落度保持作用，合理降低水泥用量，就可以弥补因外加剂价格高带来的差价。在配制高标号混凝土时，由于掺LEX-9的混凝土水泥用量很少，无疑将带来效益。

为了分析掺LEX-9的混凝土和传统混凝土的成本，收集了一些拌站的基本配比，与达到等强度的掺LEX—9混凝土配比进行比较，粗细骨料略有变动的造价差异暂排除不计，分析结果如下，表中水泥单价315元/吨，粉煤灰80元/吨，LEX-9单价9000元/吨。

表-21. 掺LEX-9混凝土成本分析

     可见，在C20混凝土和C30混凝土中，如不采取特殊措施，掺LEX-9的造价高于通常混凝土；在C40混凝土中，掺LEX-9可以降低成本1.77元/m³，配制C40以上混凝土时，掺LEX-9的效益更大。

    值得强调，由掺LEX-9，混凝土水泥用量和水灰比明显减少，由此，使混凝土更加致密，混凝土的各种力学性能，耐久性能和变形性能明显改善。由于水泥用量减少，可以节省能耗，减少对环境的污染。因此，LEX-9的研制成功，将有力促进绿色高性能混凝土的发展，为我国可持续发展作出贡献。

三、结论

   1、LEX-9减水剂的各项性能指标均优于国家和行业有关高效减水剂和泵送剂标准（一等品）的指标值。其主要性能达到和超过日本同类产品（SP-8N，HP-11）的水平。

   2、LEX-9具有很高的减水剂效果，实测最高减水率超过35%，能大幅度降低混凝土的水灰比，从而提高混凝土的强度和其它性能，特别能改善混凝土的可易性、耐久性和收缩变形。是配制高性能混凝土和高强、超高强混凝土的优选材料。

   3、LEX-9能在水泥颗粒表面形成稳定的立体保护层，使混凝土流动性持久保持，尤其在掺量为1.0%以上时，2小时内几乎无坍落度损失。从本质上能解决了困挠预拌混凝土的坍落度损失问题。LEX-9对各种水泥适应性好，安全掺量范围大，能广泛应用于商品混凝土。

   4、预测LEX-9的售价不足进口同类产品的1/2。用于高标号混凝土可以降低生产成本，用于中等强度混凝土时，只要合理调整配比，充分发挥LEX-9的作用，有可能做到不增加混凝土成本。