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XYZ高效減水劑的性能及應(yīng)用

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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(lèi)減水劑具有低摻量、高減水率、抑制坍落度經(jīng)時(shí)損失等特點(diǎn)。目前在我國(guó)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(duì)開(kāi)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(duì)水泥水化及混凝土性能的影響。1 實(shí)驗(yàn)
1。1 聚羧酸系減水劑的合成
1。1。1 聚乙二醇丙烯酸酯大單體的制備 聚乙二醇與丙烯酸甲酯以1:2~3量直接加入反應(yīng)器中,加入少量的對(duì)苯二酚、對(duì)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(chēng)取丙烯酸單體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(guò)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(shí)間后取出中和,測(cè)定合成減水劑的固含量和凈漿流動(dòng)度。以?xún)魸{流動(dòng)度作為合成減水劑產(chǎn)品的性能指標(biāo)。PEG300、400、600、800、1000對(duì)應(yīng)的大分子單體分別為PEA6、PFA9、PEAB、PEA18、PEA23,對(duì)應(yīng)的減水劑代號(hào)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(cè)試 用水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度與凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀測(cè)試水泥凈漿初終凝時(shí)間。實(shí)驗(yàn)按GB一1346—77進(jìn)行。采用自制的水泥水化溫度測(cè)定體系,測(cè)定了摻加不同量XYZ18減水劑時(shí)凈漿水泥水化過(guò)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 ℃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(wú)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(cè)試最高倍數(shù)為5000倍。 取部分小塊在無(wú)水乙醇中磨細(xì),用無(wú)水乙醇、丙酮洗滌、過(guò)濾,40℃下干燥至恒重,準(zhǔn)確稱(chēng)取部分樣品用比表面積及孔徑分布測(cè)定儀測(cè)試孔隙率及孔徑分布。1。4 摻減水劑混凝土的性能 稱(chēng)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(cè)定不同減水劑不同摻量時(shí)的減水率。裝入100rnm *100rnm*100mm助試模中,測(cè)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(duì)凈漿水泥凝結(jié)時(shí)間的影響 采用42.5#水泥測(cè)定了不同摻量減水劑對(duì)水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響,結(jié)果如表1。 從表1可見(jiàn),與空白比較,摻加皿z減水劑的水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng),且初、終凝時(shí)間隨其摻量的增加而延遲。說(shuō)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(shí),初凝延緩80 min,終凝延緩194 min,這在工程上使用時(shí)是合適的。2。2 聚羧酸系減水劑對(duì)水泥水化放熱的影響 采用自制的水泥凈漿水化溫度測(cè)定體系,實(shí)驗(yàn)測(cè)定了水泥水化過(guò)程中,摻加不同量XYZ18減水劑時(shí)水泥凈漿體系的溫度變化,結(jié)果如圖1所示。 從圖1可見(jiàn),摻加X(jué)YZ18減水劑后,體系溫度隨水化時(shí)間的變化趨勢(shì)與空白時(shí)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(shí)間推遲,最高溫度數(shù)值減小,摻加0.5%XYZ18減水劑時(shí),體系最高溫度比空白時(shí)降低8.6℃,出現(xiàn)的時(shí)間推遲17h,可見(jiàn)摻加X(jué)YZ系列減水劑能夠顯著延緩水泥水化的放熱,主對(duì)減少混凝土的溫度裂縫十分有效。2。3 聚羧酸系減水劑對(duì)硬化水泥微觀結(jié)構(gòu)的影響 利用掃描電鏡觀察了摻加0.3%XYZ18的硬化水泥的微觀結(jié)構(gòu),結(jié)果如圖2、、、所示。 從圖2、、、中可見(jiàn),摻加X(jué)YZ18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(mǎn)熟料礦物間的孔隙。大量微小晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)粗壯,填充滿(mǎn)水泥石中的孔隙并向外生長(zhǎng),CSH凝膠在鈣礬石周?chē)罅柯?lián)結(jié)鋪展。因此,摻加X(jué)YZ18一方面可使水泥早期微小晶體大量生長(zhǎng)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(duì)硬化水泥孔隙結(jié)構(gòu)的影響 實(shí)驗(yàn)測(cè)定了摻加0.3%XYZ18減水劑的水泥漿體硬化3 d、28 d時(shí)的孔徑分布,結(jié)果見(jiàn)圖3、、、所示。測(cè)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(jiàn),與空白樣相比,3 d及28 d齡期時(shí)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(méi)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(jiàn),摻加X(jué)YZ18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(shí)大了0.0235 crn3/g,而到28 d時(shí)則只大了0.0089 cm3/g。說(shuō)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?yàn)樵谧畛蹼A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(zhǎng),形成纖維狀晶體,末端尖細(xì)而有岔,在水泥粒子周?chē)L(zhǎng)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(zhǎng),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??梢酝茢啵埕人嵯禍p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(zhǎng)更加完善,使后期強(qiáng)度有較大增長(zhǎng)。2。5 混凝土的減水率、坍落度及坍落度損失 經(jīng)過(guò)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(cè)得坍落度值為基準(zhǔn)水泥坍落度,測(cè)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(shí),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(shí)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?jiàn)低摻量的XYZ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(dòng)性混凝土,結(jié)果如圖4所示。從圖4可見(jiàn),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(cè)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(cè)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(duì)水泥的適應(yīng)性分析 為了考察XYZ系列減水劑對(duì)不同水泥的相容性,分別采用32.5#和42.5#普通硅酸鹽水泥測(cè)定的XYZ18減水劑的凈漿水泥流動(dòng)度及流動(dòng)度損失、凝結(jié)時(shí)間、減水率如表4所示。 由表4可見(jiàn),船z系列減水劑對(duì)不同生產(chǎn)廠家不同牌號(hào)的水泥有較好的適應(yīng)性3 結(jié)論 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(duì)減少混凝土的溫度裂縫十分有效。 摻加X(jué)YZ減水劑一方面可使水泥早期微小晶體大量生長(zhǎng)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。 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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發(fā)布:2007-08-12 11:39    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁(yè)]    [關(guān)閉]
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