低流動(dòng)性損失水下混凝土抗分散劑的性能研究

摘要：采用速溶高分子聚合物，制成低流動(dòng)性損失水下混凝土用抗分散劑．并進(jìn)行抗分散性、流動(dòng)性損失試驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：抗分散荊；低流動(dòng)性損失；粘稠；水下漏凝土水不分散混凝土是一種新型混凝土。它通過在普通水下混凝土中加入抗分散劑—— 通常是水溶性高分子聚合物，來提高混凝土拌和物的粘稠性，從而達(dá)到抗水洗的目的。摻加抗散劑，在提高了混凝土拌和物的粘稠性的同時(shí)，也帶來了諸如用水量增加、流動(dòng)性損失快等新的問題。特別是流動(dòng)性損失快制約了其應(yīng)用范圍，使水下不分散混凝土規(guī)?；┕な艿较拗啤榻鉀Q這一問題，在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用控制高分子聚合物分子結(jié)構(gòu)、溶解逮度以及選用相容性較好的流化劑，通過大量試驗(yàn)，研制成功新型RS不分散混凝土抗分散劑。試驗(yàn)表明，摻加RS的水下不分散混凝土，在保證抗分散性能的情況下，其塌落度(塌擴(kuò)度)在2.0小時(shí)內(nèi)基本不損失，具有優(yōu)異的保塑性。1 RS配制的水下不分散混凝土性能試驗(yàn)1．1 原材料水泥：冀東525#R普通硅酸鹽水泥；砂：薊縣中砂，細(xì)度模數(shù)2.6；石子：石灰?guī)r碎石，粒徑5—25mm，連續(xù)級配；粉煤灰：軍糧城電場二級灰；外加劑：自行研制的RS型抗分散劑(復(fù)合了流化劑等)；水：自來水。1．2 試驗(yàn)方法采用日本JISA1112-75標(biāo)準(zhǔn)和中國石油天然氣總公司工程技術(shù)研究院院級標(biāo)準(zhǔn)Q／GCY012—92。1．3 RS對混凝土抗分散性的影響混凝土的抗分散性常用混凝土在水中落下時(shí)，介質(zhì)水的pH值以及混凝土的水陸強(qiáng)度比表示。水陸強(qiáng)度比指配合比相同的混凝土分別在陸上和水下成型，在相同的條件下養(yǎng)護(hù)至同齡期，所得的抗壓強(qiáng)度比值?？狗稚⑿阅茉胶?，pH值越接近中性，水陸強(qiáng)度比也越高。試驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。圖1表明：RS抗分散劑摻量從1.0% 提高到2.0%時(shí)，水介質(zhì)的pH值迅速下降；摻量超過2.0%以后，混凝土在水中落下時(shí)基本不分散，滿足抗分散要求。圖2表明：RS摻量超過2.0%時(shí)，7天和28天的水陸強(qiáng)度比均能達(dá)到70% 以上，而不摻抗分散劑混凝土水陸強(qiáng)度比僅在30%上下。
綜合圖1和圖2可看到，在Rs摻量超過2.0%(對水泥)時(shí)，混凝土具備優(yōu)良的水下抗分散性。1 .4 RS抗分散劑對混凝土流動(dòng)性損失的影響水下不分散混凝土流動(dòng)性有三種測定方法：塌落度、塌擴(kuò)度、及德國DIN一1048擴(kuò)展度。國內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果表明，塌落度的靈敏度最差，其次是塌擴(kuò)度、擴(kuò)展度但由于測擴(kuò)展度值的儀器需特殊加工，實(shí)際應(yīng)用中常用塌擴(kuò)度值來表示水下不分散混凝土的流動(dòng)性。表1給出了水下不分散混凝土常用配合比及其力學(xué)性能，表2給出了流動(dòng)性損失情況(為便于比較，同時(shí)給出了塌擴(kuò)度和擴(kuò)展度值。從表1可看出，摻有Rs抗分散劑的水下不分散混凝土．7天和28天水陸強(qiáng)度比均超過了70%，28天更在80% 以上，超過日本和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的7天大于6o%、28天大于70%的規(guī)定這說明摻加Rs抗分散劑的混凝土具有優(yōu)良的水下抗分散性能從表2可看出．采用Rs配制的水下不分散混凝土，在2小時(shí)之內(nèi)，其流動(dòng)性損失很?。挥钟捎谡吵?，其壓力泌水率比很?。话阍?0%以內(nèi)，可滿足泵送工藝對混凝土性能的要求。2 機(jī)理探討 RS抗分散劑中的高分子聚合物帶有一些活性官能團(tuán)，通過官能團(tuán)能將水泥分散體系中的細(xì)顆粒吸附到分子鏈上，多個(gè)分子的官能團(tuán)交叉吸附，形成了穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu). 同時(shí)，由于表面活性作用，改變了混凝土混合物分散體系中顆粒的表面電位，顯著降低粒子間的排斥勢能，增大了顆粒間吸引勢能，使多相分散體凝聚在一起。上述兩類作用的結(jié)果，使混凝土拌和物粘稠性增大，宏觀上表現(xiàn)出水中抗分散性能。
對摻有Rs抗分散劑的水下不分散混凝土而言，它是一種高粘性易流動(dòng)的粘稠體，其流變行為屬于接近牛頓液體的賓漢姆體，它的流動(dòng)性主要與粘度有關(guān)。Rs抗分散劑中的高分子聚臺物具有速溶特性，這種特性使高分子聚合物在堿性水泥多相體系中迅速溶解，在攪拌期間體系粘度能迅速增加并趨于穩(wěn)定，防止了后期粘度繼續(xù)增大而導(dǎo)致流動(dòng)性降低。同時(shí)，體系中流化劑受溶液粘膜包裹影響，短時(shí)間內(nèi)不能完全被水泥顆粒吸附，從而起到一種類似緩釋作用的效果，防止了混凝土拌和物流動(dòng)性損失另外，高分子聚合物分子具有直鏈短、支鏈多的分子結(jié)構(gòu)，使混凝土在達(dá)到水中抗分散性的同時(shí)粘度不過分增大，也對流動(dòng)性有利。3 結(jié)論 (1)Rs抗分散劑能顯著提高水下混凝土的抗分散性能。在單螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)中，如何實(shí)現(xiàn)在低加工溫度下高速擠出優(yōu)質(zhì)管材是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)在螺桿設(shè)計(jì)上，采用了BM結(jié)構(gòu)與屏障式結(jié)構(gòu)相結(jié)合，并增加了特殊的混煉段，不僅保證了管坯的塑化效果，而且物料在整個(gè)螺桿上的各個(gè)區(qū)域，熔體壓力較低，壓力分布均勻；在機(jī)筒設(shè)計(jì)中，采用了開槽機(jī)筒以保證PP-R高速喂料；在加料段設(shè)計(jì)有一個(gè)特殊的冷卻裝置．用于控制原料進(jìn)入機(jī)筒的溫度；機(jī)筒各段有可控溫的加熱段，采用強(qiáng)制風(fēng)冷，擠出機(jī)產(chǎn)蠡具有良好的線性關(guān)系(便于同牽引速度同步調(diào)節(jié))；為了高速擠出，減速箱采用高扭矩、低噪聲的減速箱，電機(jī)功率相應(yīng)配大。目前，我公司生產(chǎn)PP-R的單螺桿擠出機(jī)主要機(jī)型有SJ65 *30、SJ90 * 32、sJl20* 30，生產(chǎn)PP-R最高產(chǎn)量為300～5ookg／h。 (2)籃式擠出模頭為使管坯在模頭中不產(chǎn)生流動(dòng)取向效應(yīng)，要降低模頭的熔體壓力，并盡量減小壓縮比。我們采用了籃式擠出模頭。由于其分流流道徑向截面積很大，與其他傳統(tǒng)模頭(如支架式模頭)相比，其模頭壓力低，可保證在高擠出量下仍保持低熔體溫度。物料在通過無數(shù)分流孔時(shí)，熔體流動(dòng)從軸向到徑向的雙重方向改變，起到了良好的混合效果，使熔體具有良好的融體均質(zhì)化性能，有效地消除了熔體的應(yīng)力記憶性能。 (3)冷卻、定徑系統(tǒng) 定徑套的結(jié)構(gòu)、加工精度及冷卻方式對加工PP-R管材的質(zhì)量非常重要。水環(huán)式定徑套(冷卻水對定徑水套進(jìn)行循環(huán)冷卻，但不接觸管材)可在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)薄壁(冷水)管。但由于管坯進(jìn)入定徑套時(shí)溫度較高，粘度較大，采用水環(huán)式定徑套長時(shí)間生產(chǎn)，會造成管材外表逐漸粗糙甚至拉斷。所以，PP-R管的生產(chǎn)，采用水簾式定徑套，在管材進(jìn)入定徑套前對其進(jìn)行預(yù)冷卻，另外，也防止物料粘附在定徑套人口。PP-R材料熱容量較大，尤其是厚壁的大管，為滿足較快的擠出速度需配置較長的定徑冷卻長度，并對冷卻過程進(jìn)行全程溫度控制。我公司真空定型機(jī)采用二室定型， 32mm以下小管采用碟片式定徑盤浸浴式冷卻，可滿足調(diào)整生產(chǎn)情況下冷卻和定型的需要。 (4)生產(chǎn)線控制系統(tǒng) 采用德國西門子專為擠出生產(chǎn)線設(shè)計(jì)制造的SKYEX型擠出機(jī)電腦控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用上、下位機(jī)管理控制方式，上位機(jī)配有多幅面面和棒狀圖顯示，使系統(tǒng)的操作變得直觀方便；下位機(jī)選用可編程控制器，并增加了一些高級智能模塊，采用溫度控制模塊進(jìn)行溫度控制，控制精度在±1℃。擠出機(jī)轉(zhuǎn)速由直流調(diào)速裝置控制，牽引速度由變頻調(diào)速器控制，擠出轉(zhuǎn)速與牽引速度采用專有控制技術(shù)，控制平穩(wěn)，擠出波動(dòng)極小，牽引機(jī)在低速下運(yùn)行也相當(dāng)穩(wěn)定。3 PP-R管材擠出工藝分析 PP-R管生產(chǎn)工藝與普通聚烯烴管材基本相同，在擠出過程中，工藝溫度控制和冷卻定徑調(diào)節(jié)是生產(chǎn)合格管材的關(guān)鍵。
PP-R管材專用料的熔融溫度為140℃ ，分解溫度為250℃左右。提高擠出機(jī)熔融段及模頭口模段溫度有利于提高管材內(nèi)外表面質(zhì)量，但過高的熔體溫度會使原料分解，降低成型后管材的力學(xué)性能。標(biāo)準(zhǔn)要求管材的熔本流動(dòng)速率比原料的熔體流動(dòng)速率不能降低30%，因此，應(yīng)以盡量低的工藝溫度來高速擠出高品質(zhì)的管材。采用水簾式定徑對PP-R管材進(jìn)行定徑時(shí)，水簾出水應(yīng)調(diào)節(jié)達(dá)到在整個(gè)圓周上保持出水均勻，否則成型管材上會出現(xiàn)水痕、粗糙、顏色不均等現(xiàn)象。對管材的定徑冷卻最好配置冷水機(jī)組(尤其是在夏季高溫下調(diào)整擠出生產(chǎn)時(shí))。冷卻水的水質(zhì)對PP-R管材的加工質(zhì)量也相當(dāng)重要，對于水質(zhì)較硬的地區(qū)，生產(chǎn)線循環(huán)水應(yīng)經(jīng)軟化處理后使用。