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新型聚羧酸保坍劑的制備及混凝土性能研究
發布時間:2017-6-22 閱讀:2253次   打印本頁 || 關閉窗口
摘要

 針對混凝土坍落度損失較快的問題,研制了一種新型聚羧酸保坍劑。通過與其他公司聚羧酸保坍劑的凈漿流動度對比試驗表明:該新型聚羧酸保坍劑PC-103具有明顯的高坍落度保持能力,并且在2h左右分散效果達到最大約280mm;并且與普通聚羧酸減水劑復配后效果明顯優于單摻,其混凝土性能較好,有良好的適應性。

引言

    隨著我國經濟的快速發展和建筑水平的提高,對混凝土質量的要求越來越高。聚羧酸減水劑作為一種新型高性能減水劑,因其摻量低、減水率高、新拌混凝土流動性及保坍性好、低收縮、增強潛力大、環境友好等一系列突出性能,已廣泛應用于市政、鐵路、公路、港口、橋梁、水電等領域[1-3]。但是,由于國內水泥品種眾多且水泥品質波動很大、混凝土砂石品質較差等眾多原因。例如,含泥量和含石粉量很高以及某些機制砂品質很差等。采用通用型聚羧酸減水劑所配置的混凝土也會出現一些問題,而其中坍落度經時損失過大是最常見的主要問題[4]。尤其是長時間長距離運輸時,就會導致混凝土坍落度損失很快,這不但影響施工,還會極大的影響混凝土的性能及質量,由此在一定程度上制約了聚羧酸減水劑的推廣。

    國內解決以上問題的主要方法主要有以下三種:(1)復配緩凝劑;(2)二次或者多次添加減水劑;(3)提高初始流動性,甚至離析,以保證工地的泵送性能。雖然上述三種方法某種程度上能夠解決坍落度損失問題,但是各自都存在一定的局限性,并不能從根本上解決坍落度損失的問題[5]。因此,需要采用反應性高分子使減水劑緩慢釋放是解決混凝土坍落度損失問題的有效方法。但目前,國內母液產品單一,主要以高減水型和普通保坍型聚羧酸母液為主,而普通保坍型聚羧酸,是在高減水型聚羧酸的基礎上發展而來,混凝土初始有較大的流動度,但經時仍有一定的損失,對于長時間長距離運輸或對坍落度有特殊要求的工程,仍不能滿足。為此,迫切需要一種控制混凝土坍落度損失的聚羧酸減水劑,從根本是解決1-2h甚至更長時間的坍損問題,拓寬外加劑品種滿足不同工程的要求。
    本文研制了一種新型聚羧酸保坍劑,并探討了該新型聚羧酸保坍劑在混凝土中的應用性能。

試驗

 1.1試驗原料與儀器

    甲基烯丙基聚氧乙烯醚大單體(上海東大化學,TPEG,分子量2400~3000);丙烯酸(AA),分析純;過硫酸銨,分析純;鏈轉移劑,分析純;抗壞血酸(VC),分析純;丙烯酸羥乙酯(HEA),分析純;堿液;去離子水。
    水泥,P·O 42.5R級水泥;粉煤灰,株洲電廠;礦粉,湘潭華新礦粉S95.細集料,坪塘機制砂;粗集料,望城碎石;普通聚羧酸減水劑,采用自制減水劑(PC-101),減水率達25%以上。
    JJ-1電動攪拌器;HL-2B恒流泵;DK-98-Ⅱ水浴鍋,電子天平;四口燒瓶;NJ-160水泥凈漿攪拌機;實驗室混凝土攪拌機;壓力試驗機。
1.2合成工藝
    在帶有攪拌器和溫度計的四口燒瓶中加入一定量的去離子水和聚醚,攪拌至TPEG全部溶解,再加入過硫酸銨攪拌,然后依次滴加AA與HEA的混合溶液,滴加VC和鏈轉移劑的混合溶液,兩種溶液勻速滴加3~3.5h滴完,然后繼續攪拌1h。反應結束后,加入液堿,調節PH值至6~8,即得新型聚羧酸保坍劑。
1.3水泥凈漿流動度測試
    水泥凈漿流動度參照GB/T8077-2012《混凝土外加劑均質性試驗方法》中的水泥凈漿流動度的相關標準進行測試,水灰比為0.29,減水劑摻量為0.16%。
1.4 混凝土測試
    混凝土性能測定按照GB/T8076-2008《混凝土外加劑》、GB50119《混凝土外加劑應用技術規范》、GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能測試方法標準》及JC473-2001《混凝土泵送劑》進行實驗。

檢測結果與討論

2.1 水泥凈漿流動度測試

    選取市場上3個不同廠家生產的3種聚羧酸保坍劑產品,分別編號A、B和C,與我們研制的新型聚羧酸保坍劑PC-103進行對比試驗,保坍劑的固含量均為40%。水泥為海螺P·O 42.5R。實驗結果如表1所示。

表1 凈漿流動度測試結果

樣品編號 水泥凈漿流動度(mm)
初始 0.5h 1h 1.5h 2h 2.5h
A 150 220 260 255 235 200
B 120 190 210 235 240 230
C 180 210 235 250 230 215
PC-103 110 220 270 275 285 265

    實驗結果表明,我們研發的新型聚羧酸保坍劑PC-103,雖然初始凈漿流動度小一些,但之后開始逐漸增長,2h能達到285mm,緩釋分散效果在2h左右達到最大。新型聚羧酸保坍劑PC-103初始凈漿流動度不大,是因為初期保坍劑分子只有少量吸附在水泥顆粒上,但隨著不飽和酯的不斷緩慢水解釋放羧基,凈漿流動度不斷增大,進而表現出較好的緩釋分散效果。
2.2 水泥適應性測試
    一般認為,通過水泥凈漿流動度試驗來考察外加劑與水泥的適應性。因此,本文主要對三種不同水泥廠家的水泥進行水泥凈漿流動度測試,通過水泥凈漿流動度的經時損失來判斷新型聚羧酸保坍劑PC-103對水泥的適應性。水泥分別選自長沙市場上常用的海螺、中材和華新三種水泥。實驗結果如表2所示。

表2 水泥適應性測試結果

水泥品牌 水泥凈漿流動度(mm)
初始 0.5h 1h 1.5h 2h
海螺 110 220 270 275 285
中材 120 230 275 280 285
華新 100 210 250 260 275

    由表2可知,用我們自己研發的新型聚羧酸保坍劑PC-103初始凈漿流動度均較小,在110mm左右,隨著時間的延長,凈漿流動度不斷增大,在2h達到最大280mm左右。其中用華新水泥稍微差一點,在誤差范圍內。整體來說,新型聚羧酸保坍劑PC-103對這3種水泥具有較好的適應性。
2.3 混凝土測試結果
    為了更全面的評定新型聚羧酸保坍劑PC-103的性能,對該保坍劑進行混凝土性能研究,主要包括:混凝土的坍落度、擴展度和抗壓強度測試試驗,并與市場上3個不同廠家生產的聚羧酸保坍劑產品的混凝土性能進行對比,最后評定聚羧酸保坍劑的性能。試驗中用C30混凝土,混凝土的配合比如表3。

表3 C30混凝土配合比

水泥
(kg/m3
Ⅱ級粉煤灰
(kg/m3
S95礦粉
(kg/m3
機制砂
(kg/m3
1-3碎石
(kg/m3

(kg/m3
260 60 40 980 880 170

2.3.1 單摻保坍劑混凝土工作性能
    選用不同水泥對3個不同廠家生產的聚羧酸保坍劑產品和新型聚羧酸保坍劑PC-103進行混凝土性能對比。水泥為長沙市場上常用的海螺水泥、中材水泥和華新水泥,均為P·O42.5R,摻量為凝膠材料的2.0%。混凝土性能結果如表4.

表4 不同聚羧酸保坍劑用不同水泥配制的混凝土性能

水泥品種 外加劑品種 坍落度/擴展度(mm) 抗壓強度(MPa)
初始      1h      2h     3h 3d    7d    14d     28d
 
 
海螺
A —/— 205/550 190/460 —/— 20.3 30.5 39.9 43.8
B —/— 170/420 200/540 190/520 21.6 30.4 39.5 44.1
C —/— 190/520 190/540 —/— 21.6 29.3 39.8 43.4
PC-103 —/— 210/560 220/580 210/560 20.1 29.9 39.9 45.2
 
 
中材
A —/— 210/560 200/480 180/420 21.2 34.4 40.1 44.9
B —/— 180/440 210/560 200/550 21.9 32.9 40.6 44.9
C —/— 200/540 200/560 170/420 21.8 35.1 40.1 44.8
PC-103 —/— 220/580 225/600 220/580 19.9 33.8 41.2 45.9
 
 
華新
A —/— 200/540 190/450 —/— 21.6 32.9 40.1 46.2
B —/— 170/- 200/520 185/500 20.1 33.3 40.6 44.9
C —/— 190/510 190/530 —/— 20.9 34.1 40.2 44.8
PC-103 —/— 200/550 210/560 210/550 20.0 33.0 40.1 46.2

     從表4可以看出,新型聚羧酸保坍劑PC-103具有明顯的緩釋保坍性能和良好的適應性,其緩釋保坍效果明顯優于市場上3個不同廠家生產的聚羧酸保坍劑產品。并且,三種水泥配置的混凝土粘聚性、和易性均較好,強度也較好。
2.3.2 復配使用的混凝土工作性能
    由于新型聚羧酸保坍劑PC-103早期流動度小,后期緩慢釋放,一般和減水劑復配使用。本實驗選擇用湖南銘煌科技發展有限公司自行研制的聚羧酸減水劑PC-101(淡黃色液體,固含40%,減水率可達25%以上)與新型聚羧酸保坍劑PC-103復配,使其早期流動性和保坍性能也好。根據混凝土初始坍落度和擴展度相同或相似,按照不同的比例復配,復配濃度為10%,水泥為長沙市場上常用的海螺水泥、中材水泥和華新水泥,均為P·O 42.5R,混凝土配合比同上表3,摻量為凝膠材料的2.0%。混凝土性能測試結果如表5~表7.
    由表5、表6和表7中的試驗結果可以看出,當聚羧酸減水劑PC-101單獨使用時,混凝土損失較大,2h后流動性很小;復配新型聚羧酸保坍劑PC-103后,在復配比例為4.7:1到3.5:5之間(即達到混凝土初始坍落度和擴展度相同或者相近)時,混凝土的粘聚性和初始流動度基本不受影響,2h內混凝土坍落度保持性良好,這主要由于新型聚羧酸保坍劑PC-103有緩釋的特性,混凝土漿體中的有效減水劑分子會不斷地補充已吸附并水化物覆蓋了減水劑分子,使拌合物坍落度得以保持。隨著新型聚羧酸保坍劑PC-103比例的不斷提高,保坍性能稍有提高,但初始流動性也有所降低,這是因為混凝土拌合物初始的流動性主要由普通聚羧酸減水劑PC-101提供,而后期的流動度則由新型聚羧酸保坍劑PC-103提供。隨著新型聚羧酸保坍劑PC-103摻量的增加,聚羧酸減水劑PC-101的作用減小,使流動性變小,新型聚羧酸保坍劑PC-103有較好的保坍型,從而改善了混凝土的后期流動性能。

表5 復配產品用于海螺水泥混凝土性能測試結果

外加劑樣品 坍落度/擴展度(mm) 抗壓強度(MPa)
初始      1h        2h      3h 3d    7d   14d  28d
101:103=5:0 220/550 200/480 170/400 —/— 21.6 35.0 41.9 45.2
101:103=4.7:1 215/540 210/520 190/450 160/400 21.0 34.2 41.4 45.1
101:103=4.4:2 220/560 220/550 210/500 190/460 21.0 34.3 41.2 45.1
101:103=4.1:3 225/560 225/580 220/580 215/570 20.0 33.4 39.6 44.6
101:103=3.8:4 225/570 230/590 230/595 220/600 20.3 34.0 39.9 46.3
101:103=3.5:5 220/570 240/610 235/620 235/600 19.7 30.8 39.9 46.6

 表6 復配產品用于中材水泥混凝土性能測試結果

外加劑樣品 坍落度/擴展度(mm) 抗壓強度(MPa)
初始       1h      2h       3h 3d     7d    14d   28d
101:103=5:0 230/600 200/490 170/420 —/— 22.0 33.8 41.7 45.0
101:103=4.7:1 225/580 220/560 200/520 180/460 21.8 33.3 41.1 45.6
101:103=4.4:2 225/590 220/590 210/540 200/500 20.9 34.0 41.6 45.5
101:103=4.1:3 230/600 230/590 220/570 215/560 20.8 33.8 40.2 45.5
101:103=3.8:4 230/600 235/610 235/610 230/600 19.8 33.2 40.0 46.1
101:103=3.5:5 225/610 240/610 240/620 240/600 20.0 33.3 40.2 46.1

 表7 復配產品用于華新水泥混凝土性能測試結果

外加劑樣品 坍落度/擴展度(mm) 抗壓強度(MPa)
初始       1h      2h       3h 3d    7d   14d   28d
101:103=5:0 210/540 190/420 150/— —/— 20.9 34.3 42.1 44.9
101:103=4.7:1 215/550 200/500 180/430 —/— 21.2 34.5 41.8 45.5
101:103=4.4:2 210/545 210/530 200/500 180/430 20.1 34.6 41.6 45.5
101:103=4.1:3 210/550 210/550 205/540 195/500 20.5 34.0 40.9 44.9
101:103=3.8:4 220/560 215/560 220/570 210/570 19.3 33.1 40.9 45.5
101:103=3.5:5 215/560 220/570 220/590 220/580 20.0 33.2 40.5 45.8

結論

    通過對新型聚羧酸保坍劑PC-103進行水泥凈漿流動度、水泥適應性、混凝土應用性能的研究,可以得出以下結論:

    (1)通過與其他同類聚羧酸保坍劑的凈漿流動度對比,新型聚羧酸保坍劑PC-103具有明顯的緩釋效果,緩釋分散效果在2h左右達到最大約280mm。說明該保坍劑可以明顯提高水泥的流動度,保坍效果較好。
    (2)新型聚羧酸保坍劑PC-103與長沙市市銷的大部分水泥適應性良好,其中該保坍劑與海螺水泥和中材水泥的適應性稍優于華新水泥。
    (3)新型聚羧酸保坍劑PC-103與聚羧酸減水劑PC-101復配使用后,效果更好。不僅保證了混凝土的早期流動度,而且可以減少后期混凝土的經時損失,提高混凝土的抗壓強度。
參考文獻
[1] 黎凡,鄧俊強. ,聚羧酸減水劑的發展現狀與技術難點淺談[J]. 廣東建材,2015,12.
[2] 王子明. 聚羧酸系高性能減水劑—制備、性能與應用[M]. 中國建筑工業出版社,2009.
[3] 孫正平,楊輝. 國內聚羧酸系減水劑的研究進展及展望[J]. 混凝土世界,2013,3:31-35
[4] 卞榮兵,繆昌文. ,聚羧酸高效保坍劑的研制與應用[J]. 混凝土世界,1999,07(19):36-38.
[5] 盛喜憂,王萬金,等. 緩釋型聚羧酸系高性能減水劑的研發與應用[J]. 混凝土,2012,6:68-70

作者:賀海量 閔亞紅 吳振  嚴杰 袁劍濤 蔡炳煌
信息來源:混凝土第一視頻網       

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