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)時損失等特點。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水泥水化及混凝土性能的影響。
1 實驗
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，加入少量的對苯二酚、對甲苯磺酸進(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)一段時間后取出中和，測定合成減水劑的固含量和凈漿流動度。以凈漿流動度作為合成減水劑產(chǎn)品的性能指標(biāo)。PEG300、400、600、800、1000對應(yīng)的大分子單體分別為PEA6、PFA9、PEAB、PEA18、PEA23，對應(yīng)的減水劑代號分別為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 水泥水化性能測試
用水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度與凝結(jié)時間測定儀測試水泥凈漿初終凝時間。實驗按GB一1346—77進(jìn)行。采用自制的水泥水化溫度測定體系，測定了摻加不同量XYZ18減水劑時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定儀測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，測定不同減水劑不同摻量時的減水率。裝入100rnm *100rnm*100mm助試模中，測定不同齡期的抗壓強(qiáng)度。
2 結(jié)果與討論
2。1 XYZ系列減水劑對凈漿水泥凝結(jié)時間的影響 采用42.5#水泥測定了不同摻量減水劑對水泥凈漿凝結(jié)時間的影響，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)時間延長，且初、終凝時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，初凝延緩80 min，終凝延緩194 min，這在工程上使用時是合適的。
2。2 聚羧酸系減水劑對水泥水化放熱的影響
 從圖1可見，摻加XYZ18減水劑后，體系溫度隨水化時間的變化趨勢與空白時相同，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)的時間推遲，最高溫度數(shù)值減小，摻加0.5%XYZ18減水劑時，體系最高溫度比空白時降低8.6℃，出現(xiàn)的時間推遲17h，可見摻加XYZ系列減水劑能夠顯著延緩水泥水化的放熱，主對減少混凝土的溫度裂縫十分有效。
2。3 聚羧酸系減水劑對硬化水泥微觀結(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粗壯，填充滿水泥石中的孔隙并向外生長，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 聚羧酸系減水劑對硬化水泥孔隙結(jié)構(gòu)的影響
實驗測定了摻加0.3%XYZ18減水劑的水泥漿體硬化3 d、28 d時的孔徑分布，結(jié)果見圖3（a）、（b）、（c）、（d）所示。測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齡期時大了0.0235 crn3／g，而到28 d時則只大了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。這是因為在最初階段形成的水化產(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，形成纖維狀晶體，末端尖細(xì)而有岔，在水泥粒子周圍生長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，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。可以推斷，聚羧酸系減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，晶體生長更加完善，使后期強(qiáng)度有較大增長。
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，測得坍落度值為基準(zhǔn)水泥坍落度，測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，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)整后本實驗按水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系列減水劑對水泥的適應(yīng)性分析
為了考察XYZ系列減水劑對不同水泥的相容性，分別采用32.5#（福建水泥廠）和42.5#（臺江水泥廠，山溪牌）普通硅酸鹽水泥測定的XYZ18減水劑的凈漿水泥流動度及流動度損失、凝結(jié)時間、減水率如表4所示。
 由表4可見，船z系列減水劑對不同生產(chǎn)廠家不同牌號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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