萘系減水劑與緩凝成份復(fù)合效應(yīng)試驗(yàn)研究

     【摘　要】: 本文詳細(xì)研究了在總摻量一定的情況下,就萘磺酸鹽高效減水劑與不同緩凝組分復(fù)合后對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度、混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失與抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明: 在總摻量不變的情況下, 復(fù)合使用高效減水劑和緩凝劑, 可提高高效減水劑與水泥的適應(yīng)性, 大幅度降低水泥凈漿流動(dòng)度和混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)損失。

      【關(guān)鍵詞】: 高效減水劑; 緩凝劑; 坍落度損失

      前言

      目前單一外加劑品種國內(nèi)外相差不是很大, 而我國在復(fù)合外加劑及其應(yīng)用技術(shù)還停留在90年代以前的水平。目前混凝土外加劑發(fā)展的方向是高效能、多功能復(fù)合外加劑。只有復(fù)合化才能具有高效能、多功能, 并且促進(jìn)新型混凝土和新的施工工藝的發(fā)展。大量試驗(yàn)資料及工程實(shí)踐表明,減水劑與其他外加劑進(jìn)行復(fù)合, 是減水應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的又一趨勢(shì)。單一品種的外加劑, 無論是有機(jī)的還是無機(jī)的,都難以滿足工程的需要。

      2　外加劑復(fù)合的原理和設(shè)計(jì)思路

      2.1　減水作用機(jī)理

      當(dāng)代混凝土工業(yè)普遍使用的超塑化劑絕大部分是萘磺酸鹽甲醛縮合物( PNS) 和磺化三聚氰胺甲醛樹脂(PMS) , 其作用機(jī)理主要為分子之間存在靜電斥力[ 1 ]。

      在新拌混凝土中, 加入減水劑后, 減水劑的憎水基團(tuán)定向吸引于水泥質(zhì)點(diǎn)表面, 親水基團(tuán)指向水溶液, 組成了單分子或多分子吸附膜。由于表面活性劑分子的定向吸附,使水泥質(zhì)點(diǎn)表面帶有相同符號(hào)的電荷, 于是在電性斥力的作用下, 不但使水泥- 水體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)(雙電層ζ- 電位提高) , 并使水泥在加水初期所形成的絮凝狀結(jié)構(gòu)分散解體, 使絮凝狀凝聚體內(nèi)的游離水釋放出來,從而達(dá)到減水的目的[ 2 ]。

      2.2　外加劑復(fù)合原理

      減水作用機(jī)理研究表明, 通過三種作用可以減少水泥混凝土的用水量, 或保持相同的水灰比, 增加其流動(dòng)性,即:

      a.分散作用;

      b.初期水化抑制;

      c.引氣作用。

      水泥混凝土混合物中, 水以三種形式存在, 即化學(xué)結(jié)合水、吸附水和游離水。水泥完全水化, 只需要水灰比0.22左右。但是, 為了滿足新拌混凝土工作性能的要求,實(shí)際用水量比理論用水量要大的多。這樣就在損失強(qiáng)度的前提下滿足混合物工作性要求, 因此不摻外加劑的普通混凝土的水泥利用系數(shù)[R28 ( kgf / cm2 ) /單位水泥用量〗較低。

      結(jié)合水參與了化學(xué)反應(yīng), 使水泥水化硬化, 因而具有強(qiáng)度; 游離水使混合物具有工作性, 滿足施工工藝要求;而吸附水(包括水泥凝聚結(jié)構(gòu)中所封住的水) 影響水泥石與集料間粘結(jié)力, 降低混凝土強(qiáng)度和耐久性。

      摻分散作用的外加劑, 如高效減水劑, 能使水泥漿分散, 破壞了水泥漿中凝聚結(jié)構(gòu), 使吸附水減少, 游離水增多, 因而大大提高了水泥漿的流動(dòng)性, 或者保持相同流動(dòng)性時(shí)減少用水量。

      摻緩凝劑, 由于對(duì)初期水泥水化的抑制作用減少了結(jié)合水量, 相對(duì)增加了游離水量, 因而也具有減水作用。

      引氣劑使混凝土混合物引入大量微氣泡, 在粒子之間產(chǎn)生滾動(dòng)和浮托作用, 使水泥漿分散, 同樣具有減水作用。

      這三種減水作用機(jī)理不同。通過復(fù)合, 使不同減水作用“疊加”可以進(jìn)一步提高減水效果[ 3 ]。

      2.3　復(fù)合外加劑的設(shè)計(jì)思路

      混凝土攪拌站使用的液體外加劑, 大多是經(jīng)過復(fù)合有一定比例的其它材料: 如分散、保塑、緩凝、促凝、早強(qiáng)、增強(qiáng)、密實(shí)、抗?jié)B、引氣、防凍、防銹蝕等成份內(nèi)容。隨著摻入的材料品種性能不同, 復(fù)合出的外加劑產(chǎn)品的性能也隨之不同; 復(fù)合材料摻用量的比例不同, 復(fù)合外劑的性能指標(biāo)也隨之不同。關(guān)鍵就在于復(fù)合材料品種的選擇和所摻用量比例的多少。復(fù)合得當(dāng), 其作用是單一作用的疊加,或者超過單一作用的總和。因此, 在復(fù)合設(shè)計(jì)時(shí), 一定要根據(jù)所掌握的材料性能, 進(jìn)行復(fù)合并進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。首先本試驗(yàn)用7種緩凝劑與奈系減水劑復(fù)合進(jìn)行水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn), 每種緩凝劑用3種不同參量進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比; 通過以上試驗(yàn)優(yōu)選出2種緩凝劑PN和JL。并進(jìn)行混凝土性能(坍落度經(jīng)時(shí)損失和混凝土抗壓強(qiáng)度) 對(duì)比試驗(yàn)。

      3　原材料及試驗(yàn)方法

      3.1　原材料

      試驗(yàn)采用P·O 32.5R拉法基水泥。混凝土試驗(yàn)采用中砂, 5 mm～20 mm卵石; 外加劑采用萘系高效減水劑FDN和緩凝劑, 其摻量均以占水泥重量的百分率( % ) 表示;試驗(yàn)用水為自來水。

      3.2　試驗(yàn)方法

      3.2.1　水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)

      采用中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB /T 8077 - 2000 混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法。

      3.2.2　配合比設(shè)計(jì)及物理力學(xué)性能試驗(yàn)本試驗(yàn)按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》( JGJ 55- 2000) , 《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB /T50080 - 2002) 進(jìn)行。

      4　試驗(yàn)及結(jié)果

      4.1　PN和JL性能的比較

      保持相同摻量情況下, 比較了兩種緩凝劑( PN和JL)對(duì)水泥流動(dòng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果如表1。

 

表1　萘系與緩凝劑復(fù)合對(duì)流動(dòng)度的影響

 

      可以看出, PN與JL 相比, 在相同摻量的情況下, 初始流動(dòng)度基本相同, 但前者的經(jīng)時(shí)損失小。并可以看出兩者摻量在0.05%時(shí), 經(jīng)時(shí)損失明顯小于摻量為0.1%時(shí)。進(jìn)一步的試驗(yàn)( 如表2 ) 表明, 將PN和JL與萘系以一定比例復(fù)合參加, 也能收到較好的減水效果, 需進(jìn)一步進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。

 

表2　兩種緩凝劑與萘系復(fù)合對(duì)流動(dòng)度的影響

 

 

      4.2　混凝土試驗(yàn)

      混凝土采用機(jī)械攪拌, 室溫下(約20 ℃) 養(yǎng)護(hù)測(cè)定坍落度經(jīng)時(shí)損失?；炷僚浜媳热绫?所示?；炷撂涠冉?jīng)時(shí)損失和抗壓強(qiáng)度如表4所示。單獨(dú)使用FDN , 雖然初始坍落度較高, 但其經(jīng)時(shí)損失迅速, 說明FDN與水泥適應(yīng)性較差; 復(fù)合使用FDN和PN, 初始坍落度略大于單獨(dú)使用FDN, 其一小時(shí)經(jīng)時(shí)損失也比單獨(dú)使用FDN 的小; 復(fù)合使用FDN和PN + JL, 初始坍落度與復(fù)合使用FDN和PN時(shí)相同, 其一小時(shí)經(jīng)時(shí)損失也小于復(fù)合使用FDN和PN。這一試驗(yàn)結(jié)果與前述水泥凈漿試驗(yàn)結(jié)果完全吻合。說明復(fù)合使用FDN + PN + JL , 可以提高減水劑與水泥的適應(yīng)性, 有效地控制大流動(dòng)性混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失。表5 所示標(biāo)準(zhǔn)立方體試件抗壓強(qiáng)度結(jié)果表明: 復(fù)合使用FDN + PN + JL,對(duì)混凝土早期強(qiáng)度及后期強(qiáng)度影響不大。

 

表3　混凝土配合比

 

表4　復(fù)合使用FDN、PN和JL的混凝土坍落度損失比較

 

表5　復(fù)合使用FDN、PN和JL的混凝土抗壓強(qiáng)度比較

 

      5　總　結(jié)

      本文研究結(jié)果表明:

      a.復(fù)合高效減水劑中緩凝成份應(yīng)控制在0.05%左右,隨著溫度的變化可適當(dāng)調(diào)整緩凝成份; 當(dāng)緩凝成份達(dá)到0.1%時(shí), 坍落度損失明顯增大。

      b.復(fù)合使用高效減水劑與緩凝劑, 能有效控制大流動(dòng)性混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失, 提高減水劑與水泥的適應(yīng)性,并使混凝土有較好的工作性。

      c.從表5中可以看出, 使用復(fù)合高效減水劑對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度影響不大。

 

[1] 　蔣亞清. 混凝土外加劑應(yīng)用基礎(chǔ). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2004.4.

[2] 　熊大玉,王小虹,等. 混凝土外加劑. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2002.1.

[3] 　陳建奎. 混凝土外加劑的原理與應(yīng)用[M ]. 北京:中國計(jì)劃出版社, 1996.12.

[4] 　林永達(dá),李干佐,高平坦. 表面活性劑在水泥和瀝青混凝土中的應(yīng)用. 北京:中國輕工業(yè)出版社, 2001.5.

[5] 　何廷樹,等. 復(fù)合使用高效減水劑控制大流動(dòng)性混凝土坍落度損失. 混凝土, 2001.