萘系減水劑與緩凝成份復合效應試驗研究

【摘　要】: 本文詳細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合后對水泥凈漿流動度、混凝土坍落度經(jīng)時損失與抗壓強度的影響。結(jié)果表明: 在總摻量不變的情況下, 復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性, 大幅度降低水泥凈漿流動度和混凝土坍落度的經(jīng)時損失。

【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, 而我國在復合外加劑及其應用技術(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、多功能復合外加劑。只有復合化才能具有高效能、多功能, 并且促進新型混凝土和新的施工工藝的發(fā)展。大量試驗資料及工程實踐表明,減水劑與其他外加劑進行復合, 是減水應用技術(shù)發(fā)展的又一趨勢。單一品種的外加劑, 無論是有機的還是無機的,都難以滿足工程的需要。
2　外加劑復合的原理和設計思路
2.1　減水作用機理
當代混凝土工業(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, 減水劑的憎水基團定向吸引于水泥質(zhì)點表面, 親水基團指向水溶液, 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)點表面帶有相同符號的電荷, 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,從而達到減水的目的[ 2 ]。
2.2　外加劑復合原理
減水作用機理研究表明, 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,實際用水量比理論用水量要大的多。這樣就在損失強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)合水參與了化學反應, 使水泥水化硬化, 因而具有強度; 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性, 或者保持相同流動性時減少用水量。
摻緩凝劑, 由于對初期水泥水化的抑制作用減少了結(jié)合水量, 相對增加了游離水量, 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。
這三種減水作用機理不同。通過復合, 使不同減水作用“疊加”可以進一步提高減水效果[ 3 ]。
2.3　復合外加劑的設計思路
混凝土攪拌站使用的液體外加劑, 大多是經(jīng)過復合有一定比例的其它材料: 如分散、保塑、緩凝、促凝、早強、增強、密實、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, 復合出的外加劑產(chǎn)品的性能也隨之不同; 復合材料摻用量的比例不同, 復合外劑的性能指標也隨之不同。關(guān)鍵就在于復合材料品種的選擇和所摻用量比例的多少。復合得當, 其作用是單一作用的疊加,或者超過單一作用的總和。因此, 在復合設計時, 一定要根據(jù)所掌握的材料性能, 進行復合并進行對比試驗。首先本試驗用7種緩凝劑與奈系減水劑復合進行水泥凈漿流動度試驗, 每種緩凝劑用3種不同參量進行試驗對比; 通過以上試驗優(yōu)選出2種緩凝劑PN和JL。并進行混凝土性能(坍落度經(jīng)時損失和混凝土抗壓強度) 對比試驗。
3　原材料及試驗方法
3.1　原材料
試驗采用P·O 32.5R拉法基水泥?；炷猎囼灢捎弥猩? 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;試驗用水為自來水。
3.2　試驗方法 3.2.1　水泥凈漿流動度試驗采用中華人民共和國國家標準GB /T 8077 - 2000 混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法。
3.2.2　配合比設計及物理力學性能試驗本試驗按照《普通混凝土配合比設計規(guī)程》( JGJ 55- 2000) , 《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB /T50080 - 2002) 進行。
4　試驗及結(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)對水泥流動度的影響。試驗結(jié)果如表1。表1　萘系與緩凝劑復合對流動度的影響可以看出, PN與JL 相比, 在相同摻量的情況下, 初始流動度基本相同, 但前者的經(jīng)時損失小。并可以看出兩者摻量在0.05%時, 經(jīng)時損失明顯小于摻量為0.1%時。進一步的試驗( 如表2 ) 表明, 將PN和JL與萘系以一定比例復合參加, 也能收到較好的減水效果, 需進一步進行混凝土試驗。表2　兩種緩凝劑與萘系復合對流動度的影響 4.2　混凝土試驗混凝土采用機械攪拌, 室溫下(約20 ℃) 養(yǎng)護測定坍落度經(jīng)時損失?；炷僚浜媳热绫?所示?；炷撂涠冉?jīng)時損失和抗壓強度如表4所示。單獨使用FDN , 雖然初始坍落度較高, 但其經(jīng)時損失迅速, 說明FDN與水泥適應性較差; 復合使用FDN和PN, 初始坍落度略大于單獨使用FDN, 其一小時經(jīng)時損失也比單獨使用FDN 的小; 復合使用FDN和PN + JL, 初始坍落度與復合使用FDN和PN時相同, 其一小時經(jīng)時損失也小于復合使用FDN和PN。這一試驗結(jié)果與前述水泥凈漿試驗結(jié)果完全吻合。說明復合使用FDN + PN + JL , 可以提高減水劑與水泥的適應性, 有效地控制大流動性混凝土的坍落度經(jīng)時損失。表5 所示標準立方體試件抗壓強度結(jié)果表明: 復合使用FDN + PN + JL,對混凝土早期強度及后期強度影響不大。表3　混凝土配合比表4　復合使用FDN、PN和JL的混凝土坍落度損失比較表5　復合使用FDN、PN和JL的混凝土抗壓強度比較 5　總　結(jié) 本文研究結(jié)果表明: a.復合高效減水劑中緩凝成份應控制在0.05%左右,隨著溫度的變化可適當調(diào)整緩凝成份; 當緩凝成份達到0.1%時, 坍落度損失明顯增大。 b.復合使用高效減水劑與緩凝劑, 能有效控制大流動性混凝土坍落度經(jīng)時損失, 提高減水劑與水泥的適應性,并使混凝土有較好的工作性。 c.從表5中可以看出, 使用復合高效減水劑對混凝土的早期強度和后期強度影響不大。參考文獻[1] 　蔣亞清. 混凝土外加劑應用基礎. 北京: 化學工業(yè)出版社,2004.4.[2] 　熊大玉,王小虹,等. 混凝土外加劑. 北京: 化學工業(yè)出版社,2002.1.[3] 　陳建奎. 混凝土外加劑的原理與應用[M ]. 北京:中國計劃出版社, 1996.12.[4] 　林永達,李干佐,高平坦. 表面活性劑在水泥和瀝青混凝土中的應用. 北京:中國輕工業(yè)出版社, 2001.5.[5] 　何廷樹,等. 復合使用高效減水劑控制大流動性混凝土坍落度損失. 混凝土, 2001.

原作者：湯海濱, 李固華