混凝土減縮劑種類及制備

1　醇類減縮劑

1.1　一元醇類減縮劑

一元醇類減縮劑通式為ROH。式中R代表C4~C6的烷基或C5~C6的環(huán)烷基,其中最有效的基團(tuán)是C4的丁基。這類減縮劑的用量取決于烷基中碳原子的數(shù)目,其一般摻量為水泥質(zhì)量的0.5%~10% ,最佳摻量是1.5%~5%。它除了有減少干縮的作用外,還具有以下特點(diǎn): (1)有引氣作用,而且這類引氣作用對(duì)環(huán)境溫度的變化不敏感;(2)不嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度;(3)幾乎不降低混凝土的不燃性;(4)價(jià)格便宜;(5)在干濕交替條件下易溶出。

1.2　氨基醇類減縮劑

氨基醇類減縮劑的通式如下:

式中R1和R2分別從氫原子和C1~C3的直鏈或帶支鏈的烷基中選取,R3和R4分別從氫原子和C1~C8的直鏈或帶支鏈的烷基中選取,但R3和R4中至少應(yīng)包含2個(gè)碳原子。其中最適宜的化合物是2-氨基-2-甲基-1-丙醇和2-氨基-1-丁醇。它的一般摻量為水泥質(zhì)量的1%~10 %,適宜摻量是2%~5%。除了能減少混凝土的干縮外,它還具有一定的減水作用。將其與減水劑復(fù)合使用時(shí)效果更好,它和減水劑復(fù)合的比例在10∶1~1∶2比較合適。

1.3　二元醇類減縮劑

二元醇類減縮劑的通式為R-RCOH-(CH2)n-RCOH-R。式中每個(gè)R獨(dú)立地表示氫原子或1個(gè)C1~C2的烷基,每個(gè)R′獨(dú)立地表示一個(gè)C1~C2的烷基,n為1或2的整數(shù)。其中適宜的化合物為1個(gè)或2個(gè)R基團(tuán)選自C1~C2的烷基,而n是1。最適宜的化合物是2-甲基-2,4-戊二醇。它的一般摻量為水泥質(zhì)量的0.8%~5% ,適宜摻量是1%~3%。它在減少混凝土干縮的同時(shí),并不會(huì)造成過(guò)度的緩凝,這應(yīng)歸功于其具有伯基或比二羥基更高的基團(tuán)的多元醇;而且它的蒸汽壓低、沸點(diǎn)高,因此易于操作和貯存,而不用考慮使用時(shí)的蒸發(fā)和損失問(wèn)題。

2　聚氧乙烯類減縮劑

2.1　RO(AO)nH型減縮劑

RO(AO)nH型減縮劑可以通過(guò)在醇中添加環(huán)氧乙烷和(或)環(huán)氧丙烷的方法制備。還可添加其它的氧化烯烴,如氧化丁烯或氧化苯乙烯,添加的量以不影響化合物本身的預(yù)期性能為基準(zhǔn)(通常不大于氧化烯烴自由基總重的50%)。它在水泥中的最佳摻量與烷基的碳原子數(shù)和分子中氧化烯烴的摩爾數(shù)有關(guān),其一般摻量為水泥質(zhì)量的0.5%~10%,最佳摻量為1.5%~5 %。除了可以明顯地降低混凝土的干縮值,它幾乎不降低混凝土的不燃性,也不明顯降低混凝土的強(qiáng)度,而且沒(méi)有分散性和起泡能力。

2.2　R-O-Z-H型減縮劑

R-O-Z-H型減縮劑通過(guò)月桂醇、月桂酸與環(huán)氧乙烷和(或)環(huán)氧丙烷的單體或聚合物(包括低聚物)反應(yīng)的方法得到。其具體過(guò)程如下:將組分A (醇或酸)和作為催化劑的NaOH一起放入1.08 MPa壓力的反應(yīng)器中,在氮?dú)獗Ｗo(hù)下緩慢升溫,在100~110℃下保溫30分鐘使之脫水;然后關(guān)閉反應(yīng)小時(shí),之后將得到的化合物陳化30分鐘。冷卻后,開(kāi)啟反應(yīng)器,進(jìn)行中和、過(guò)濾,即可得到所需的化合物。它的一般摻量為水泥質(zhì)量的0.1%~8.0% ,最佳摻量為1%~6%。其除了可以大幅度地減少混凝土干縮外,還能明顯提高混凝土抵抗凍融循環(huán)的能力,但會(huì)使混凝土的抗壓強(qiáng)度下降。

3　多組分減縮劑

前面介紹的醇類減縮劑和聚氧乙烯類減縮劑都是單組分的減縮劑,多組分減縮劑由兩種及兩種以上組分組合而成,下面簡(jiǎn)單介紹7種最常用的多組分減縮劑。

(1) 由低分子量的氧化烯烴化合物和高分子量的含聚氧化烯鏈的梳形聚合物構(gòu)成的減縮劑

低分子量的氧化烯烴化合物可從符合通式HOAOH或HO(AO)nH的化合物中選取。這些化合物的分子量可以大到4000,但最好是在2000左右。高分子量的梳形聚合物的懸垂支鏈大多數(shù)由氧化烯烴或羧酸基團(tuán)構(gòu)成,并且氧化烯烴基團(tuán)為聚合物的主要成分。此外,梳形聚合物還可以是以聚氧化烯烴為主鏈的共聚物,它包含接枝到聚合物骨架主鏈上的羧酸單元。梳形聚合物的重均分子量應(yīng)在2000~100000,較適宜的范圍是2000~50000。而且,聚合物中氧化烯烴單元占聚合物分子量的比例不小于50%,最好不小于60 %。在減縮劑中,低分子量的氧化烯烴化合物和高分子量的梳形聚合物的質(zhì)量比為1~100 ,其中優(yōu)選的比值為3~20。它的一般摻量為水泥質(zhì)量的0.1%~3% ,適宜摻量是水泥質(zhì)量的0.5%~3%。與僅含有低分子量組分的減縮劑相比,它能進(jìn)一步減少混凝土的干縮;與空白混凝土或僅含有這類外加劑的某一類組分的混凝土相比,它可獲得最高的混凝土抗壓強(qiáng)度;而且不會(huì)影響混凝土的引氣能力。

(2) 由含仲羥基和(或)叔羥基的亞烷基二醇和烯基醚/馬來(lái)酸酐共聚物組成的減縮劑

這類共聚物可以用烯基醚和馬來(lái)酸酐通過(guò)本體或懸浮聚合制備。該聚合反應(yīng)要在有機(jī)過(guò)氧化物或偶氮化合物類引發(fā)劑存在的情況下進(jìn)行。這類共聚物還可以通過(guò)其它的可與烯基醚和馬來(lái)酸酐發(fā)生共聚的乙烯類不飽和單體(如苯乙烯、α烯烴或乙酸乙烯酯)來(lái)制備。乙烯類不飽和單體的用量不宜超過(guò)單體單元的30% ,最好不超過(guò)10%。這種減縮劑中亞烷基二醇和烯基醚/馬來(lái)酸酐共聚物的質(zhì)量比值范圍為1~100 ,優(yōu)選的比值為3~20。它的一般摻量為水泥質(zhì)量的0.1%~3% ,適宜摻量為0.5 %~3%。與空白混凝土相比,它能明顯減少混凝土的干縮;與空白混凝土或僅含有這類外加劑的某一類組分的混凝土相比,使用這類外加劑可得到的抗壓強(qiáng)度最高。

(3) 由烷基醚氧化烯加成物和亞烷基二醇組成的減縮劑烷基醚氧化烯加成物可以用通式RO(AO)nH表示。

式中R代表C1~C7烷基或C5~C6環(huán)烷基,優(yōu)選的R為C3~C5烷基,以丁基和環(huán)己基最佳;A代表1個(gè)或多個(gè)C2~C4亞烷基,優(yōu)選的A為C2~C3亞烷基;n為1~5的整數(shù),優(yōu)選的n為2~3。優(yōu)選的加成物為雙丙二醇單叔丁基醚和三丙二醇單叔丁基醚。亞烷基二醇可用通式HOBOH表示。式中B代表C5~C10的直鏈或帶支鏈的亞烷基,優(yōu)選的B為C5~C8的亞烷基。