混凝土減水劑復(fù)配工藝研究
2006-05-30 00:00
摘要：針對(duì)萘系減水劑（N減水劑）和氨基磺酸鹽減水劑（A 減水劑）的優(yōu)缺點(diǎn)，采用復(fù)配工藝將兩者進(jìn)行復(fù)合，旨在使之優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 研究了N減水劑和A減水劑在不同復(fù)配比條件下的凈漿流動(dòng)度、流動(dòng)度損失、混凝土坍落度和坍落度損失的變化。 結(jié)果表明：將N減水劑和A減水劑進(jìn)行復(fù)配，可克服N減水劑保坍性不好和A減水劑易泌水的缺點(diǎn)；N 減水劑與A減水劑復(fù)配比在8：2~5：5范圍內(nèi)，其初始凈漿流動(dòng)度及坍落度都比較理想，且經(jīng)時(shí)損失也比較小。
關(guān)鍵詞：混凝土； 減水劑； 萘系減水劑；氨基磺酸鹽；復(fù)配
0 前言
隨著人類(lèi)文明的不斷進(jìn)步，生產(chǎn)與施工更趨機(jī)械化和自動(dòng)化，各種超長(zhǎng)、超高、超大型混凝土建筑物以及在嚴(yán)酷環(huán)境下使用的混凝土結(jié)構(gòu)等對(duì)混凝土質(zhì)量提出了更高的要求，促使混凝土技術(shù)向高性能化發(fā)展。配制高性能混凝土，除摻加一定量的礦物外加劑（如硅粉、粉煤灰、超細(xì)礦渣及天然沸石粉）外，由高效減水劑組成的泵送劑已成為高性能混凝土不可或缺的外加劑組成材料[1]。高效減水劑的開(kāi)發(fā)改善了混凝土的施工性能（泵送高度達(dá)432m），實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間、大體積的現(xiàn)代化連 續(xù)高速高效施工。由于混凝土拌合水的大幅度降低，又能獲得流動(dòng)度大（200mm以上）、強(qiáng)度達(dá)60~140MPa的高強(qiáng)耐久優(yōu)質(zhì)混凝土，利用高流動(dòng)性混凝土可實(shí)現(xiàn)無(wú)振搗、無(wú)噪音的文明施工[2]。
目前國(guó)內(nèi)使用的萘系高效減水劑占高效減水劑使用總量的90%以上，具有生產(chǎn)工藝成熟、不引氣、不緩凝、水泥適用性好等特點(diǎn)。但是萘系減水劑的混凝土坍落度損失較大， 難以滿(mǎn)足實(shí)際工程的施工要求，一般需要通過(guò)復(fù)配來(lái)改進(jìn)；另外，萘系減水劑生產(chǎn)還受到原料萘資源的影響。
氨基磺酸鹽系是另一類(lèi)高效減水劑，其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本不高，且其減水增強(qiáng)效果比萘好，小摻量即可獲得高減水率，不但能提高混凝土的早期強(qiáng)度，也能大幅提高后期強(qiáng)度，可使混凝土在一定時(shí)間內(nèi)保持較好的流動(dòng)性，坍落度損失得到控制；但是單一摻用會(huì)增大混凝土初期泌水，摻量較高時(shí)還會(huì)造成混凝土分層離析。
目前，全球混凝土添加劑的發(fā)展趨勢(shì)之一便是復(fù)合化。兩種或兩種以上的減水劑復(fù)合使用時(shí)，其減水率和坍落度等的增加并不是簡(jiǎn)單的算術(shù)加權(quán)值，實(shí)際增加值比加權(quán)值有時(shí)高有時(shí)低， 差值部分就是復(fù)合減水劑的復(fù)合效應(yīng)。 對(duì)復(fù)合效應(yīng)的研究可以促進(jìn)多種減水劑以最優(yōu)性能，最低成本進(jìn)行復(fù)合，充分發(fā)揮各種組分的優(yōu)異性能。
本文針對(duì)萘系減水劑（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為N 減水劑）和氨基磺酸鹽減水劑（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為A減水劑）自身的優(yōu)缺點(diǎn)，將其進(jìn)行復(fù)配，以達(dá)到克服缺點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1．1 實(shí)驗(yàn)原理
N減水劑萘磺酸甲醛縮合物是一種普遍使用的高效減水劑，分子式為：
N減水劑，有明顯的減水作用；在其聚合物大分子中含有主導(dǎo)官能團(tuán)SO3Na，無(wú)非主導(dǎo)官能團(tuán)，可與含不同主導(dǎo)官能團(tuán)或非主導(dǎo)官能團(tuán)、減水率較高的大分子聚合物高效減水劑相互復(fù)合[3]。
A減水劑也是一種高效減水劑，分子式為：
由于A減水劑對(duì)水泥的適應(yīng)性比較差，而N減水劑對(duì)水泥的適應(yīng)性比較好，將二者復(fù)合使用后，可調(diào)節(jié)二者的比例以達(dá)到適應(yīng)不同牌號(hào)水泥的目的。
1．2 水泥凈漿流動(dòng)度實(shí)驗(yàn)
水泥凈漿流動(dòng)度實(shí)驗(yàn)按GB/T 8077-2000測(cè)定。
1．3混凝土坍落度實(shí)驗(yàn)
（1） 實(shí)驗(yàn)材料
水 泥：寶山牌#32.5普通硅酸鹽水泥，張店水泥廠生產(chǎn)；
粉煤灰：1 級(jí)，桓臺(tái)電廠生產(chǎn)；
萘磺酸鹽甲醛縮合物（Sa2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.7%），萊蕪減水劑廠生產(chǎn)；
氨基磺酸鹽（固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.5%）：京科減水劑廠生產(chǎn)；
引氣劑和緩凝劑：聚鑫化工廠提供；
砂子：中粗河砂；
石子：人工碎石二級(jí)配，直徑5~10mm的占40%，10~20mm的占60%；
混凝土拌和物坍落度以毫米單位表示，在記錄坍落度值的同時(shí)應(yīng)記錄混凝土拌和物的粘聚性和保水性情況。
1．4 混凝土減水率的測(cè)定
減水率為坍落度基本相同時(shí)基準(zhǔn)混凝土和摻外加劑混凝土單位用水量之差與基準(zhǔn)混凝土單位用水量之比。
WR=（W0-W1）/W0*100%
式中，WR—減水率，%；
W0—基準(zhǔn)混凝土單位用水量，kg/m3；
W1——摻外加劑混凝土單位用水量，kg/m3。
2 結(jié)果與討論
2．1 單摻N減水劑和A減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度
N減水劑和A減水劑摻量對(duì)水泥凈漿初始流動(dòng)度和2.5h后流動(dòng)度的影響如圖1和圖2所示。
從圖1（a）可見(jiàn)，初始凈漿流動(dòng)度隨N減水劑摻量的增加而增大。N減水劑摻量由0.6%增至此0.7%時(shí)，初始凈漿流動(dòng)度由170mm增加到215mm，增幅達(dá)26.5%，而摻量大于0.7%時(shí)，凈漿流動(dòng)度增加趨于緩慢。圖1（b）表明，凈漿流動(dòng)度與A減水劑摻量的關(guān)系與摻N減水劑情形相似。由圖2（a）看出，增加N減水劑摻量?jī)魸{流動(dòng)度損失逐漸減?。划?dāng)摻量為1.0%時(shí)，2.5h后其凈漿流動(dòng)度損失值僅為10mm，但A減水劑在該摻量時(shí)， 2.5h后其凈漿流動(dòng)度幾乎無(wú)損失，如圖2（b）所示?？梢?jiàn)，A 減水劑在控制流動(dòng)度損失方面優(yōu)于N減水劑；然而，當(dāng)A減水劑摻量為1.2%時(shí)，泌水較明顯提高。
2．2 N減水劑與A減水劑復(fù)配的凈漿流動(dòng)度
為探索對(duì)水泥減水效果好的復(fù)配減水劑，按不同比例復(fù)合N減水劑和A減水劑，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)考查凈漿流動(dòng)度隨摻量的變化。 圖3為復(fù)合外加劑總摻摻量為0.7%~1.1%，兩種減水劑配合比例不同時(shí)凈漿流動(dòng)度隨時(shí)間的變化。
由圖3（a）可知，當(dāng)總摻量為0.7%時(shí)，2.5h凈漿流動(dòng)度都隨時(shí)間有較大的損失，配合比為1：9的試樣J損失最大，其損失值達(dá)到95mm；配合比為6：4的試樣E損失最小，其損失值為60mm，但是其值相對(duì)其它幾組來(lái)說(shuō)還是比較大。
總摻量為0.8%時(shí)凈漿流動(dòng)度隨時(shí)間的變化如圖3（b）所示。 配合比為7：3的復(fù)配減水劑D初始凈漿流動(dòng)度最大，配合比為2：8的減水劑I流動(dòng)度最小。可見(jiàn)，復(fù)配減水劑D在摻量為0.8%時(shí)已發(fā)揮了其協(xié)同作用。
圖3（c）表示了總摻量為0.9%時(shí)凈漿初始流動(dòng)度隨時(shí)間的變化。隨著減水劑摻量的增加，凈漿流動(dòng)度和流動(dòng)度損失都有了很好的改善。復(fù)配減水劑C的初始凈漿流動(dòng)度最大（達(dá)250mm），比配比相同、摻量為0.7%和0.8%時(shí)的最大凈漿流動(dòng)度分別大30mm和20mm。圖3（d）表明，總摻量為1.0%時(shí)，復(fù)配減水劑C，E，H的初始凈漿流動(dòng)度不再增大，但其2.5h后流動(dòng)度損失較小。
2．2 復(fù)配減水劑對(duì)初始凈漿流動(dòng)度的影響
初始凈漿流動(dòng)度與復(fù)配減水劑摻量的關(guān)系見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，隨總摻量的增大，各試樣的初始凈漿流動(dòng)度均有不同程度的增大。 但曲線C，D，E，H表明，當(dāng)摻量大于0.9%時(shí)，流動(dòng)度增加很小，說(shuō)明此時(shí)減水劑已接近飽和。
2．4 減水劑坍落度實(shí)驗(yàn)
坍落度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。 表中數(shù)據(jù)表明，復(fù)配減水劑摻量為0.9%和1.0%的出機(jī)坍落度隨復(fù)配體系中N減水劑比例的增加而增加；復(fù)配比為9：1摻量為1.0%的復(fù)配減水劑其出機(jī)坍落度最大（為195mm），減水率達(dá)24.86%，并且混凝土無(wú)泌水，粘聚性好。單獨(dú)使用N減水劑，當(dāng)摻量是1.0%時(shí)其出機(jī)坍落度也是195mm。兩種摻量下，1h坍落度值隨復(fù)配體系中N減水劑的增加呈近似拋物線變化，且當(dāng)復(fù)配體系中N減水劑在50%左右時(shí)有最大值?？紤]到初始坍落度，為保證出機(jī)和1h 后都有比較理想的坍落度，復(fù)配體系中N減水劑應(yīng)為50%~80%。
3 結(jié)論
（1）將N減水劑和A減水劑進(jìn)行復(fù)配，可克服N減水劑保坍性不好和A減水劑易泌水的缺點(diǎn)。
（2）復(fù)配N(xiāo)減水劑和A減水劑得到的減水劑，在復(fù)配比是8：2，摻量為0.9%時(shí)其凈漿流動(dòng)度可達(dá)250mm，比單獨(dú)使用N減水劑和A減水劑凈漿流動(dòng)度要大，達(dá)到了兩種減水劑效果共同作用的目的。
（3）針對(duì)不同水泥，該復(fù)配減水劑可改變復(fù)配比使復(fù)配減水劑適應(yīng)不同品牌水泥，對(duì)于寶山水泥可選用9：1的復(fù)配比。
（4）N減水劑和A減水劑以5：5~8：2復(fù)配時(shí)，既可使初始坍落度滿(mǎn)足要求又可控制坍落度損失，是比較理想的復(fù)配方案。
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