混凝土減水劑的性能特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院:孫振平 · 2007-11-07 00:00 留言

  在所有混凝土外加劑產(chǎn)品中,減水劑是目前研究和使用最廣泛的一種。摻加減水劑可以改善混凝土拌合物的流動(dòng)性,易于施工,并可實(shí)現(xiàn)高難度的施工工藝,如高程泵送、自密實(shí)、自流平等;在保持坍落度不變的情況下,可減少用水量,提高強(qiáng)度(可配制C6~C100以上混凝土),改善耐久性;在保持坍落度和設(shè)計(jì)強(qiáng)度不變的情況下,則可節(jié)約水泥用量(10%~25%),有利于節(jié)能、降耗和環(huán)保。

  一、混凝土減水劑的分類和主要品種按照《GB8076-1997混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)減水劑分為普通減水劑和高效減水劑兩類。

  1.普通減水劑所謂普通減水劑,是指減水率不小于5%,3天、7天抗壓強(qiáng)度比為10%以上,28天抗壓強(qiáng)度比為5%以上的減水劑。

  我國(guó)普通減水劑品種主要有木質(zhì)素磺酸鹽(木鈣、木鈉、木鎂、木銨、木鉀等)、糖鈣和糖蜜等。

  2.高效減水劑所謂高效減水劑,是指能大幅度減少用水量和提高新拌混凝土的和易性的外加劑。標(biāo)準(zhǔn)要求其減水率必須不小于10%,1天、3天、7天、28天抗壓強(qiáng)度比必須分別在130%、120%、115%和110%以上。

  我國(guó)高效減水劑品種主要有萘磺酸鹽甲醛縮合物(萘系)、磺化三聚氰胺甲醛縮合物(三聚氰胺系)、氨基磺酸鹽系、脂肪族系和聚羧酸鹽系減水劑等。

  二、混凝土減水劑的特點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

  1.木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑是世界上使用最早的減水劑品種,已有70年的歷史。它的減水率相對(duì)較低(5%~12%),具有一定緩凝性,對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度提高的幅度較小,一般僅用于強(qiáng)度等級(jí)為C35以下的混凝土。在大體積混凝土中,木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑的應(yīng)用也較廣泛。木質(zhì)素磺酸鹽摻量大時(shí)混凝土含氣量高,緩凝性強(qiáng),對(duì)強(qiáng)度有嚴(yán)重的負(fù)面影響。另外,這類減水劑與調(diào)凝組分為硬石膏的水泥不適應(yīng)。

  由于目前混凝土追求大流動(dòng)性、高強(qiáng)和高耐久性,一定程度上影響了木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑的使用,但由于它的原材料來(lái)源廣泛,價(jià)格便宜,仍占據(jù)著較大的市場(chǎng)。將木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑與萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸鹽系,甚至聚羧酸鹽系等高效減水劑復(fù)配使用,也是相互補(bǔ)充的一種手段。

  2.萘系高效減水劑萘系高效減水劑根據(jù)其產(chǎn)品中Na2SO4含量的高低,可分為高濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量<3%)、中濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量3%~10%)和低濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量>10%)。目前大多數(shù)萘系高效減水劑合成廠都具備將Na2SO4含量控制在3%以下的能力,有些先進(jìn)企業(yè)甚至可將其控制在0.4%以下。

  萘系減水劑是我國(guó)目前生產(chǎn)量最大,使用最廣的高效減水劑(占減水劑用量的70%以上),其特點(diǎn)是減水率較高(15%~25%),不引氣,對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響小,與水泥適應(yīng)性相對(duì)較好,能與其他各種外加劑復(fù)合使用,價(jià)格也相對(duì)便宜。萘系減水劑常被用于配制大流動(dòng)性、高強(qiáng)、高性能混凝土。單純摻加萘系減水劑的混凝土坍落度損失較快。另外,萘系減水劑與某些水泥適應(yīng)性還需改善。目前,萘系高效減水劑由于原材料——工業(yè)萘供應(yīng)的緊張,價(jià)格浮動(dòng)較大。

  甲基萘、古馬隆屬于焦油的下游產(chǎn)品,這兩種原材料,以及蒽油,都可以替代工業(yè)萘用以合成高效減水劑,但此類高效減水劑在市場(chǎng)上并不多見(jiàn),經(jīng)常是在工業(yè)萘供貨十分緊張的情況下,有些工廠才生產(chǎn)。這些產(chǎn)品往往揮發(fā)成分較多,有刺激性氣味,緩凝較嚴(yán)重,引氣性大,減水、增強(qiáng)效果不如萘系高效減水劑,混凝土坍落度損失較嚴(yán)重,與水泥適應(yīng)性不佳。根據(jù)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì),幾種多環(huán)芳烴型高效減水劑的性能差異可以歸納為,減水率:萘系>古馬隆系>蒽系>甲基萘系>煤焦油混合系;引氣性:煤焦油混合系>甲基萘系>蒽系>古馬隆系>萘系;緩凝作用:煤焦油混合系>甲基萘系>蒽系>古馬隆系>萘系;混凝土坍落度損失:蒽系>甲基萘系>萘系>古馬隆系>煤焦油混合系。

  3.三聚氰胺系高效減水劑三聚氰胺系高效減水劑引氣性小,無(wú)緩凝作用,減水率與萘系高效減水劑相當(dāng),對(duì)混凝土增強(qiáng)效果較好,但摻這種減水劑的混凝土坍落度損失也較快。由于三聚氰胺系高效減水劑生產(chǎn)成本較高,性能上并沒(méi)有表現(xiàn)出明顯超越萘系高效減水劑之處,所以結(jié)構(gòu)混凝土工程中極少使用。由于其無(wú)色和低引氣性的特征,目前在干粉建材及彩色路面磚等的生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

  4.脂肪族系高效減水劑脂肪族系高效減水劑生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,其摻量較低(0.5%),減水率20%以上,引氣量較低,不使混凝土過(guò)分泌水,對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間影響較小。由于其摻入混凝土中后易滲色,經(jīng)常受到用戶的質(zhì)疑,但并不影響混凝土的內(nèi)在和表面性能。這種高效減水劑目前在高強(qiáng)管樁生產(chǎn)中應(yīng)用較多。

  5.氨基磺酸鹽系高效減水劑氨基磺酸鹽系高效減水劑以氨基苯磺酸、苯酚、甲醛等為主要原料,也可用苯酚和尿素等原料合成。

  氨基磺酸鹽系高效減水劑在摻量較低(0.2%~0.3%)時(shí)具有一定的塑化效果,它不僅具有較高的減水率(23%~28%),而且可有效地控制混凝土坍落度損失。氨基磺酸鹽系減水劑摻量較高時(shí)也易引起過(guò)度泌水和緩凝。將氨基磺酸鹽系高效減水劑與萘系高效減水劑等進(jìn)行復(fù)合,不僅可以減少泌水,改善萘系高效減水劑與水泥的適應(yīng)性,而且能增強(qiáng)混凝土的坍落度保持性。這類高效減水劑生產(chǎn)成本比萘系減水劑高。

  6.聚羧酸鹽系高效減水劑與其他品種減水劑相比,聚羧酸鹽系高效減水劑不僅具有超分散性能,而且能抑制混凝土的坍落度損失,是目前國(guó)內(nèi)外減水劑開發(fā)研究的重點(diǎn)。聚羧酸鹽系減水劑與不同的水泥均有相對(duì)較好的適應(yīng)性,在低水膠比時(shí)更易發(fā)揮其低黏度和坍落度保持性能,所以它在歐洲和日本的推廣應(yīng)用很快。

  聚羧酸鹽系高效減水劑與其他高效減水劑相比,其突出優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為:

  1)摻量低(固體摻量為0.2%~0.5%);
  2)對(duì)水泥漿體的分散性強(qiáng);
  3)混凝土坍落度損失小,一般可保證坍落度維持1~2小時(shí)不損失;
  4)在相同流動(dòng)性情況下,對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間延緩較少;
  5)強(qiáng)度改善效果明顯;
  6)與水泥適應(yīng)性好;
  7)分子結(jié)構(gòu)自由度大,進(jìn)一步改善和分子優(yōu)化的空間較大;
  8)合成中不使用甲醛,對(duì)環(huán)境不造成污染,屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品。

  由于聚羧酸系高效減水劑具有以上多種獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是發(fā)展前景十分廣闊的外加劑。但由于對(duì)聚羧酸系減水劑的合成、作用機(jī)理和應(yīng)用等方面的研究深度不夠,還存在一些急需解決的問(wèn)題,包括:

  1)深入了解不同單體間復(fù)雜的相互作用,為改性提供理論依據(jù);
  2)清楚地表征該類減水劑的化學(xué)結(jié)構(gòu),從而找出其性能與結(jié)構(gòu)間的關(guān)系;
  3)雖然這種減水劑與水泥的相容性比其他種類的減水劑更好,但也經(jīng)常發(fā)生混凝土坍落度損失太快及混凝土快硬等不正?,F(xiàn)象,應(yīng)盡快找出原因,并通過(guò)合成或復(fù)配工藝解決;
  4)摻該外加劑配制的低水膠比混凝土拌合物有時(shí)黏性太大,泵送困難,而有時(shí)黏度太低,振動(dòng)成型時(shí)極易分層,或者有時(shí)泌水、引氣現(xiàn)象十分嚴(yán)重;
  5)聚羧酸系高效減水劑與常用緩凝組分、引氣組分和早強(qiáng)組分的相容性問(wèn)題也需要解決。


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