氨基磺酸系高效減水劑改性砼研究

摘  要:研究了氨基磺酸系高效減水劑對(duì)混凝土一系列性能的影響。結(jié)果表明,該系列減水劑對(duì)水泥漿體具有高度的減水、保坍作用,以氨基磺酸為主導(dǎo)官能團(tuán)的混凝土泵送劑,可以較好地改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能。
 
關(guān)鍵詞: 高效減水劑;減水率;坍落度損失;主導(dǎo)官能團(tuán)
 
 
0 前言
 
  國(guó)內(nèi)外關(guān)于因高效減水劑對(duì)水泥表面的物理化學(xué)作用而導(dǎo)致砼性能的改變已基本達(dá)成共識(shí),其理論研究及生產(chǎn)實(shí)踐仍在深入進(jìn)行。目前具有代表性的外加劑主要有磺酸、羧酸、“磺酸一羧酸”三大系列。其中只有磺酸系列合成聚合物的反應(yīng)中既有縮聚型又有加聚型反應(yīng)產(chǎn)物存在,因此,氨基磺酸系高效減水劑(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ASF)可明顯改善砼的緩凝、保坍性能,提高砼減水率。
 
1 原材料及試驗(yàn)方法

1
1 試驗(yàn)原材料
 
  基準(zhǔn)水泥:#425普通硅酸鹽水泥;
  碎石:粒徑5~30 mm,體積質(zhì)量:1 360 kg/m3 ,表觀密度:2.60 g/cm3 ;
 
  砂:中級(jí)配砂,體積質(zhì)量為1 420kg/m3,表觀密度2.38 g/cm3;
  高效減水劑:自制氨基磺酸系高效減水劑,以下簡(jiǎn)稱(chēng)ASF;
  泵送劑:實(shí)驗(yàn)室用ASF配制泵送劑,固含量27.5%;
 
12 試驗(yàn)方法
 
  相容性測(cè)試按水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)定方法(GB8077—87)進(jìn)行,同時(shí)密封保存,分別測(cè)量30,60,90和120 min的流動(dòng)度保留值。
 
  高性能砼的配制采用不同比例的泵送劑,按砼外加劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB8076—1997)和砼泵送劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(JC473—2001)進(jìn)行,人工攪拌成型為100 mm*100 mm*1O0 mm砼試體,并檢測(cè)有關(guān)性能。
 
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2
1 ASF與水泥砼的相容性
 
  ASF對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響見(jiàn)表1及圖1~圖2。
 
      

   

 
 
  砼試驗(yàn)根據(jù)其試配原則,選取水灰比0.52,砂率0.44% ,體積質(zhì)量2 238 kg/m3 ,按配合比水泥:砂:石為1:1.86:2.35配制;采用人工攪拌,用ASF制成的泵送劑摻人量為2%和3%,砼性能指標(biāo)的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2和表3。
    

22 ASF與水泥砼相容性分析
 
 ?。?) 由表1或圖1可看出,ASF摻入量小于1%時(shí),減水劑對(duì)凈漿流動(dòng)度影響效果不明顯,但其凈漿流動(dòng)度值是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ASF摻量(≥2%)的,說(shuō)明ASF的減水效果不錯(cuò);ASF摻量高于3.5%時(shí),試驗(yàn)中凈漿大量泌水,使水泥凈漿與骨料離析,降低了砼的物理性能,并造成砼成本增高。
 
 ?。?)由表1及圖1,圖2分析可知,在水灰比一定時(shí),凈漿流動(dòng)度及減水率隨ASF摻入量的增加而增加,保坍作用亦十分明顯。這是因?yàn)锳SF的磺酸官能分別或同時(shí)與一種或多種極性集團(tuán)、極性原子組合在同一分子里,極性較強(qiáng),它在水中離解成大量的陰離子吸附在水泥粒子表面,形成較厚的水膜,降低其表面能量,改變水泥顆粒表面水層結(jié)構(gòu),從而增加體系的自由水量,提高流動(dòng)性;同時(shí)在水泥顆粒表面產(chǎn)生很高的表面同性電荷,使水泥顆粒之間產(chǎn)生較大的排斥力,從而破壞水泥漿體的凝聚結(jié)構(gòu)形式,增加流動(dòng)性。因此水泥凈漿流動(dòng)度隨ASF摻入量的增加而增加。
 
  (3)ASF減水劑的高分子聚合物官能團(tuán)與水泥中的堿性介質(zhì)發(fā)生水解反應(yīng),徐徐釋放出水溶性水解產(chǎn)物分散劑或緩凝劑,從而使坍落度保持在相當(dāng)水平,凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失下降。
 
 ?。?)分析表2和表3可知,摻人泵送劑的砼性能指標(biāo),其中除常壓泌水率外,其他性能均好于基準(zhǔn)水泥砼,特別是在抗壓強(qiáng)度、坍落度保留值等方面較為突出。其中摻3%泵送劑的砼3 d抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)水泥砼提高了37%,1.5 h坍落度僅下降20%。這同ASF減水劑對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響相一致,同時(shí)也與水泥對(duì)高效減水劑的吸附形態(tài)有關(guān)。ASF減水劑被水泥粒子吸附是剛性垂直鏈吸附,而目前應(yīng)用較為廣泛的萘系則為剛性橫臥吸附或點(diǎn)式吸附。前者具有立體的分散效果,減水率高,使水泥粒子穩(wěn)定分散,坍落度經(jīng)時(shí)損失??;后者使水泥粒子容易產(chǎn)生物理凝聚,坍落度經(jīng)時(shí)損失快。
 
 ?。?)由表2可見(jiàn),泵送劑摻入量為3%的砼性能好于摻入量為2%的砼性能,且均超過(guò)砼泵送劑標(biāo)準(zhǔn)(JC473—2001)的一等品指標(biāo)。但由經(jīng)驗(yàn)可知摻入量超過(guò)3%時(shí),泌水現(xiàn)象將較為嚴(yán)重,因此我們認(rèn)為配制高強(qiáng)度、高性能砼,泵送劑摻入量為2%~3%較為合適。
 
23 ASF對(duì)水泥砼微觀結(jié)構(gòu)的影響
 
  對(duì)于砼抗壓強(qiáng)度的增加,我們分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d的基準(zhǔn)水泥和泵送劑摻人比分別為2%和3%的砼試塊的水化產(chǎn)物進(jìn)行了SEM測(cè)試分析,見(jiàn)圖3圖4和圖5。
 
      
 
  由圖3可見(jiàn),基準(zhǔn)水泥砼內(nèi)部孔洞較多,較大孔洞中有針狀鈣釩石形成,但晶體比較細(xì)小,針狀、刺狀毛球?yàn)榈凸桠}比的CSH凝膠,無(wú)氫氧化鈣晶體出現(xiàn),水化不夠完全,結(jié)構(gòu)較為疏松,因此導(dǎo)致水泥石水化后強(qiáng)度較低。
 
  由圖4,圍5可見(jiàn),針柱狀鈣釩石晶體較圖3的基準(zhǔn)水泥砼粗且長(zhǎng),水化非常完全,大量的針柱狀鈣釩石晶體、六方板狀水化鋁酸鈣及粒子聚集的云霧狀CSH凝膠互相交織?;ハ啻罱樱鬼艃?nèi)部孔洞大量減少,從而結(jié)構(gòu)更加致密。而六方柱狀水化鋁酸鈣晶體在圖3內(nèi)部幾乎沒(méi)有。同時(shí)由于泵送劑的加入,使水泥粒子表面形成一層永膜。調(diào)整了水泥的水化進(jìn)程,從而使水泥石的初期結(jié)構(gòu)合理,后期水化充分水化產(chǎn)物更加有序,使鹼密實(shí)、高強(qiáng)由圖5可見(jiàn),泵送劑中的高分子表面活性劑,具有半膠體性質(zhì),填充與水泥水化產(chǎn)物之間,也使砼內(nèi)部空隙率減少,密實(shí)度增加,從而使其抗壓強(qiáng)度太為提高 達(dá)到了用ASF配制高強(qiáng)砼的要求。
 
3 結(jié)論
 
 ?。?)ASF減水率高,具有良好的緩凝保坍性鰭,且分散系統(tǒng)穩(wěn)定,配制成泵送荊后,使其控制砼坍落度經(jīng)時(shí)損失功能好。
 
 ?。?)ASF對(duì)水泥砼有較好的相容性.可以明顯提高砼的流動(dòng)性.。
 
 ?。?)摻人適量的ASF,可以有敖改善砼內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高砼的抗壓強(qiáng)度,特別是3 d強(qiáng)度。
 
原作者: 吳 波 張德成 張昭忠    

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