聚羧酸系减水剂外加剂相适应性分析

　　摘要:通过高性能混凝土配合比试验,发现聚羧酸类外加剂对原材料的适应性很敏感,结合实践对影响适应性的因素进行了简单的分析,以减小聚羧酸减水剂的不适应性,使其在高性能混凝土中发挥优势作用。
　　关键词:高性能混凝土,聚羧酸外加剂,试验,相适应性
　　
　　高效减水剂(Superplasticizer)是指在保持混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌和用水量的外加剂。高性能减水剂(HighPerformanceWaterReducer)是高性能混凝土概念提出后又一新的概念，目前还没有给出明确的定义，一般是指具有引气性的高减水率、高保坍性能的混凝土外加剂。但从近年来国际上混凝土界对聚梭酸系等梭酸类高性能减水剂的认识和应用上来看，这类减水剂还具有以下几个特点：掺量低、减水率大(掺量通常为胶结材用量的.005%~0.5%，减水率可达35%~50%，甚至更高);不离析、不泌水，保持混凝土坍落度的性能更好，可以做到120min之内基本无损失;能配制出超高强和超耐久性混凝土;与水泥、掺合料及其它外加剂相容性好;能有效地降低混凝土早期的绝热温升，对大体积混凝土更为有利;分子结构上的自由度大，实现减水剂的高性能化的潜力更大;由于合成不采用甲醛等对环境有污染的物质，对建筑业的可持续发展有利;为推广使用大掺量粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废料提供了技术保证。由此可见，聚梭酸系高性能减水剂具备满足21世纪混凝土超高性能化的要求。
　　1实验方法
　　1.1表面张力的测定25±1摄氏度下，用去离子水配制一系列质量百分比浓度的减水剂溶液，采用吊片法测定表面张力。
　　1.2聚合物流变性的测定
　　25℃下，用DV-III流变仪测量减水剂溶液的剪切速率和黏度之间的关系。
　　2.结果与讨论
　　2.1相适应性理论浅析
　　按照混凝土外加剂应用技术规范,将经检验符合有关标准的外加剂掺加到按规定可以使用该品种外加剂的水泥所配制的混凝土中,若能产生应有的效果,就说明该水泥与这种外加剂是适应的。相反,如果不能产生应有的效果,就说明该水泥与这种外加剂之间不适应。
　　1)减水剂对水泥浆体流变的影响主要有吸附分散作用、润滑作用、空间位阻作用。
　　2)减水剂性能对水泥与减水剂适应性的影响。
　　目前使用最广泛的有三种:萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛缩合物和氨基磺酸盐高效减水剂。萘环上磺酸基的位置中只有B-萘磺酸盐才能很好地起到对水泥的分散、减水和增强效果。如果在磺化过程中因温度、时间、水解过程控制不好会影响水泥与高效减水剂的适应性。对聚羧酸系而言,聚合物的长度和位置也会影响与水泥的适应性,由于在侧键上连接的亲水基团所致,很小的掺量就可以使拌合物获得优越的流动性。减水剂中存在的平衡阳离子对减水剂的性能也有较大的影响。平衡阳离子的种类和浓度不同时,减水剂对水泥的分散效果也会有差异。
　　2.2聚羧酸系高效减水剂对水泥净浆分散适应性能的影响
　　水泥净浆的分散保持性能是评价减水剂质量的一个重要指标，通常用经时流动度来表征。本文用正交实验得出的最优实验条件下所合成的减水剂样品来考察这项指标，结果如下图所示：
　　                              
　                                                       　图1正交实验最优条件下产品2h经时流动度
　　从图1可以看出，当减水剂掺量为0.6%,水灰比为0.3时，初始净浆流动度高达252mm左右，随着时间的延长，30min后流动度上升到262mm，随后流动度开始下降，但总体基本维持在初始净浆流动度水平。这说明减水剂分散保持性能良好。其主要原因可能是由于酯基水解产生羧酸根负离子，从而在开始阶段流动度上升；而后由于脱吸附和水化产物的消耗引起的吸附量降低，水解的羧基又起了补偿作用，故能维持净浆流动度2h之内基本不变。
　　2.3聚羧酸系高效减水剂掺量对水泥净浆适应性能的影响
　　减水剂掺量是考察减水剂经济性的一项重要指标，本文以最优点实验所合成的减水剂来考察高效减水剂掺量对水泥净浆分散性能的影响。如下图所示：
　　                           
　                                                 　图2减水剂掺量对初始净浆流动度的影响
　　通过上图2可以发现，聚羧酸系减水剂在在掺量低于0.6%的情况下，净浆流动度随减水剂量的增加而提高，但当掺量高于0.6%时，其净浆度基本不变。该减水剂在较低掺量0.6%下，w/c（水灰比）为0.3时初始净浆流动度达到256mm，并且没有发现泌水现象。这主要是因为聚羧酸系高效减水剂具有独特的梳型结构，主链上有多个功能基团，而且极性较强；侧链上也带有功能基团，并且支链较长，数量较多；疏水基分子链较短，数量也较少。
　　2.4聚羧酸系高效减水剂溶液的流变性分析
　　流变是指物质在外力作用下的变形和流动性质。按作用方式的不同，流动可分为剪切流动和拉伸流动，相应地有剪切黏度和拉伸黏度。前者为切应力与切变速率之比；后者为拉伸应力与拉伸应变速度之比。聚合物的结构不同，流动性就不同，聚合物溶液，大多数是属于假塑性液体，其剪切黏度随剪切应力的增加而降低。本文所合成的减水剂产品在反应后期黏度较大，对传质、传热等可能产生影响，因此测量减水剂的流变性能具有极其重要的现实意义。
　　                    
　                                                　图3聚合物流变分析
　　由图3可以看出，在较低剪切速率下，减水剂具有较高剪切黏度，随剪切速率增大，由于分子链解缠，剪切黏度迅速下降，表现出剪切变稀现象。可以判断本实验合成的减水剂聚合物溶液为假塑性流体。
　　3.结论
　　1)在低掺量（0.6%），低水灰比（w/c=0.3）时所合成的聚羧酸系高效减水剂具有很好的分散保持性能，2h后净浆流动度基本无损失。
　　2)所合成的聚羧酸系高效减水剂在低掺量下具有较高的净浆流动度，在掺量小于0.6%下，流动度随掺量增加而增加，掺量高于0.6%时，流动度增加不明显。可以确定其饱和掺量为0.6%。
　　4结术语
　　近年来,高性能混凝土已广泛应用在工程中，施工单位在配置高性能混凝土时会遇到外加剂不相适应的情况。虽然目前还不能从理论上来解释这一现象,尤其是目前大量使用的聚羧酸外加剂对材料中的因素相当敏感。在工程实践中,由于受地理条件等因素的限制,改变混凝土中的原材料比较困难,因此外加剂厂家就应从改变有效成分,掺量,复合成分等方面着手调配出符合高性能混凝土拌合物要求性能的指标。施工单位也应从材料着手,比如砂石含泥量,碎石级配,胶凝材料的技术要求,水的技术指标等是否符合规范要求,在材料符合规范的基础上,适当调整混凝土配合比,减小聚羧酸减水剂的不适应性,使其在高性能混凝土中发挥它的优势作用。
　　
　　参考资料：
　　[1]钱晓琳,赵石林,张孝兵等.混凝土高效减水剂的性能与作用机理.南京工业大学学报[J].2002,24(2):61-64.
　　[2]YoshiokaK,SakaiE,DaimonM,etal.Roleofsterichindranceintheperformanceofsuperplasticizersforconcrete[J].J.Am.Ceram.Soc.1997,80(10):2667-2671.
　　[3]郭新秋，方占民,王栋民等.共聚羧酸高效减水剂的合成与性能评价(第一部分)[J].应用基础与工程科学学报,2002,10(3):219-225.
　　[4]马保国,谭洪波,孙恩杰等.聚羧酸系高性能减水剂的构性关系研究[J].化学建材,2006,22(2):36-38
　　[5]张红柳,张福强,张志斌等.梳状聚羧酸系高效减水剂的制备及其分散性能研究[J].混凝土与水泥制品,2006,4:17-20
　　[6]郭保文,杨玉启,尉家臻.新型羧酸系高效减水剂合成研究[J].山东建材学院学报,2003，12（1）：89-92