氨基磺酸系高效減水劑改性砼研究

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(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　　國內(nèi)外關(guān)于因高效減水劑對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，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、“磺酸一羧酸”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：#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(shí)驗(yàn)室用ASF配制泵送劑，固含量27．5%；1．2 試驗(yàn)方法　　相容性測試按水泥凈漿流動(dòng)度測定方法進(jìn)行，同時(shí)密封保存，分別測量30，60，90和120 min的流動(dòng)度保留值?！　「咝阅茼诺呐渲撇捎貌煌壤谋盟蛣?，按砼外加劑國家標(biāo)準(zhǔn)和砼泵送劑國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，人工攪拌成型為100 mm*100 mm*1O0 mm砼試體，并檢測有關(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對水泥凈漿流動(dòng)度的影響見表1及圖1～圖2?！　　　　　?P align=center>

　　　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)的測試數(shù)據(jù)見表2和表3?！　　　?P align=center>

2．2 ASF與水泥砼相容性分析　　由表1或圖1可看出，ASF摻入量小于1%時(shí)，減水劑對凈漿流動(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摻量的，說明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?！　∮杀?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?！　SF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?！　》治霰?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減水劑對水泥凈漿流動(dòng)度的影響相一致，同時(shí)也與水泥對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?。缓笳呤顾嗔Ｗ尤菀桩a(chǎn)生物理凝聚，坍落度經(jīng)時(shí)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(biāo)準(zhǔn)的一等品指標(biāo)。但由經(jīng)驗(yàn)可知摻入量超過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對水泥砼微觀結(jié)構(gòu)的影響　　對于砼抗壓強(qiáng)度的增加，我們分別對標(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測試分析，見圖3圖4和圖5?！　　　　　　　∮蓤D3可見，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?！　∮蓤D4，圍5可見，針柱狀鈣釩石晶體較圖3的基準(zhǔn)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，后期水化充分水化產(chǎn)物更加有序，使鹼密實(shí)、高強(qiáng)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(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　　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?！　SF對水泥砼有較好的相容性．可以明顯提高砼的流動(dòng)性.?！　饺诉m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