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新型聚羧酸保坍剂的制备及混凝土性能研究
发布时间:2017-6-22 阅读:2020次   打印本页 || 关闭窗口
摘要

 针对混凝土坍落度损失较快的问题,研制了一种新型聚羧酸保坍剂。通过与其他公司聚羧酸保坍剂的净浆流动度对比试验表明:该新型聚羧酸保坍剂PC-103具有明显的高坍落度保持能力,并且在2h左右分散效果达到最大约280mm;并且与普通聚羧酸减水剂复配后效果明显优于单掺,其混凝土性能较好,有良好的适应性。

引言

    随着我国经济的快速发展和建筑水平的提高,对混凝土质量的要求越来越高。聚羧酸减水剂作为一种新型高性能减水剂,因其掺量低、减水率高、新拌混凝土流动性及保坍性好、低收缩、增强潜力大、环境友好等一系列突出性能,已广泛应用于市政、铁路、公路、港口、桥梁、水电等领域[1-3]。但是,由于国内水泥品种众多且水泥品质波动很大、混凝土砂石品质较差等众多原因。例如,含泥量和含石粉量很高以及某些机制砂品质很差等。采用通用型聚羧酸减水剂所配置的混凝土也会出现一些问题,而其中坍落度经时损失过大是最常见的主要问题[4]。尤其是长时间长距离运输时,就会导致混凝土坍落度损失很快,这不但影响施工,还会极大的影响混凝土的性能及质量,由此在一定程度上制约了聚羧酸减水剂的推广。

    国内解决以上问题的主要方法主要有以下三种:(1)复配缓凝剂;(2)二次或者多次添加减水剂;(3)提高初始流动性,甚至离析,以保证工地的泵送性能。虽然上述三种方法某种程度上能够解决坍落度损失问题,但是各自都存在一定的局限性,并不能从根本上解决坍落度损失的问题[5]。因此,需要采用反应性高分子使减水剂缓慢释放是解决混凝土坍落度损失问题的有效方法。但目前,国内母液产品单一,主要以高减水型和普通保坍型聚羧酸母液为主,而普通保坍型聚羧酸,是在高减水型聚羧酸的基础上发展而来,混凝土初始有较大的流动度,但经时仍有一定的损失,对于长时间长距离运输或对坍落度有特殊要求的工程,仍不能满足。为此,迫切需要一种控制混凝土坍落度损失的聚羧酸减水剂,从根本是解决1-2h甚至更长时间的坍损问题,拓宽外加剂品种满足不同工程的要求。
    本文研制了一种新型聚羧酸保坍剂,并探讨了该新型聚羧酸保坍剂在混凝土中的应用性能。

试验

 1.1试验原料与仪器

    甲基烯丙基聚氧乙烯醚大单体(上海东大化学,TPEG,分子量2400~3000);丙烯酸(AA),分析纯;过硫酸铵,分析纯;链转移剂,分析纯;抗坏血酸(VC),分析纯;丙烯酸羟乙酯(HEA),分析纯;碱液;去离子水。
    水泥,P·O 42.5R级水泥;粉煤灰,株洲电厂;矿粉,湘潭华新矿粉S95.细集料,坪塘机制砂;粗集料,望城碎石;普通聚羧酸减水剂,采用自制减水剂(PC-101),减水率达25%以上。
    JJ-1电动搅拌器;HL-2B恒流泵;DK-98-Ⅱ水浴锅,电子天平;四口烧瓶;NJ-160水泥净浆搅拌机;实验室混凝土搅拌机;压力试验机。
1.2合成工艺
    在带有搅拌器和温度计的四口烧瓶中加入一定量的去离子水和聚醚,搅拌至TPEG全部溶解,再加入过硫酸铵搅拌,然后依次滴加AA与HEA的混合溶液,滴加VC和链转移剂的混合溶液,两种溶液匀速滴加3~3.5h滴完,然后继续搅拌1h。反应结束后,加入液碱,调节PH值至6~8,即得新型聚羧酸保坍剂。
1.3水泥净浆流动度测试
    水泥净浆流动度参照GB/T8077-2012《混凝土外加剂均质性试验方法》中的水泥净浆流动度的相关标准进行测试,水灰比为0.29,减水剂掺量为0.16%。
1.4 混凝土测试
    混凝土性能测定按照GB/T8076-2008《混凝土外加剂》、GB50119《混凝土外加剂应用技术规范》、GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能测试方法标准》及JC473-2001《混凝土泵送剂》进行实验。

检测结果与讨论

2.1 水泥净浆流动度测试

    选取市场上3个不同厂家生产的3种聚羧酸保坍剂产品,分别编号A、B和C,与我们研制的新型聚羧酸保坍剂PC-103进行对比试验,保坍剂的固含量均为40%。水泥为海螺P·O 42.5R。实验结果如表1所示。

表1 净浆流动度测试结果

样品编号 水泥净浆流动度(mm)
初始 0.5h 1h 1.5h 2h 2.5h
A 150 220 260 255 235 200
B 120 190 210 235 240 230
C 180 210 235 250 230 215
PC-103 110 220 270 275 285 265

    实验结果表明,我们研发的新型聚羧酸保坍剂PC-103,虽然初始净浆流动度小一些,但之后开始逐渐增长,2h能达到285mm,缓释分散效果在2h左右达到最大。新型聚羧酸保坍剂PC-103初始净浆流动度不大,是因为初期保坍剂分子只有少量吸附在水泥颗粒上,但随着不饱和酯的不断缓慢水解释放羧基,净浆流动度不断增大,进而表现出较好的缓释分散效果。
2.2 水泥适应性测试
    一般认为,通过水泥净浆流动度试验来考察外加剂与水泥的适应性。因此,本文主要对三种不同水泥厂家的水泥进行水泥净浆流动度测试,通过水泥净浆流动度的经时损失来判断新型聚羧酸保坍剂PC-103对水泥的适应性。水泥分别选自长沙市场上常用的海螺、中材和华新三种水泥。实验结果如表2所示。

表2 水泥适应性测试结果

水泥品牌 水泥净浆流动度(mm)
初始 0.5h 1h 1.5h 2h
海螺 110 220 270 275 285
中材 120 230 275 280 285
华新 100 210 250 260 275

    由表2可知,用我们自己研发的新型聚羧酸保坍剂PC-103初始净浆流动度均较小,在110mm左右,随着时间的延长,净浆流动度不断增大,在2h达到最大280mm左右。其中用华新水泥稍微差一点,在误差范围内。整体来说,新型聚羧酸保坍剂PC-103对这3种水泥具有较好的适应性。
2.3 混凝土测试结果
    为了更全面的评定新型聚羧酸保坍剂PC-103的性能,对该保坍剂进行混凝土性能研究,主要包括:混凝土的坍落度、扩展度和抗压强度测试试验,并与市场上3个不同厂家生产的聚羧酸保坍剂产品的混凝土性能进行对比,最后评定聚羧酸保坍剂的性能。试验中用C30混凝土,混凝土的配合比如表3。

表3 C30混凝土配合比

水泥
(kg/m3
Ⅱ级粉煤灰
(kg/m3
S95矿粉
(kg/m3
机制砂
(kg/m3
1-3碎石
(kg/m3

(kg/m3
260 60 40 980 880 170

2.3.1 单掺保坍剂混凝土工作性能
    选用不同水泥对3个不同厂家生产的聚羧酸保坍剂产品和新型聚羧酸保坍剂PC-103进行混凝土性能对比。水泥为长沙市场上常用的海螺水泥、中材水泥和华新水泥,均为P·O42.5R,掺量为凝胶材料的2.0%。混凝土性能结果如表4.

表4 不同聚羧酸保坍剂用不同水泥配制的混凝土性能

水泥品种 外加剂品种 坍落度/扩展度(mm) 抗压强度(MPa)
初始      1h      2h     3h 3d    7d    14d     28d
 
 
海螺
A —/— 205/550 190/460 —/— 20.3 30.5 39.9 43.8
B —/— 170/420 200/540 190/520 21.6 30.4 39.5 44.1
C —/— 190/520 190/540 —/— 21.6 29.3 39.8 43.4
PC-103 —/— 210/560 220/580 210/560 20.1 29.9 39.9 45.2
 
 
中材
A —/— 210/560 200/480 180/420 21.2 34.4 40.1 44.9
B —/— 180/440 210/560 200/550 21.9 32.9 40.6 44.9
C —/— 200/540 200/560 170/420 21.8 35.1 40.1 44.8
PC-103 —/— 220/580 225/600 220/580 19.9 33.8 41.2 45.9
 
 
华新
A —/— 200/540 190/450 —/— 21.6 32.9 40.1 46.2
B —/— 170/- 200/520 185/500 20.1 33.3 40.6 44.9
C —/— 190/510 190/530 —/— 20.9 34.1 40.2 44.8
PC-103 —/— 200/550 210/560 210/550 20.0 33.0 40.1 46.2

     从表4可以看出,新型聚羧酸保坍剂PC-103具有明显的缓释保坍性能和良好的适应性,其缓释保坍效果明显优于市场上3个不同厂家生产的聚羧酸保坍剂产品。并且,三种水泥配置的混凝土粘聚性、和易性均较好,强度也较好。
2.3.2 复配使用的混凝土工作性能
    由于新型聚羧酸保坍剂PC-103早期流动度小,后期缓慢释放,一般和减水剂复配使用。本实验选择用湖南铭煌科技发展有限公司自行研制的聚羧酸减水剂PC-101(淡黄色液体,固含40%,减水率可达25%以上)与新型聚羧酸保坍剂PC-103复配,使其早期流动性和保坍性能也好。根据混凝土初始坍落度和扩展度相同或相似,按照不同的比例复配,复配浓度为10%,水泥为长沙市场上常用的海螺水泥、中材水泥和华新水泥,均为P·O 42.5R,混凝土配合比同上表3,掺量为凝胶材料的2.0%。混凝土性能测试结果如表5~表7.
    由表5、表6和表7中的试验结果可以看出,当聚羧酸减水剂PC-101单独使用时,混凝土损失较大,2h后流动性很小;复配新型聚羧酸保坍剂PC-103后,在复配比例为4.7:1到3.5:5之间(即达到混凝土初始坍落度和扩展度相同或者相近)时,混凝土的粘聚性和初始流动度基本不受影响,2h内混凝土坍落度保持性良好,这主要由于新型聚羧酸保坍剂PC-103有缓释的特性,混凝土浆体中的有效减水剂分子会不断地补充已吸附并水化物覆盖了减水剂分子,使拌合物坍落度得以保持。随着新型聚羧酸保坍剂PC-103比例的不断提高,保坍性能稍有提高,但初始流动性也有所降低,这是因为混凝土拌合物初始的流动性主要由普通聚羧酸减水剂PC-101提供,而后期的流动度则由新型聚羧酸保坍剂PC-103提供。随着新型聚羧酸保坍剂PC-103掺量的增加,聚羧酸减水剂PC-101的作用减小,使流动性变小,新型聚羧酸保坍剂PC-103有较好的保坍型,从而改善了混凝土的后期流动性能。

表5 复配产品用于海螺水泥混凝土性能测试结果

外加剂样品 坍落度/扩展度(mm) 抗压强度(MPa)
初始      1h        2h      3h 3d    7d   14d  28d
101:103=5:0 220/550 200/480 170/400 —/— 21.6 35.0 41.9 45.2
101:103=4.7:1 215/540 210/520 190/450 160/400 21.0 34.2 41.4 45.1
101:103=4.4:2 220/560 220/550 210/500 190/460 21.0 34.3 41.2 45.1
101:103=4.1:3 225/560 225/580 220/580 215/570 20.0 33.4 39.6 44.6
101:103=3.8:4 225/570 230/590 230/595 220/600 20.3 34.0 39.9 46.3
101:103=3.5:5 220/570 240/610 235/620 235/600 19.7 30.8 39.9 46.6

 表6 复配产品用于中材水泥混凝土性能测试结果

外加剂样品 坍落度/扩展度(mm) 抗压强度(MPa)
初始       1h      2h       3h 3d     7d    14d   28d
101:103=5:0 230/600 200/490 170/420 —/— 22.0 33.8 41.7 45.0
101:103=4.7:1 225/580 220/560 200/520 180/460 21.8 33.3 41.1 45.6
101:103=4.4:2 225/590 220/590 210/540 200/500 20.9 34.0 41.6 45.5
101:103=4.1:3 230/600 230/590 220/570 215/560 20.8 33.8 40.2 45.5
101:103=3.8:4 230/600 235/610 235/610 230/600 19.8 33.2 40.0 46.1
101:103=3.5:5 225/610 240/610 240/620 240/600 20.0 33.3 40.2 46.1

 表7 复配产品用于华新水泥混凝土性能测试结果

外加剂样品 坍落度/扩展度(mm) 抗压强度(MPa)
初始       1h      2h       3h 3d    7d   14d   28d
101:103=5:0 210/540 190/420 150/— —/— 20.9 34.3 42.1 44.9
101:103=4.7:1 215/550 200/500 180/430 —/— 21.2 34.5 41.8 45.5
101:103=4.4:2 210/545 210/530 200/500 180/430 20.1 34.6 41.6 45.5
101:103=4.1:3 210/550 210/550 205/540 195/500 20.5 34.0 40.9 44.9
101:103=3.8:4 220/560 215/560 220/570 210/570 19.3 33.1 40.9 45.5
101:103=3.5:5 215/560 220/570 220/590 220/580 20.0 33.2 40.5 45.8

结论

    通过对新型聚羧酸保坍剂PC-103进行水泥净浆流动度、水泥适应性、混凝土应用性能的研究,可以得出以下结论:

    (1)通过与其他同类聚羧酸保坍剂的净浆流动度对比,新型聚羧酸保坍剂PC-103具有明显的缓释效果,缓释分散效果在2h左右达到最大约280mm。说明该保坍剂可以明显提高水泥的流动度,保坍效果较好。
    (2)新型聚羧酸保坍剂PC-103与长沙市市销的大部分水泥适应性良好,其中该保坍剂与海螺水泥和中材水泥的适应性稍优于华新水泥。
    (3)新型聚羧酸保坍剂PC-103与聚羧酸减水剂PC-101复配使用后,效果更好。不仅保证了混凝土的早期流动度,而且可以减少后期混凝土的经时损失,提高混凝土的抗压强度。
参考文献
[1] 黎凡,邓俊强. ,聚羧酸减水剂的发展现状与技术难点浅谈[J]. 广东建材,2015,12.
[2] 王子明. 聚羧酸系高性能减水剂—制备、性能与应用[M]. 中国建筑工业出版社,2009.
[3] 孙正平,杨辉. 国内聚羧酸系减水剂的研究进展及展望[J]. 混凝土世界,2013,3:31-35
[4] 卞荣兵,缪昌文. ,聚羧酸高效保坍剂的研制与应用[J]. 混凝土世界,1999,07(19):36-38.
[5] 盛喜忧,王万金,等. 缓释型聚羧酸系高性能减水剂的研发与应用[J]. 混凝土,2012,6:68-70

作者:贺海量 闵亚红 吴振  严杰 袁剑涛 蔡炳煌
信息来源:混凝土第一视频网       

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