氨基磺酸系高效減水劑改性砼研究
2006-08-02 00:00
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摘 要：研究了氨基磺酸系高效減水劑對混凝土一系列性能的影響。結(jié)果表明，該系列減水劑對水泥漿體具有高度的減水、保坍作用，以氨基磺酸為主導官能團的混凝土泵送劑，可以較好地改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能。
關鍵詞： 高效減水劑；減水率；坍落度損失；主導官能團
0 前言
國內(nèi)外關于因高效減水劑對水泥表面的物理化學作用而導致砼性能的改變已基本達成共識，其理論研究及生產(chǎn)實踐仍在深入進行。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中既有縮聚型又有加聚型反應產(chǎn)物存在，因此，氨基磺酸系高效減水劑（以下簡稱ASF）可明顯改善砼的緩凝、保坍性能，提高砼減水率。
1 原材料及試驗方法
1．1 試驗原材料 基準水泥：#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，以下簡稱ASF；
泵送劑：實驗室用ASF配制泵送劑，固含量27．5%；
1．2 試驗方法
相容性測試按水泥凈漿流動度測定方法（GB8077—87）進行，同時密封保存，分別測量30，60，90和120 min的流動度保留值。
高性能砼的配制采用不同比例的泵送劑，按砼外加劑國家標準（GB8076—1997）和砼泵送劑國家標準（JC473—2001）進行，人工攪拌成型為100 mm*100 mm*1O0 mm砼試體，并檢測有關性能。
2 試驗結(jié)果與分析
2．1 ASF與水泥砼的相容性 ASF對水泥凈漿流動度的影響見表1及圖1～圖2。
砼試驗根據(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%，砼性能指標的測試數(shù)據(jù)見表2和表3。
2．2 ASF與水泥砼相容性分析
（1） 由表1或圖1可看出，ASF摻入量小于1%時，減水劑對凈漿流動度影響效果不明顯，但其凈漿流動度值是遠遠小于ASF摻量（≥2%）的，說明ASF的減水效果不錯；ASF摻量高于3．5%時，試驗中凈漿大量泌水，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，凈漿流動度及減水率隨ASF摻入量的增加而增加，保坍作用亦十分明顯。這是因為ASF的磺酸官能分別或同時與一種或多種極性集團、極性原子組合在同一分子里，極性較強，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，提高流動性；同時在水泥顆粒表面產(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，增加流動性。因此水泥凈漿流動度隨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與水泥中的堿性介質(zhì)發(fā)生水解反應，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水平，凈漿流動度經(jīng)時損失下降。
?。?）分析表2和表3可知，摻人泵送劑的砼性能指標，其中除常壓泌水率外，其他性能均好于基準水泥砼，特別是在抗壓強度、坍落度保留值等方面較為突出。其中摻3%泵送劑的砼3 d抗壓強度比基準水泥砼提高了37%，1．5 h坍落度僅下降20%。這同ASF減水劑對水泥凈漿流動度的影響相一致，同時也與水泥對高效減水劑的吸附形態(tài)有關。ASF減水劑被水泥粒子吸附是剛性垂直鏈吸附，而目前應用較為廣泛的萘系則為剛性橫臥吸附或點式吸附。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)時損失??；后者使水泥粒子容易產(chǎn)生物理凝聚，坍落度經(jīng)時損失快。
?。?）由表2可見，泵送劑摻入量為3%的砼性能好于摻入量為2%的砼性能，且均超過砼泵送劑標準（JC473—2001）的一等品指標。但由經(jīng)驗可知摻入量超過3%時，泌水現(xiàn)象將較為嚴重，因此我們認為配制高強度、高性能砼，泵送劑摻入量為2%～3%較為合適。
2．3 ASF對水泥砼微觀結(jié)構(gòu)的影響
對于砼抗壓強度的增加，我們分別對標準養(yǎng)護28 d的基準水泥和泵送劑摻人比分別為2%和3%的砼試塊的水化產(chǎn)物進行了SEM測試分析，見圖3圖4和圖5。
 由圖3可見，基準水泥砼內(nèi)部孔洞較多，較大孔洞中有針狀鈣釩石形成，但晶體比較細小，針狀、刺狀毛球為低硅鈣比的CSH凝膠，無氫氧化鈣晶體出現(xiàn)，水化不夠完全，結(jié)構(gòu)較為疏松，因此導致水泥石水化后強度較低。
由圖4，圍5可見，針柱狀鈣釩石晶體較圖3的基準水泥砼粗且長，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?，使砼內(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)部幾乎沒有。同時由于泵送劑的加入，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、高強由圖5可見，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，密實度增加，從而使其抗壓強度太為提高 達到了用ASF配制高強砼的要求。
3 結(jié)論
（1）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)時損失功能好。
（2）ASF對水泥砼有較好的相容性．可以明顯提高砼的流動性.。
?。?）摻人適量的ASF，可以有敖改善砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高砼的抗壓強度，特別是3 d強度。 |
| 原作者： 吳 波 張德成 張昭忠 |
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