XYZ高效減水劑的性能及應(yīng)用
2006-07-20 00:00
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關(guān)鍵詞：高效減水劑；減水率；坍落度損失
聚羧酸系減水劑是當(dāng)今混凝土高性能減水劑研究的前沿課題，該類減水劑具有低摻量、高減水率、抑制坍落度經(jīng)時(shí)損失等特點(diǎn)。目前在我國的研究尚處于起步階段，加強(qiáng)理論及應(yīng)用技術(shù)研究對(duì)開發(fā)超高強(qiáng)、超耐久性、大摻量粉煤灰、大摻量鋼渣、礦渣混凝土等具有重要的意義。本文介紹合成的新型多功能聚羧酸系減水劑及其對(duì)水泥水化及混凝土性能的影響。
1 實(shí)驗(yàn)
1。1 聚羧酸系減水劑的合成 1。1。1 聚乙二醇丙烯酸酯（PEA）大單體的制備 聚乙二醇（PEG）與丙烯酸甲酯（MA）以1：2～3（摩爾比）量直接加入反應(yīng)器中，加入少量的對(duì)苯二酚、對(duì)甲苯磺酸進(jìn)行反應(yīng)回流，0.5 h后邊反應(yīng)邊蒸出置換出的甲醇。反應(yīng)后減壓抽出多余的MA，即得PEA大單體。
1。1。2 XYZ系列減水劑的制備
稱取丙烯酸單體（AA）0.1 mol、PEA大單體0。05mol、丙烯酸一β 一羥乙酯0.1 mol混合后放入滴液漏斗中待用。使用水浴加熱，在三口瓶中加入100 mL的水、順酐0.08 mol、丙烯基磺酸鈉0.045 mol，通N2，升溫至60℃，加入適量過硫酸鉀、異丙醇，待KtX3溶解后，分別滴加上述混合單體和丙烯酰胺0.04 mol，滴完后繼續(xù)反應(yīng)3 h，升溫至80℃反應(yīng)一段時(shí)間后取出中和，測(cè)定合成減水劑的固含量和凈漿流動(dòng)度。以凈漿流動(dòng)度作為合成減水劑產(chǎn)品的性能指標(biāo)。PEG300、400、600、800、1000對(duì)應(yīng)的大分子單體分別為PEA6、PFA9、PEAB、PEA18、PEA23，對(duì)應(yīng)的減水劑代號(hào)分別為XYZ6、XYZ9、XYZI3、XYZI8、XYZ23、XYZ46：由PEC400：PE 600=1：1的大分子單體合成；XYZ38：由PEG300：PEG800=1 1的大單體合成。
1。2 水泥水化性能測(cè)試
用水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度與凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀測(cè)試水泥凈漿初終凝時(shí)間。實(shí)驗(yàn)按GB一1346—77進(jìn)行。采用自制的水泥水化溫度測(cè)定體系，測(cè)定了摻加不同量XYZ18減水劑時(shí)凈漿水泥水化過程體系的溫度變化。
1。3 水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征
采用標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量制備的水泥漿體塊，在（20±2） ℃于水中養(yǎng)護(hù)至要求齡期后，除去表皮，將中心部分碎成小塊，取較平整的部分在無水乙醇中浸泡中止水化。40℃下干燥至恒重，在高真空下鍍一層約5nm金膜，用掃描電鏡觀察掛片樣品表面的微觀金相情況，并拍攝照片。儀器：菲利普公司的ESEM，加速電壓為25Kv，測(cè)試最高倍數(shù)為5000倍。
取部分小塊在無水乙醇中磨細(xì)，用無水乙醇、丙酮洗滌、過濾，40℃下干燥至恒重，準(zhǔn)確稱取部分樣品用比表面積及孔徑分布測(cè)定儀測(cè)試孔隙率及孔徑分布。
1。4 摻減水劑混凝土的性能
稱取42.5#水泥2.86 kg、中砂6.84 kg、最大粒徑不大于40 mm的石子12.7kg ，調(diào)整混凝土的用水量，使空白基準(zhǔn)混凝土的坍落度控制在60一80 mm范圍內(nèi)。減水劑摻量按固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)分取，測(cè)定不同減水劑不同摻量時(shí)的減水率。裝入100rnm *100rnm*100mm助試模中，測(cè)定不同齡期的抗壓強(qiáng)度。
2 結(jié)果與討論
2。1 XYZ系列減水劑對(duì)凈漿水泥凝結(jié)時(shí)間的影響 采用42.5#水泥測(cè)定了不同摻量減水劑對(duì)水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響，結(jié)果如表1。
 從表1可見，與空白比較，摻加皿z減水劑的水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，且初、終凝時(shí)間隨其摻量的增加而延遲。說明XYZ系列減水劑具有緩凝特性，延遲了水泥的水化作用。減水荊摻量為0.3%時(shí)，初凝延緩80 min，終凝延緩194 min，這在工程上使用時(shí)是合適的。
2。2 聚羧酸系減水劑對(duì)水泥水化放熱的影響
 從圖1可見，摻加XYZ18減水劑后，體系溫度隨水化時(shí)間的變化趨勢(shì)與空白時(shí)相同，但隨減水劑摻量增加，體系溫度升高的速度減慢，溫峰出現(xiàn)的時(shí)間推遲，最高溫度數(shù)值減小，摻加0.5%XYZ18減水劑時(shí)，體系最高溫度比空白時(shí)降低8.6℃，出現(xiàn)的時(shí)間推遲17h，可見摻加XYZ系列減水劑能夠顯著延緩水泥水化的放熱，主對(duì)減少混凝土的溫度裂縫十分有效。
2。3 聚羧酸系減水劑對(duì)硬化水泥微觀結(jié)構(gòu)的影響
 從圖2（a）、（b）、（c）、（d）中可見，摻加XYZ18減水劑的水泥凈漿硬化7 d后在熟料顆粒表面生成的鈣礬石晶形較小，主要呈放射針狀和纖維狀，但基本充滿熟料礦物間的孔隙。大量微小晶體生長(zhǎng)并減小了孔隙、改善了孔分布能使7 d水泥石強(qiáng)度大大提高。在摻加減水劑的28 d齡期硬化水泥的SEN照片上，鈣礬石的柱狀晶體生長(zhǎng)粗壯，填充滿水泥石中的孔隙并向外生長(zhǎng)，CSH凝膠在鈣礬石周圍大量聯(lián)結(jié)鋪展。因此，摻加XYZ18一方面可使水泥早期微小晶體大量生長(zhǎng)并填充孔隙，氣孔細(xì)化且分布更加合理。另一方面可使水泥漿體的后期水化更充分，水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)更緊密更有力量，能大幅度提高水泥石的后期強(qiáng)度。
2。4 聚羧酸系減水劑對(duì)硬化水泥孔隙結(jié)構(gòu)的影響
實(shí)驗(yàn)測(cè)定了摻加0.3%XYZ18減水劑的水泥漿體硬化3 d、28 d時(shí)的孔徑分布，結(jié)果見圖3（a）、（b）、（c）、（d）所示。測(cè)定的樣品的比表面積和總孔隙容積如表2所示。
  從圖3可見，與空白樣相比，3 d及28 d齡期時(shí)摻加減水劑的水泥漿體中大于80 Å的氣孔比例較少 ，而小于80 Å的氣孔增加。但大于200Å的氣孔幾乎沒有。這表明，XYZ18減水劑的摻加能使硬化水泥石中氣孔的孔徑減小，增加小孔數(shù)量，使孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化，分布更加合理。
從表2可見，摻加XYZ18的硬化水泥BET比表面積和總孔隙容積都比空白的大，3 d齡期時(shí)大了0.0235 crn3／g，而到28 d時(shí)則只大了0.0089 cm3／g。說明減水劑的加入使3d齡期水泥微孔數(shù)量增多，水化產(chǎn)物增多。這是因?yàn)樵谧畛蹼A段形成的水化產(chǎn)物主要是發(fā)育不夠好的微晶凝聚體，繼續(xù)水化使這些尺寸很小的微晶呈輻射狀向外生長(zhǎng)，形成纖維狀晶體，末端尖細(xì)而有岔，在水泥粒子周圍生長(zhǎng)形成了許多大小不等的孔隙。小于500Å的孔屬于以凝膠為主的水化產(chǎn)物內(nèi)部的微孔，其數(shù)量多少可以反映出凝膠數(shù)量的多少。凝膠數(shù)量多，水化產(chǎn)物多，水泥石強(qiáng)度高。繼續(xù)水化使纖維狀晶體再向外伸長(zhǎng)，使水泥粒子相互搭接而形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得28 d齡期的BET 比表面積和總孔隙容積與空白樣品的基本接近?？梢酝茢啵埕人嵯禍p水劑的加入不僅使早期硬化水泥的水化產(chǎn)物更多，強(qiáng)度更高，而且使水泥的后期水化更加充分，晶體生長(zhǎng)更加完善，使后期強(qiáng)度有較大增長(zhǎng)。
2。5 混凝土的減水率、坍落度及坍落度損失
經(jīng)過和易性調(diào)整后按水泥、水、砂、石分別為2.86 kg、1515 ml、6.84 kg和12.7 kg，骨料最大粒徑不大于40mm水灰比w／c=0.53拌和混凝土，測(cè)得坍落度值為基準(zhǔn)水泥坍落度，測(cè)定摻加不同用量減水劑的減水率如表3所示。
 從表3可以看出，減水劑摻量小于0.3%時(shí)，隨著XYZ系列減水劑摻量的增加，混凝土減水率增大，當(dāng)摻量為0.3%時(shí)達(dá)到最大值，繼續(xù)加大減水劑摻量，各減水劑的減水率變化不明顯?？梢姷蛽搅康腦YZ系列減水劑便具有較高的減水率。這是由其特有的梳形結(jié)構(gòu)決定的。
聚羧酸系減水劑XYZ18和萘系減水劑FDN以相近減水率的摻量配制相同配合比的大流動(dòng)性混凝土，結(jié)果如圖4所示。從圖4可見，摻XYZ18的混凝土坍落度保持性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萘系減水劑的。這是由于聚羧酸系減水劑的梳形結(jié)構(gòu)的電斥力和空間位阻雙重作用，使水泥分散體系的穩(wěn)定性增強(qiáng)，使水泥的凝結(jié)硬化被延緩。
 2。6 混凝土的抗壓強(qiáng)度
在測(cè)定了混凝土的坍落度和減水率的基礎(chǔ)上進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度的測(cè)試，采用10 cm×10 cm×10 cm試模制作試件，骨料最大粒徑不大于30mm，經(jīng)和易性調(diào)整后本實(shí)驗(yàn)按水1865 ml、水泥3.53kg 、砂6.84 kg和石子12.7kg ，w／c=0.53配比拌和混凝土。測(cè)試了混凝土3d、7d、14d和28d的抗壓強(qiáng)度如圖5。
從圖5可以看出，摻入0.3%的減水劑的混凝土與空白樣相比，各齡期抗壓強(qiáng)度都有較大提高。這與上述硬化水泥的微觀分析結(jié)果一致。
 2。7 XYZ系列減水劑對(duì)水泥的適應(yīng)性分析
為了考察XYZ系列減水劑對(duì)不同水泥的相容性，分別采用32.5#（福建水泥廠）和42.5#（臺(tái)江水泥廠，山溪牌）普通硅酸鹽水泥測(cè)定的XYZ18減水劑的凈漿水泥流動(dòng)度及流動(dòng)度損失、凝結(jié)時(shí)間、減水率如表4所示。
 由表4可見，船z系列減水劑對(duì)不同生產(chǎn)廠家不同牌號(hào)的水泥有較好的適應(yīng)性
3 結(jié)論
（1）XYZ系列減水劑具有緩凝特性，能夠顯著延緩水泥水化的放熱，這對(duì)減少混凝土的溫度裂縫十分有效。
（2）摻加XYZ減水劑一方面可使水泥早期微小晶體大量生長(zhǎng)并填充孔隙，氣孔細(xì)化且分布更加合理。另一方面可使水泥漿體的后期水化更充分，水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)更緊密更有力量，能大幅度提高水泥石的后期強(qiáng)度。
（3）XYZ聚羧酸系減水劑的減水率達(dá)25%，使混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度都有較大提高。 |
| 原作者： 蘇志忠 黃雪紅 林明穗 |
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