氨基磺酸系高效減水劑AH的應(yīng)用性能研究

劉 娟

(江蘇城市職業(yè)學(xué)院建工系,南京210019)

0 引言

氨基磺酸系高效減水劑(簡稱AH)由于其減水率高、對水泥顆粒具有高度分散性、混凝土坍落度大、落度的經(jīng)時損失小、成本低、生產(chǎn)工藝簡單,因而成為當(dāng)前最有發(fā)展前途的高效減水劑。作者先在實驗室合成氨基磺酸系高效減水劑AH,然后對它的應(yīng)用性能進行了研究。

1 AH的合成

1.1 實驗原材料

對氨基苯磺酸:分析純,無水,粉劑,含量99.8%;苯酚:分析純 ,無色結(jié)晶體;甲醛 :溶液 ,含量37.0%～40.0%;40%NaOH溶液:本實驗室自己配制。

1.2 合成方法

稱取一定量的對氨基苯磺酸,置于裝有溫度計、攪拌器、回流冷凝管的四口燒瓶中,加入苯酚和蒸餾水,升溫到一定值使其全部溶解,邊攪拌邊加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值,緩慢滴加甲醛,在恒定溫度下保溫一段時間,然后冷卻,加入NaOH溶液調(diào)節(jié)產(chǎn)物pH值10～11,即可得到液體氨基磺酸系高效減水劑AH。

2 AH的應(yīng)用性能研究

2.1 原材料

水泥:雙猴P.O32.5普通硅酸鹽水泥;砂:中砂726 kg/m3;石子:碎石 1 122 kg/m3;水,飲用自來水。

2.2 測試方法

2.2.1 水泥凈漿流動度測定

測試按照GB/T 8077—2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》標準方法進行。水灰比0.29,水泥用量300 g,其中外加劑摻量以固含量占水泥用量的百分數(shù)計。

2.2.2 水泥凈漿凝結(jié)時間測定

測試按照GB/T 1346—2001《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》的方法進行。

2.2.3 混凝土拌合物減水率及混凝土抗壓強度比測定

測試均按照GB 8076—1997《混凝土外加劑》進行,并參照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物試驗方法標準》和GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 AH對水泥顆粒的分散性能

將AH和目前廣泛使用的萘系高效減水劑(FDN)摻入水泥凈漿中,測試二者的流動度,測試結(jié)果見圖1。

圖1 FDN和AH在不同摻量下對水泥凈漿的流動度影響

由圖1可知,不摻減水劑的水泥凈漿流動度低,摻AH和FDN后,水泥凈漿的流動度開始變大,且減水劑的摻量愈多,水泥凈漿流動度也愈大。當(dāng)摻量為 0.3%時,摻 AH的水泥凈漿流動度為237 mm,摻FDN的水泥凈漿流動度是105 mm;當(dāng)減水劑摻量增加到0.9%時,摻AH的水泥凈漿流動度高達283 mm,而摻FDN的水泥凈漿流動度僅為247 mm,摻AH的水泥凈漿流動度遠大于FDN的凈漿流動度,說明AH是一種比FDN性能更佳的優(yōu)良高效減水劑。形成這種現(xiàn)象的原因與AH及FDN的分子結(jié)構(gòu)、吸附形態(tài)等有關(guān),AH的分子結(jié)構(gòu)呈梳狀,極性支鏈多,空間結(jié)構(gòu)大,使得其在水泥顆粒表面的吸附呈環(huán)圈及尾狀吸附[1],立體空間位阻大,對水泥顆粒的凝聚阻礙大。FDN分子結(jié)構(gòu)屬少支鏈的線型結(jié)構(gòu),它在水泥顆粒表面,呈橫臥式吸附[1],立體空間位阻小,水泥粒子容易產(chǎn)生凝聚。另外,決定水泥漿流變參數(shù)的是漿體的屈服應(yīng)力,屈服應(yīng)力小,漿體的流動性就好,文獻[2]已測得AH屈服應(yīng)力小于FDN。

3.2 AH抑制水泥凈漿經(jīng)時流動度損失性能

隨著商品混凝土的大量使用,對混凝土的坍落度損失指標提出了較高要求。為了保證混凝土運到工地后仍有良好的工作性,便于施工,這就要求混凝土從預(yù)拌地到施工現(xiàn)場這段時間內(nèi)坍落度損失要小。而目前廣泛使用的萘系高效減水劑(FDN)遇到的一個突出問題就是坍落度損失較大,這就要求開發(fā)能夠抑制坍落度經(jīng)時損失的新型高效減水劑。為此實驗研究了新合成的AH的水泥凈漿流動度經(jīng)時變化情況,并與FDN作對比,實驗結(jié)果見表1。

從表1可見,隨時間的延長,摻AH水泥凈漿流動度損失小,相比之下?lián)紽DN的流動度損失大。摻0.45%AH的水泥凈漿經(jīng)過90 min,仍有221 mm的流動度,流動度損失率為11%,而摻0.45%FDN的凈漿經(jīng)歷90 min,流動度僅剩70 mm,流動度損失率高達65%;當(dāng)摻量提高至1%時,摻AH的凈漿無論初始流動度,還是經(jīng)歷90 min的流動度都較高,均在270 mm以上,流動度經(jīng)時損失小,流動度損失率僅為5%,比較之下?lián)紽DN的凈漿流動度經(jīng)時損失竟達167 mm,流動度損失率竟達66%。這表明了AH具有比FDN更好的抑制凈漿經(jīng)時流動度損失性能。

表1 AH和FDN不同摻量下水泥凈漿流動度隨時間的變化關(guān)系

3.3 AH對水泥的緩凝作用

混凝土適量的緩凝有利于施工,但過度的緩凝將影響混凝土的抗壓強度及工期。因此實驗測定了摻AH的水泥凈漿的凝結(jié)時間,同時作為對比,也測定了摻FDN及空白水泥漿的凝結(jié)時間,實驗結(jié)果見表2所示。

表2 減水劑對水泥凝結(jié)時間的影響

由表2可見,摻FDN和AH的水泥漿與空白比較,都表現(xiàn)出了一定的緩凝現(xiàn)象。摻量少時,緩凝不嚴重,但隨摻量的增大,緩凝現(xiàn)象愈加明顯。相比之下,AH的緩凝現(xiàn)象比FDN顯著,這與水泥礦物選擇性吸附有機緩凝劑的順序有關(guān)。一般認為水泥礦物吸附有機緩凝劑的順序是:C3A→C4AF→C3S→C2S[3],當(dāng)緩凝劑加入水泥漿中,鋁酸鹽組分的水化速度首先受到抑制,在抑制C3A的水化的同時,也會對硅酸鹽組分(C3S、C2S)的水化產(chǎn)生抑制作用,而C3A水化速度恰恰決定了水泥的凝結(jié)時間。此外,AH的過度緩凝也與吸附層厚度有關(guān),AH梳型的分子結(jié)構(gòu)吸附在水泥顆粒表面,形成了較厚的吸附層,而FDN線型分子結(jié)構(gòu)橫臥吸附在水泥顆粒表面,形成的吸附層較薄,隨著水泥水化的進行,AH吸附層厚度變薄的速度會小于FDN,表現(xiàn)為AH較FDN緩凝作用明顯。再者,由于AH分子中的—OH和—NH2易與液相中水分子形成氫鍵[3],束縛水分子的運動,使得一定階段內(nèi)的水化反應(yīng)受到抑制,對水泥凈漿也產(chǎn)生一定的緩凝作用。

3.4 AH與水泥的相容性能

由于水泥品種、礦物組成、含堿量、石膏、摻合料、細度等的不同,同一種減水劑不可能對任何水泥都適應(yīng)。因此實驗將合成的AH摻入到不同產(chǎn)地、不同牌號的水泥中來研究AH與水泥的適應(yīng)性問題。實驗結(jié)果見表3。

表3 摻AH的水泥凈漿流動度情況

從表3可以看出:AH對于工程上廣泛使用的普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥均有較好的適應(yīng)性。

3.5 AH對混凝土的減水增強性能

AH摻入混凝土中,試驗配合比符合GB/T 55—2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》,結(jié)果見表4。

表4 AH對混凝土減水率及抗壓強度的影響

由表4可以看出,摻AH的混凝土,與基準混凝土相比,可以大大減少用水量,達相同坍落度時減水率遠超國家14%的標準。并且混凝土強度無論早期、后期均比基準混凝土提高很多,也遠超國家同齡期強度標準。AH引起的混凝土高強與它的高減水率是分不開的,由于強烈的分散作用,水泥顆粒得以充分分散,增大與水接觸面積,使水化反應(yīng)進行得徹底,生成了較多的水化產(chǎn)物[4],來填充水泥顆粒之間的空隙,使得混凝土的密實度得到提高,致使抗壓強度也得到提高[5]。故AH是一種能夠用來配制高強、超高強混凝土的優(yōu)良高效減水劑。

4 結(jié)語

(1)AH具有對水泥粒子高度的分散作用,是一種分散性能比FDN更好的優(yōu)良高效減水劑。表現(xiàn)為:當(dāng)摻量為0.3%時,摻AH的水泥凈漿流動度為237 mm,摻FDN的水泥凈漿流動度是105 mm。當(dāng)減水劑摻量為0.9%時,摻AH的水泥凈漿流動度高達283 mm,而摻FDN的水泥凈漿流動度僅為247 mm。

(2)AH具有比FDN更好的抑制水泥凈漿流動度損失的性能。摻0.45%AH的水泥凈漿經(jīng)過90 min,流動度損失率為11%,而摻0.45%FDN的凈漿經(jīng)歷90 min,流動度損失率卻高達65%;當(dāng)摻量提高至1%時,摻AH的凈漿90 min時流動度損失率僅為5%,比較之下?lián)紽DN的凈漿流動度損失率竟高達66%。

(3)AH是一種緩凝型的高效減水劑。與摻FDN和空白水泥漿相比,均表現(xiàn)出明顯的緩凝作用。

(4)AH與水泥的相容性好。對于工程上廣泛使用的普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥都表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性。

(5)AH摻入混凝土中,無論3 d,還是28 d強度均比基準混凝土提高很多,遠超國家同齡期強度標準。表明AH是一種能夠用來配制高強、超高強混凝土的高效減水劑。

[1]蔣新元,邱學(xué)青,歐陽新平,等.氨基磺酸系高效減水劑表面性能及作用機理研究[J].混凝土與水泥制品,2004(2):9-12.

[2]王子明.“水泥—水—高效減水劑”系統(tǒng)的界面化學(xué)現(xiàn)象與流變性能[D].北京:北京工業(yè)大學(xué).2006:90.

[3]蔣新元,邱學(xué)青,歐陽新平,等.氨基磺酸系高效減水劑ASP的緩凝性能研究[J].江蘇化工,2004,32(2):22-23.

[4]李文華,周世生,趙大軍.基于外加劑CAN和粉體的流態(tài)混凝土耐久性分析[J].長春工程學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2010,11(1):1-4.

[5]戴偉權(quán).高強砼及其施工技術(shù)措施[J].長春工程學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2001,2(3):31-34.