氨基磺酸系高效減水劑改性砼研究
2006-09-11 00:00
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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—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：42.5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 ；
減水劑：自制氨基磺酸系高效減水劑，以下簡(jiǎn)稱ASF；
泵送劑：實(shí)驗(yàn)室用ASF配制泵送劑，固含量27．5%；
1．2 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*100 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。
 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(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。
（2）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的磺酸官能團(tuán)可分別或同時(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。
（4）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。
2．3 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
（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(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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