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新型聚羧酸系超塑化劑與水泥相容性初探

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摘要: 通過調(diào)整石膏含量和形態(tài),考察水泥中調(diào)凝石膏對水泥與聚羧酸系超塑化劑相容性的影響,提出可以通過對聚羧酸系超塑化劑進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)改性,來提高水泥和聚羧酸系超塑化劑之間的相容性。

關(guān)鍵詞: 聚羧酸系;超塑化劑;水泥;石膏;相容性

中圖分類號: TU528.042.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號: 1001- 702X01- 0056- 04

0 前言

隨著現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的發(fā)展,要求混凝土向高強(qiáng)、輕質(zhì)及施工流態(tài)化方向發(fā)展。高性能超塑化劑作為一種化學(xué)外加劑,已成為配制高性能混凝土必不可少的組份,它可以最大限度地控制混凝土的用水量,提高混凝土的耐久性,克服普通混凝土坍落度損失過快的缺點(diǎn),縮短凝結(jié)時間等。

然而,混凝土外加劑在經(jīng)歷了快速發(fā)展及大規(guī)模推廣應(yīng)用后,始終困擾業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的難題依然是外加劑與水泥品種的適應(yīng)性問題。幾乎所有品種的外加劑與水泥之間都存在適應(yīng)性問題。以目前使用最為普遍的減水劑為例,當(dāng)其與水泥產(chǎn)生不適應(yīng)性的時候,會非常明顯地表現(xiàn)出流動性變差、減水率降低、坍落度損失過快等,而至今還沒有一種通用減水劑能適應(yīng)所有的國產(chǎn)水泥品種。

聚羧酸系減水劑作為第三代新型混凝土高效減水劑,因其相對于萘系高效減水劑具有高減水率、低收縮、高強(qiáng)度、低泌水和坍落度損失小等優(yōu)點(diǎn),其生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展很快。目前,國內(nèi)從事聚羧酸外加劑研發(fā)、生產(chǎn)、供貨的單位有幾十家,主要產(chǎn)品達(dá)十幾種。北京、上海、天津、廣州等城市的許多預(yù)拌混凝土攪拌站,都已經(jīng)應(yīng)用或正在嘗試使用聚羧酸外加劑配制混凝土。起初,聚羧酸外加劑主要用于配制高強(qiáng)、自密實(shí)、高流態(tài)等特種和高性能混凝土。隨著聚羧酸外加劑生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)不斷提高,產(chǎn)品逐漸系列化,成本逐漸降低,聚羧酸外加劑同樣可用于配制中低強(qiáng)度的高性能混凝土。隨著聚羧酸外加劑的推廣應(yīng)用,對其性能特點(diǎn)的認(rèn)識也不斷深化,即聚羧酸外加劑同樣也存在與混凝土中的其它材料的適應(yīng)性問題。了解不同聚羧酸外加劑產(chǎn)品與不同水泥品種的相容性特點(diǎn),對正確使用和充分發(fā)揮聚羧酸外加劑的性能有重要意義。

水泥與超塑化劑之間的相互作用是一種非常復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象,必須做嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?。只有充分了解水泥、熟料以及超塑化劑的物理和化學(xué)性能,才可以分析這種水泥與超塑化劑作用下漿體的流變行為。而目前國內(nèi)對水泥和高效減水劑之間適應(yīng)性的研究還很少,一般都是根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整,因此,開展此方面的研究對高效減水劑的合理使用及其推廣應(yīng)用意義重大。

1 新型羧酸系梳形共聚物超塑化劑的分子結(jié)構(gòu)特征

羧酸系梳形共聚物根據(jù)其主鏈結(jié)構(gòu)的不同可以分為2類[1- 2]:即I 類以丙烯酸或甲基丙烯酸為主鏈,接枝不同側(cè)鏈長度的聚醚;II 類以馬來酸酐為主鏈接枝不同側(cè)鏈長度的聚醚。其中I 類又分為:主鏈上帶有COO-基團(tuán),聚氧乙烯側(cè)鏈以COO酯鍵相連;主鏈上帶有COO-基,而PEO 側(cè)鏈以CON 酰亞胺鍵形式相連[3];主鏈上帶有COO-基團(tuán)外,還帶有磺酸根基團(tuán),而PEO 側(cè)鏈仍以COO 酯鍵形式相連[4- 5]。II類分為:馬來酸酐和烯丙醇醚的共聚物[6- 7]、苯乙烯和馬來酸酐共聚物與單甲基聚醚的接枝物[7]。這些梳形共聚物共同的結(jié)構(gòu)特征是:主鏈上都含有羧酸基吸附基團(tuán),側(cè)鏈上鏈接有PEO 提供空間位阻,不同長度的聚醚側(cè)鏈或長短不同的聚醚側(cè)鏈進(jìn)行組合,在水泥顆粒上的吸附行為就不同,提供的位阻效應(yīng)也不同,其分散性能也截然不同。

正是由于羧酸系梳形共聚物化學(xué)結(jié)構(gòu)上的多變性,高性能化的潛力大,才引起了世界各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。這些聚合物可以通過改變主鏈化學(xué)結(jié)構(gòu)、側(cè)鏈聚醚種類和長度、主鏈分子量大小及分布、離子基團(tuán)含量來實(shí)現(xiàn)聚羧酸外加劑的高性能化。圖1 表示聚醚側(cè)鏈長度不同的梳形共聚物分子結(jié)構(gòu)圖像[8],短側(cè)鏈的梳形共聚物空間位阻作用較弱,分散性能較差,但保坍性能優(yōu)異;長側(cè)鏈聚醚的梳形共聚物空間位阻效應(yīng)強(qiáng),分散效果好,但流動度損失快。長短不同的側(cè)鏈進(jìn)行組合可以改變其在水泥顆粒界面的行為,既能顯示出較高的初始流動性,也具有良好的坍落度保持能力[5]。

2 外加劑與水泥適應(yīng)性的主要影響因素

2.1 水泥的礦物組成

水泥的礦物組成因生產(chǎn)廠家在原材料、生產(chǎn)工藝等方面存在差別而有所不同。我國大中型水泥廠水泥熟料的主要成分波動很大,C3S 含量可以相差1 倍以上,C3A 含量則可能相差6 倍。就是同一廠家的水泥熟料其礦物成分也會有所波動,據(jù)某年調(diào)查,C3S 波動在±2.5%以內(nèi)的廠家有50%以上,C3A波動在±1%以內(nèi)的廠家有70%以上。陳建奎[9]通過對水泥熟料礦物組分C3S、C2S、C3A、C4AF 對木鈣分子的等溫吸附的研究表明,他們對木鈣減水劑的吸附程度為:C3A>C4AF>C3S>C2S,可見,鋁酸鹽相礦物對木鈣的吸附程度大于硅酸鹽相礦物。由于C3A 對木鈣的選擇吸附,使得吸附量顯著增加,這樣就會降低減水劑的減水作用。因此,在摻量相同的情況下,C3A、C4AF 含量較高的水泥漿體中,減水劑的分散效果就較差,C3A含量低而C3S 含量高的水泥對木鈣類減水劑的適應(yīng)性好。四大礦物組分對萘系和聚羧酸系減水劑的吸附程度有待進(jìn)一步研究。

2.2 水泥中的調(diào)凝石膏

在粉磨水泥熟料時,一般都摻加一定量的石膏共同磨細(xì),在此,石膏起調(diào)整水泥凝結(jié)時間的作用。由于粉磨過程中,磨機(jī)內(nèi)溫度升高,使一部分二水石膏脫去部分結(jié)晶水轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨?,或脫去全部結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水石膏。另外,有些水泥廠為節(jié)省生產(chǎn)成本,往往采用硬石膏或工業(yè)副產(chǎn)品石膏代替二水石膏作為水泥調(diào)凝劑,按照有關(guān)水泥標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)時一般區(qū)別不大。但當(dāng)摻外加劑時,有時卻表現(xiàn)出大相徑庭的塑化效果,尤其是以無水石膏作為調(diào)凝劑的水泥遇到木鈣、糖鈣減水劑時,會產(chǎn)生嚴(yán)重的不適應(yīng)性,不僅得不到預(yù)期的減水效果,而且往往會引起流動度損失過快甚至異常凝結(jié)。

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發(fā)布:2007-08-12 11:54    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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